[發(fā)明專利]物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于令牌環(huán)的射頻定位方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310214944.4
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103327605A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周寧;周建新;陳剛;李俊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué);佛山市順德區(qū)武漢理工大學(xué)信息與機電研究院
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;胡紅林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的定位，具體地指一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于令牌環(huán)的射頻定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是面向事件的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對于大多數(shù)應(yīng)用，不知道傳感器位置而感知的數(shù)據(jù)是沒有意義的。實時地確定事件發(fā)生的位置或獲取消息的節(jié)點位置是傳感器網(wǎng)絡(luò)最基本的功能之一，也是提供監(jiān)測事件位置信息的前提，所以定位技術(shù)對傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的有效性起著關(guān)鍵的作用。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)定位過程中是否測量節(jié)點間的實際距離或角度，可分為基于測距的定位算法和非測距的定位算法。前者需要測量節(jié)點間的實際距離；后者是利用節(jié)點間的估計距離來計算末知節(jié)點的位置。在基于距離的定位算法中，測量節(jié)點間距離或方位時采用的方法有TOA(Time?of?Arrival，到達時間)，TDOA(Time?Difference?of?Arrival，到達時間差)，RSSI(Received?Signal?Strength?Indication，接收信號強度)和AOA(Angle?of?Arrival，到達角度)。距離無關(guān)的算法主要有質(zhì)心算法、DV—hop算法等。相比之下，基于距離的定位算法測量精度較高，距離無關(guān)的定位算法對硬件要求較低。

上述現(xiàn)有的節(jié)點定位方法均存在各自的不足，如TOA需要精確的時鐘同步，TDOA需要節(jié)點配備超聲波收發(fā)裝置，AOA需要有天線陣列或麥克風(fēng)陣列，這三種算法對硬件要求較高；RSSI技術(shù)主要是用RF信號，而節(jié)點本身就具有無線通信能力，故其是一種低功耗、廉價的測距技術(shù)，但是現(xiàn)有的RSSI定位方法的MAC協(xié)議都是采用移動節(jié)點發(fā)信息、固定路標(biāo)節(jié)點收信息的工作模式，當(dāng)有多個移動節(jié)點在同一個區(qū)域內(nèi)時，移動節(jié)點在發(fā)送信息時就會相互產(chǎn)生沖突，定位系統(tǒng)每個區(qū)域內(nèi)的容量有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于令牌環(huán)的射頻定位方法及系統(tǒng)，本發(fā)明采用路標(biāo)節(jié)點發(fā)送信息，定位節(jié)點接收信息的工作模式。系統(tǒng)采用基于令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議，令牌在路標(biāo)節(jié)點間傳遞，路標(biāo)節(jié)點取得令牌后才能發(fā)送定位幀，定位節(jié)點根據(jù)定位幀取得定位所需要的RSSI信息，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綗o線定位服務(wù)器，無線定位服務(wù)器通過相應(yīng)的算法計算出節(jié)點的具體位置。

實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是：一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于令牌環(huán)的射頻定位方法，包括：

定位區(qū)域內(nèi)的路標(biāo)節(jié)點發(fā)射射頻信號；

定位節(jié)點進入所述定位區(qū)域內(nèi)，接收到路標(biāo)節(jié)點發(fā)射的射頻信號，獲得路標(biāo)節(jié)點的RSSI值后發(fā)送至無線定位服務(wù)器；

無線定位服務(wù)器根據(jù)所述RSSI值后計算出定位節(jié)點的位置。

在上述技術(shù)方案中，所述定位區(qū)域內(nèi)的路標(biāo)節(jié)點組成路標(biāo)網(wǎng)絡(luò)后通過下行信道與ASN網(wǎng)關(guān)通信；

所述ASN網(wǎng)關(guān)生成令牌后向所述路標(biāo)網(wǎng)絡(luò)廣播；

所述路標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的路標(biāo)節(jié)點獲取令牌后，通過下行信道將定位幀發(fā)送給定位節(jié)點，并將所述令牌發(fā)送出去。

進一步地，所述定位節(jié)點選擇三個路標(biāo)節(jié)點的RSSI值發(fā)出，所述無線定位服務(wù)器根據(jù)該三個路標(biāo)節(jié)點的RSSI值，采用基于RSSI的三邊定位算法計算出定位節(jié)點的位置。

此外，本發(fā)明還提供一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于令牌環(huán)的射頻定位系統(tǒng)，包括：

多個路標(biāo)節(jié)點，用于向定位區(qū)域發(fā)射射頻信號；

定位節(jié)點，進入到所述定位區(qū)域后，用于接收路標(biāo)節(jié)點發(fā)射的射頻信號，獲得路標(biāo)節(jié)點的RSSI值后發(fā)出；

無線定位服務(wù)器，用于接收所述RSSI值后計算出定位節(jié)點的位置。

在上述技術(shù)方案中，所述物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于令牌環(huán)的射頻定位系統(tǒng)還包括：

ASN網(wǎng)關(guān)，通過互聯(lián)網(wǎng)與所述無線定位服務(wù)器通信；所述定位節(jié)點將路標(biāo)節(jié)點的RSSI值通過所述ASN網(wǎng)關(guān)發(fā)送至無線定位服務(wù)器。

進一步地，所述ASN網(wǎng)關(guān)包括ASN主節(jié)點、第一ASN射頻節(jié)點和第二ASN射頻節(jié)點，所述第一ASN射頻節(jié)點和第二ASN射頻節(jié)點分別通過串口與ASN主節(jié)點連接。

本發(fā)明采用小規(guī)模的令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)路標(biāo)節(jié)點發(fā)送射頻信息，只有在獲得令牌的路標(biāo)節(jié)點才能向定位節(jié)點發(fā)送射頻信息，能夠避免定位節(jié)點定位請求產(chǎn)生相互沖突，還能夠避免路標(biāo)節(jié)點在發(fā)送射頻信息時產(chǎn)生的傳輸沖突，且令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)延時小，精度高，且能夠控制路標(biāo)網(wǎng)路中路標(biāo)節(jié)點實現(xiàn)睡眠和喚醒模式，降低了能耗。此外，本發(fā)明定位算法采用基于RSSI的三邊定位算法，能夠在定位算法中加入對結(jié)果的修正，提高了定位的精準(zhǔn)度。?

附圖說明

圖1為本發(fā)明物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于令牌環(huán)的射頻定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；