CN104066169A - 一种定位方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定位方法及设备，该定位方法包括：锚节点接收到被测节点的接入请求后，向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息包括指示所述被测节点发射信号的时间信息；所述被测节点根据所述时间信息向所述锚节点发射信号；所述锚节点检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理。本发明可以提高近距离定位系统中的被测节点容量，提高被测节点扫描效率。

Description

一种定位方法及设备

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种近距离定位设计中的定位方法及设备。

背景技术

随着定位技术和信息技术的飞速发展，基于位置信息的服务(Location-Based Service，简称LBS)已成为当今信息服务的一个重要组成部分，在室外定位以GPS(Global Positioning System，全球定位系统)为主的情况下，定位最末端的高精度室内定位已经在“数字城市”管理中占据越来越多的份额。据调查，关于定位需求和潜在应用的服务在未来将带来每年上百亿美元的市场收入，其中就包括大量的室内高精度定位需求。当前近距离定位方法主要采用根据接收天线接收的来自发射天线的信号强度(RSS(Received Signal Strength，接收信号强度)来估计收发天线之间的距离，进而实现定位被测目标。

定位系统设计中被测节点容量是定位系统设计的一个重要指标，主要包括如何区分不同被测节点、如何提高在被测区域被测节点的容量以及提高扫描效率。目前基于RSS定位设计的系统中被测节点主要通过自身检测信道空闲状态来决定是否发送定位信息，造成了定位信息发送的实时性和数据可靠性较差，同时被测节点经常性地查询信道状态，也使得被测节点处于休眠状态的几率降低，增加了定位系统的功耗。因此基于这种竞争机制的被测节点容量提高受到了限制，同时也限制了扫描效率的提高，降低了被测节点检测的实时性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种定位方法及设备，以提高近距离定位系统中的被测节点容量，提高被测节点扫描效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种定位方法，包括：

锚节点接收到被测节点的接入请求后，向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息包括指示所述被测节点发射信号的时间信息；

所述被测节点根据所述时间信息向所述锚节点发射信号；

所述锚节点检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理。

进一步地，上述方法还具有下面特点：所述锚节点检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理，包括：

所述锚节点根据信号强度计算所述锚节点与所述被测节点的角度，将该角度信息发送给控制系统，由所述控制系统根据所述角度信息以及所述锚节点的位置信息计算所述被测节点的定位信息；

所述锚节点将接收到所述控制系统发送的所述定位信息发送给所述被测节点。

进一步地，上述方法还具有下面特点：所述锚节点检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理，包括：

所述锚节点根据信号强度计算所述锚节点与所述被测节点的角度，将该角度信息以及所述锚节点的位置信息发送给所述被测节点，由所述被测节点计算所述被测节点的定位信息。

进一步地，上述方法还具有下面特点：所述锚节点向所述被测节点发送同步信息，包括：

所述锚节点将所述接入请求发送给控制系统；

所述锚节点接收到控制系统对所述被测节点进行统一编号的编号信息和决定所述被测节点发射信号的时间信息，后向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息还包括所述编号信息。

进一步地，上述方法还具有下面特点：

所述锚节点接收到所述被测节点的退出请求后，注销所述被测节点。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种锚节点设备，包括：

第一模块，用于接收到被测节点的接入请求后，向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息包括所述被测节点发射信号的时间信息；

第二模块，用于检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理。

进一步地，上述锚节点设备还具有下面特点：

所述第二模块，具体用于根据信号强度计算所述锚节点与所述被测节点的角度，将该角度信息发送给控制系统，由所述控制系统根据所述角度信息以及所述锚节点的位置信息计算所述被测节点的定位信息；将接收到所述控制系统发送的所述定位信息发送给所述被测节点。

进一步地，上述锚节点设备还具有下面特点：

所述第二模块，具体用于根据信号强度计算所述锚节点与所述被测节点的角度，将该角度信息以及所述锚节点的位置信息发送给所述被测节点，由所述被测节点计算所述被测节点的定位信息。

进一步地，上述锚节点设备还具有下面特点：所述第一模块包括：

第一单元，用于接收到被测节点的接入请求后，将所述接入请求发送给控制系统；

第二单元，用于接收到控制系统对所述被测节点进行统一编号的编号信息和决定所述被测节点发射信号的时间信息，后向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息包括所述编号信息和所述时间信息。

进一步地，上述锚节点设备还具有下面特点：还包括，

第三模块，用于接收到所述被测节点的退出请求后，注销所述被测节点。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种节点设备，包括：

第一模块，用于向锚节点发送接入请求后，接收所述锚节点发送的同步信息，所述同步信息包括指示本节点发射信号的时间信息；

第二模块，用于根据所述时间信息向所述锚节点发射信号。

进一步地，上述节点设备还具有下面特点：还包括，

第三模块，用于接收所述锚节点发送的定位信息，或者接收多个锚节点发送的各锚节点与本节点的角度信息，根据所述角度信息和各锚节点的位置信息，计算本节点当前的位置。

本发明提供一种定位方法及设备，可以提高近距离定位系统中的被测节点容量，提高被测节点扫描效率。

附图说明

图1为本发明实施例的采用来波信号强度进行近距离定位的示意图；

图2为本发明实施例的定位方法的流程图；

图3为本发明实施例的锚节点设备的示意图；

图4为本发明实施例的节点设备的示意图；

图5为本发明实施例的定位系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

图1中的锚节点根据被测节点1、2和3发送信号的强度(RSS1、RSS2和RSS3)，估计锚节点到三个被测节点的距离(d1、d2和d3)。锚节点的两个定向天线在同一个时刻只能接收到一个被测节点的信号强度，因此本发明实施例采用合理分配各被测节点发送信号时机，即时分复用(Time DivisionMultiplexing，简称TDM)，是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用。而频分复用(Frequency Division Multiplexing，简称FDM)是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，依靠不同信道传输不同的信号源。

为了简化系统的复杂程度，本实施例采用发送者和接收者同步的方法，被测节点和锚节点都增加无线同步模块来专门进行同步处理。每个锚节点的无线同步模块，负责发送同步信息、定位信息及接收被测节点的接入信息。被测节点的无线同步模块用来发送接入信息，接收定位信息及接收同步信息来决定锚节点需要检测信号强度的发射信号的时机。

当有新的被测节点进入时，被测节点会利用接入信号来告知锚节点被测节点接入。锚节点收到接入信号后，将新的节点编号纳入自身系统。当锚节点将定位信息发送完成后，被测节点也确认收到信息后，该被测节点信息会被锚节点释放，来保证更多的被测节点能够接入。

图2为本发明实施例的定位方法的流程图，如图2所示，本实施例的定位方法包括：

S11、锚节点接收到被测节点的接入请求后，向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息包括指示所述被测节点发射信号的时间信息；

S12、被测节点根据所述时间信息向所述锚节点发射信号；

S13、锚节点检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理。

由于一个时刻，锚节点只能检测一个被测节点的信号强度，因此需要将各个被测节点分时进行接收。由于一次定位周期需要锚节点旋转一周需要时间和接收信号强度次数较多，所以各节点的调度就需要精确地同步信息。锚节点发送同步信息，告诉每个节点下次接收信号强度的时刻，各被测节点接收到同步信息按照对应的时刻进行发射即可。

当完成一个周期的接收之后，锚节点计算信号强度之差来定位锚节点与待测节点的角度，锚节点将角度信息传给控制锚节点的控制系统，控制系统得到多个锚节点的角度信息来计算待测节点的定位信息，再由锚节点来发送定位信息给待测节点；或者锚节点将角度信息直接给被测节点，被测节点根据得到多个锚节点的角度信息及锚节点的具体位置信息，来计算当前位置。

图3为本发明实施例的锚节点设备的示意图，如图3所示，本实施例的锚节点设备包括：

第一模块(同步模块)，用于接收到被测节点的接入请求后，向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息包括所述被测节点发射信号的时间信息；

第二模块，用于检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理。

在一优选实施例中，所述第二模块具体用于根据信号强度计算所述锚节点与所述被测节点的角度，将该角度信息发送给控制系统，由所述控制系统根据所述角度信息以及所述锚节点的位置信息计算所述被测节点的定位信息；将接收到所述控制系统发送的所述定位信息发送给所述被测节点。

在一优选实施例中，所述第二模块具体用于根据信号强度计算所述锚节点与所述被测节点的角度，将该角度信息以及所述锚节点的位置信息发送给所述被测节点，由所述被测节点计算所述被测节点的定位信息。

其中，所述第一模块可以包括：

第一单元，用于接收到被测节点的接入请求后，将所述接入请求发送给控制系统；

第二单元，用于接收到控制系统对所述被测节点进行统一编号的编号信息和决定所述被测节点发射信号的时间信息，后向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息包括所述编号信息和所述时间信息。

在一优选实施例中，锚节点设备还可以包括：

第三模块，用于接收到所述被测节点的退出请求后，注销所述被测节点。

图4为本发明实施例的节点设备的示意图，如图4所示，本实施例的节点设备包括：

第一模块(同步模块)，用于向锚节点发送接入请求后，接收所述锚节点发送的同步信息，所述同步信息包括指示本节点发射信号的时间信息；

第二模块，用于根据所述时间信息向所述锚节点发射信号。

在一优选实施例中，所述节点设备还可以包括，

第三模块，用于接收所述锚节点发送的定位信息，或者接收多个锚节点发送的各锚节点与本节点的角度信息，根据所述角度信息和各锚节点的位置信息，计算本节点当前的位置。

评价无线传感器网络时间同步性能，一般包含网络能量效率、可扩展性、精确度、健壮性、寿命、有效范围、成本和尺寸、直接性等指标。针对本发明实施例服务对象的近距离定位系统的特点，本发明实施例的时分复用同步技术结合多信道复用技术在可扩展性、精确度以及有效范围等指标有独创的优势。

以下以一具体实施例对本发明的方法进行详细的说明。

假设整个系统包含2个被测节点和一个锚节点，当然，被测节点可以是一个或者3个以上。被测节点含有无线模块和同步模块，分别完成发射信号和同步接入接收定位信息的功能。锚节点也包括无线模块和同步模块，无线模块完成接收信号强度测试功能，同步模块完成同步接入发送定位信息的功能。

被测节点可以为移动终端，锚节点可以是热点AP(接入点)。

当被测节点1接入时，被测节点1的同步模块完成接入工作，发送请求接入，锚节点同步模块收到接入请求后，将被测节点1纳入其系统并且编号为1，这样开始定位工作。

锚节点的同步模块发送同步信息，告知节点1在A时刻进行信号强度的接收，节点1经过同步模块收到该同步信息，并且在A时刻让无线模块1进行发射信号，锚节点的无线模块1接收到信号强度R1A。再在B时刻进行接收工作，得到信号强度R1B。

当C时刻时，被测节点2进入，通过同步模块发送接入请求，锚节点同步模块完成接入请求将被测节点2编为节点2，此时告知节点1在C1时刻发射信号，告诉节点2在C2时刻发射信号，节点1和节点2分别收到同步信息，通知自己的无线模块1分别在C1、C2时刻进行发射，锚节点在C1、C2时刻分别检测到信号强度R1C、R2C。经过一个周期的检测，锚节点经过信号强度的关系计算获得了锚节点和节点1的角度关系，并且将此信息告知锚节点的控制系统，控制系统根据其他锚节点和本锚节点的角度及锚节点的位置关系计算出节点1的位置信息，锚节点通过同步模块发送给节点1的位置信息，节点1收到位置信息后，发送退出请求，锚节点即注销节点1的编号，将编号1保留到新的节点接入再分配。

该实施例只举了两个被测节点和一个锚节点的例子，每个被测节点也会对应多个锚节点的情况，如下：

多个锚节点的同步模块之间应为频分复用，减少锚节点之间的干扰，即被测节点进入锚节点区域后，检测到锚节点1发送的寻呼信息，被测节点向该锚节点发送接入请求，此时只能有一个锚节点的同步模块能收到接入请求.

当锚节点1接收到接入请求后，将接入请求发送给控制系统，控制系统即将被测节点编号分配给锚节点1，而这个节点编号在各锚节点之间是统一的，由控制系统来决定在哪个时刻进行发射。

如，控制系统将节点1编号为10，并且将编号为10的信息发送给锚节点1和2。锚节点控制系统根据现有的接入节点的情况来决定节点10的无线模块1在什么时刻发射，时间信息包含了定位过程所需要的所有发射时间(因定位需要较长时间而且较多此的检测)，并将此信息告知锚节点2及锚节点1，锚节点1使用同步模块和节点10进行同步，即将编号信息的发射时间信息发送给节点10。

到了节点10的无线模块发射时刻，节点10的无线模块进行发射，锚节点1和锚节点2进行信号强度的检测。当节点10的无线模块发射所有时刻完成后，锚节点1和锚节点2会根据所接受到的信号强度分别计算出锚节点1和锚节点2相对于节点10的角度，两个锚节点将角度信息发送给控制系统。

控制系统根据角度信息及锚节点具体的位置来计算出节点10的定位信息，并发送给锚节点1，锚节点2将节点10的定位信息通过同步模块同步给节点10的同步模块，这样节点10得到定位信息。

节点10得到定位信息后会提出退出请求，锚节点1即再次将此退出请求发给锚节点控制系统，锚节点控制系统将10这个编号释放出来，节点10即退出此锚节点。

更多锚节点和更多节点的例子以此类推。

由于检测信号强度的定位方法需要较长时间的检测，同步及信息的处理需要单独的无线模块进行处理，这样降低系统的复杂程度，锚节点侧的运算量较大，减轻了被测节点的负载，降低了被测节点的复杂性，提高了被测节点的容量。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上仅为本发明的优选实施例，当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种定位方法，包括：

锚节点接收到被测节点的接入请求后，向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息包括指示所述被测节点发射信号的时间信息；

所述被测节点根据所述时间信息向所述锚节点发射信号；

所述锚节点检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述锚节点检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理，包括：

所述锚节点根据信号强度计算所述锚节点与所述被测节点的角度，将该角度信息发送给控制系统，由所述控制系统根据所述角度信息以及所述锚节点的位置信息计算所述被测节点的定位信息；

所述锚节点将接收到所述控制系统发送的所述定位信息发送给所述被测节点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述锚节点检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理，包括：

所述锚节点根据信号强度计算所述锚节点与所述被测节点的角度，将该角度信息以及所述锚节点的位置信息发送给所述被测节点，由所述被测节点计算所述被测节点的定位信息。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述锚节点向所述被测节点发送同步信息，包括：

所述锚节点将所述接入请求发送给控制系统；

所述锚节点接收到控制系统对所述被测节点进行统一编号的编号信息和决定所述被测节点发射信号的时间信息，后向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息还包括所述编号信息。

5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：

所述锚节点接收到所述被测节点的退出请求后，注销所述被测节点。

6.一种锚节点设备，包括：

第一模块，用于接收到被测节点的接入请求后，向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息包括所述被测节点发射信号的时间信息；

第二模块，用于检测所述被测节点发射的信号强度，进行定位处理。

7.如权利要求6所述的锚节点设备，其特征在于：

所述第二模块，具体用于根据信号强度计算所述锚节点与所述被测节点的角度，将该角度信息发送给控制系统，由所述控制系统根据所述角度信息以及所述锚节点的位置信息计算所述被测节点的定位信息；将接收到所述控制系统发送的所述定位信息发送给所述被测节点。

8.如权利要求6所述的锚节点设备，其特征在于：

所述第二模块，具体用于根据信号强度计算所述锚节点与所述被测节点的角度，将该角度信息以及所述锚节点的位置信息发送给所述被测节点，由所述被测节点计算所述被测节点的定位信息。

9.如权利要求6所述的锚节点设备，其特征在于：所述第一模块包括：

第一单元，用于接收到被测节点的接入请求后，将所述接入请求发送给控制系统；

第二单元，用于接收到控制系统对所述被测节点进行统一编号的编号信息和决定所述被测节点发射信号的时间信息，后向所述被测节点发送同步信息，所述同步信息包括所述编号信息和所述时间信息。

10.如权利要求6-9任一项所述的锚节点设备，其特征在于：还包括，

第三模块，用于接收到所述被测节点的退出请求后，注销所述被测节点。

11.一种节点设备，包括：

第一模块，用于向锚节点发送接入请求后，接收所述锚节点发送的同步信息，所述同步信息包括指示本节点发射信号的时间信息；

第二模块，用于根据所述时间信息向所述锚节点发射信号。

12.如权利要求11所述的节点设备，其特征在于：还包括，

第三模块，用于接收所述锚节点发送的定位信息，或者接收多个锚节点发送的各锚节点与本节点的角度信息，根据所述角度信息和各锚节点的位置信息，计算本节点当前的位置。