[發明專利]一種基于無線時鐘同步的UWB多標簽多基站的調度系統

有效

• 申請號: 201710223302.9
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN106851696B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 阮進;鄧卓;張濤;蔡陽春;郭璁
• 申請（專利權）人: 深圳市普渡科技有限公司
• 主分類號: H04L7/00
• 分類號: H04L7/00;H04W24/02;H04W24/08;H04W56/00
• 代理公司: 深圳市恒和大知識產權代理有限公司 44479
• 代理人: 鄧燕

技術領域

本發明涉及超寬帶短距離無線通信領域，具體涉及一種基于無線時鐘同步的UWB多標簽多基站的調度系統。

背景技術

UWB是Ultra Wide Band的縮寫，意思是超寬帶，是利用比傳統通信技術寬得多的頻譜(通常是數百Mhz到數GHz)進行通信。根據Shannon理論，信道帶寬越寬，就有著越強的抗干擾能力，所需要的發射功率越小，傳輸速率也越快。因此UWB技術可以使用更少的電能，更快地進行數據的有效傳輸，其每個數據包的傳輸時間可以非常短，達到ps級別，這樣一來就有效解決了室內定位中一個很大的問題--多路徑問題。這一點是其它幾種技術難以解決的。

時鐘同步在通信領域中有著越來越廣泛的需求，各種通信系統對時間同步的需求可分為高精度時間需求(微秒級和納秒級)和普通精度時間需求(毫秒級和秒級)。

無線傳感器網絡中節點眾多,節點的能量、帶寬、處理能力等相對受限,這就要求時鐘同步算法必須具有擴展性好、低通信開銷、低計算復雜度等特性。要達成整網時鐘同步,時鐘同步算法還必須提供多跳同步支持。不同應用對同步精度、同步保持時間的長短、同步區域的大小需求各不相同,如協同休眠等需要全網時鐘同步精度一直保持毫秒級;而對于目標跟蹤類應用只需要目標臨近的局部節點保持微秒級同步精度,同步持續時間與目標的駐留時間成正比。

調度算法是指根據系統的資源分配策略所規定的資源分配算法。而選擇調度方式和算法的若干準則如下：（1）面向用戶的準則：周轉時間短、響應時間快、截止時間的保證、優先權準則。（2）面向系統的準則：系統吞吐量、處理機利用率好、各類資源平衡利用。（3） 最優準則：最大的CPU利用率、最大的吞吐量、最短的周轉時間、最短的等待時間、最短的響應時間。

發明內容

本文的發明目的在于充分利用UWB標簽與UWB定位基站的通信測距，降低時鐘同步的通信開銷，降低計算控制單元的動作頻率，降低調度系統的功耗，提高單次通信的信息利用率，UWB標簽和UWB定位基站的擴展更為簡單，提升大范圍的布設精確定位系統的易操作性。因此提出一種基于無線時鐘同步的UWB多標簽多基站的調度系統。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案實現：

一種基于無線時鐘同步的UWB多標簽多基站的調度系統，其特征在于，所述調度系統包括包括硬件平臺以及時鐘同步下的調度方法。

（1）所述的硬件平臺包括2個或2個以上UWB標簽、4個或4個以上UWB定位基站、計算控制單元。

（2）所述時鐘同步下的調度方法包括①對正在通信中的UWB標簽和通信范圍內的UWB定位基站選擇性地根據時鐘等級高低進行時鐘同步；②調度UWB標簽和UWB定位基站發送統一編碼后的短脈沖信號順序。

進一步的，所述硬件平臺包括包括2個或2個以上UWB標簽、4個或4個以上UWB定位基站、計算控制單元。

（1）所述UWB 標簽廣播統一編碼的包含測距時間戳信息的短脈沖信號，并接收由 UWB 定位基站反饋回來的包含時間戳信息和調度信息統一編碼后的短脈沖信號。

（2）所述UWB基站接收統一編碼后的開始測距和停止測距的短脈沖信號，發送包含調度信息和時鐘同步信息統一編碼后的短脈沖信號。

（3）所述計算控制單元提取UWB定位基站接收的統一編碼后的短脈沖信號中的時間戳信息和時鐘同步信息，計算TOF時間和調度時間信息，提取UWB標簽接收到時鐘同步信息，協調多個UWB標簽與多個UWB定位基站的發送短脈沖信號的時機。

進一步的，所述時鐘同步下的調度方法體現為為：

（1）對正在通信中的UWB標簽和通信范圍內的UWB定位基站選擇性地根據時鐘等級高低進行時鐘同步。

（2）調度UWB標簽和UWB定位基站發送統一編碼后的短脈沖信號順序。

進一步的，種基于無線時鐘同步的UWB多標簽多基站的調度系統的實現步驟為：

（1）組建一種基于無線時鐘同步的UWB多標簽多基站的調度系統的硬件平臺，假設UWB標簽與UWB定位基站在如圖1所示的示例環境中布局。 0號UWB標簽選擇與0,1,2,3號UWB定位基站通信測距，1號UWB標簽選擇與3,5,6,7號UWB定位基站通信測距。UWB定位基站的時鐘等級按照地址從小到大的順序依次降低，在所述調度系統剛開始工作的時候，需要一個時間來建立調度關系。

（2）所有的UWB標簽與UWB定位基站節點上的計算控制單元以自身毫秒級時鐘計數，作為該節點的計算控制單元的調度時鐘。