CN104427615A - 一种基于无线通讯技术的定位终端及方法 - Google Patents

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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
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Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，尤其是一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，本发明定位过程是通过定位通讯终端检测所在地点的位置无线信标发射的无线信标帧，并将检测到的无限信标帧发出；计算出定位通讯终端的位置。本发明做到了容量、功耗、效率等各方面的均衡；位置无线信标只需要周期发送信号，操作简单；定位通讯终端不需要暂时脱离网络，可以保持通讯的连续性，同时减少电池的消耗，并可减少移动基站的部署量；通过时间服务器，统一了终端时间，故而终端可以延迟上报且不丢失定位信息，同时可以减少上报的次数。

Description

一种基于无线通讯技术的定位终端及方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是一种基于无线通讯技术的定位终端及方法。
背景技术
通讯技术日异月新，特别是无限通讯技术，在现如今信息产业突飞猛进的发展时期，显得尤为重要。而对于无限通讯技术的应用，自然也成为科技发展的重要方向，其中，无限通讯用来进行定位是现在乃至今后的一个重要的应用。
例如，在井下作业的过程中、在探险过程中等等，都需要进行定位，但是，由于在上述特殊的环境中，无论是采用的技术，还是以后的维护工作，往往都会遇到诸多难题，而利用无线通讯进行定位恰恰是解决上述问题的关键。
我国是煤矿生成大国，而井下人员定位是保障到煤矿安全生产的一个重要手段。由于井下无法接收GPS信号，如何经济的实现井下定位是一个难题。目前实现定位的方案主要有RFID(射频识别，又称电子标签)、PHS(个人手持电话系统)和Wifi(无线宽带)等三种方式。
RFID采用CELLID(小区识别码)方式，通过接收基站的上报信息得到位置，这种方式的缺点因为RFID通讯距离较短，如果既要保障通讯链路畅通，同时提高定位精度则需要大量部署RFID基站，这样部署系统成本很高，对整个矿井的安全也存在隐患。
PHS和Wifi方式，定位通讯终端通过上传周围基站的场强而得到位置。但PHS和Wifi在人员较多同时定位时，会因为基站容量而受限。并且在定位通讯终端检测周围基站场强时需要暂时离开网络，通讯功能中断，对生产管理和安全管理存在隐患。同时在持续的定位状态下，定位通讯终端功耗增加，电池的工作时间受限。
中国申请号为200710119139.8的专利，公开了一种井下定位系统和方法，虽采用了无线信标，但信标只广播节点标识，在定位过程中精度无法精确保障，且系统实现不了多基站定位。各定位终端未在时间上同步，当终端数量较多时，对无线信道占用频繁。另外，由于其无线通讯基站参与定位检测等相关动作，势必会因为检测周围基站场强等事务而影响通讯功能，或是增加功耗。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述技术缺点提供一种基于无线通讯技术的定位终端及方法。
本发明解决技术问题采用的技术方案为：一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，对定位通讯终端进行定位，所述方法包括：
在所述定位通讯终端能够到达的区域布设位置无线信标以及无线通讯网络；
通过无线通讯网络向所述定位通讯终端提供标准时间，以便所述定位通讯终端自动校准其本地时间；
所述位置无线信标以第一周期广播无线信标帧；所述定位通讯终端接收无线信标帧，并通过所述无线通讯网络发出无线信标帧；
以及接收并处理所述无线信标帧，以获得定位数据，对所述定位通讯终端进行定位。
其中，所述无线信标帧包括发射的功率、代表所述位置无线信标的标识号、以及代表不同场合的信标类型，所述信标类型包括考勤用的信标以及标识危险区域的信标。
所述定位通讯终端是以第二周期检测周围可接收到的无线信标帧，所述第二周期大于第一周期；所述定位通讯终端是以第三周期向定位服务器发送无线信标帧，所述第三周期大于第二周期。
所述定位通讯终端在发出所述无线信标帧后能够将其自动清除。所述无线定位方法，还包括对所述定位数据进行查询。在具体实施例中，所述位置无线信标是采用RFID技术实现。
在具体实施例中，所述位置无线信标是按照第一分布规则分布在井下；而所述无线通讯网络是按照第二分布规则在井下设置基站，以达到相应覆盖面。
本发明所具有的有益效果是：本发明能够做到容量、功耗、效率等各方面的均衡；位置无线信标只需要周期发送信号，操作简单；定位通讯终端不需要暂时脱离网络，可以保持通讯的连续性，同时减少电池的消耗，并可减少移动基站的部署量；通过提供标准时间，统一了终端时间，故而终端可以延迟上报且不丢失定位信息。同时可以减少上报的次数。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
附图2为本发明的实施例的无线定位方法的流程图。
附图3为本发明的无线定位系统的工作时序图。
具体实施方式
下面结合附图1～附图3对本发明做以下详细说明。
如图1～3所示，本发明的无线定位系统包括：位置无线信标、无线通讯网络、定位服务器、时间服务器、以及定位通讯终端，其中所述位置无线信标，是用于以第一周期广播无线信标帧；所述时间服务器，是用于通过所述无线通讯网络向定位通讯终端提供标准时间；所述定位通讯终端，是用于接收所述无线信标帧以及所述标准时间，并自动校准本地时间，通过所述无线通讯网络向定位服务器发送无线信标帧；所述定位服务器，是用于接收所述无线信标帧，并对其进行存储和处理，以获得定位数据，定位所述定位通讯终端。
定位的实现是通过定位通讯终端检测所在地点的位置无线信标发射的无线信标帧，并将检测的结果发送给定位服务器；定位服务器根据其内保存的位置无线信标的位置，计算出定位通讯终端的位置。定位的算法可采用CELLID方式或多信标场强估算方式。
本发明中位置无线信标可采用RFID技术实现，体积、价格和功耗远低于无线通讯基站，便于在矿井中布网，同时小功率发射也可以提高矿井的安全性。
本发明中无线通讯网络提供通讯链路，无线通讯基站不再用于定位检测，从而确保定位通讯终端的通讯功能不会因为检测周围基站场强等事务而影响讯功能；同时整个系统可以减少无线通讯基站的放置数量，只需要在矿井的关键节点放置满足通讯要求即可；此外定位通讯终端可与无线通讯网络基站持久的建立连接，减少通讯量，故而可降低功耗，增加电池的耐久性，使得整个系统更经济安全。
本发明中位置无线信标采用RFID模块实现，无线信标帧会在定位通讯终端中缓存，若系统没有统一的标准时间，容易导致定位信息混乱，为解决这个问题，本发明中引入了时间服务器，该服务器通过无线通讯网络向系统中所有定位通讯终端提供标准时间。
本发明中定位服务器和定位查询客户端是整个系统的中枢，定位服务器通过无线移动网络接收定位通讯终端发送的无线信标帧，并对数据进行存储和处理。客户端与定位服务器连接，从定位服务器获得定位信息，从而实现矿区实时定位功能。
本发明的各部分的功能具体如下：
位置无线信标：位置无线信标是一种无线发射装置，其周期性的广播无线信标帧，包含如下内容：位置无线信标的发射功率；位置无线信标的标识号；位置无线信标的类型。该类型信息可以用于标识信标所处的不同场合；以及校验信息(可选)。
定位通讯终端主要实现3个功能：无线信标检测功能：接收位置无线信标发射的无线信标帧，包括位置无线信标的发射功率、标识号和信标类型，并可测量接收到的无线信号功率。自动时间校准功能：定位通讯终端可通过无线网络获得时间服务器的标准时间。数据发送功能：定位通讯终端可以通过移动网络，向定位服务器发送无线信标帧。
无线通讯网络：是定位通讯终端向定位服务器发送数据的信息通道。无线通讯网络可以是PHS网络、Wifi网络、GSM网络以及其他2G或3G网络，公网或专网均可。
定位服务器：通过移动网络接收定位通讯终端发送的无线信标帧，并对数据进行存储和处理。
定位查询客户端：客户端与定位服务器连接，从定位服务器获得定位信息。
时间服务器：用于向定位通讯终端授时，向整个系统提供标准时间。
定位查询客户端：和定位服务器通讯，查询定位通讯终端的位置和其他信息。
在实际应用中，整个系统采用如下方式部署：
实现整个系统，需部署位置无线信标、定位通讯终端、定位服务器时间服务器以及无线通讯网络。
位置无线信标分布在需要定位的区域，一般分布间隔为300m左右，可以根据需要进行调整。位置无线信标的位置要在定位服务器中记录。位置无线信标可采用RFID技术实现。
无线移动网络实现对定位区域的覆盖，便于数据、语音和短信传输。一般可以选小功率基站或直放站，在关键节点部署。
位置无线信标根据使用的功能分类，如可以分为用于考勤的信标，用于标识危险区域的信标等等。定位通讯终端在检测到不同的位置无线信标后可以根据位置无线信标的类别做不同的动作，如检测到危险区域的信标可以发出危险告警，同时向无线网络上传告警信息。
提供一种无线定位方法，对定位通讯终端进行定位，包括：在所述定位通讯终端能够到达的区域布设位置无线信标以及无线通讯网络；通过无线通讯网络向所述定位通讯终端提供标准时间，以便所述定位通讯终端自动校准其本地时间；所述位置无线信标以第一周期广播无线信标帧；所述定位通讯终端接收无线信标帧，并通过所述无线通讯网络发出无线信标帧；以及接收并处理所述无线信标帧，以获得定位数据，对所述定位通讯终端进行定位。
本发明的无线定位方法的具体实施例的流程图。
如图2所示，在本实施例中，是对井下作业为例进行说明，且是应用在上述无线定位系统中的具体实施例，在经过相关设备布设后，定位实现的过程如下：
步骤S11：位置无线信标按照周期t0广播信标信息帧。
步骤S12：定位通讯终端通过移动无线网络获得时间服务器上的标准时间，并对本地时间进行校准。
步骤S13：定位通讯终端以周期t1(t1＞＞t0)检测周围可接收到的位置无线信标的无线数据：包括发射功率，标识号和类型。并将检测的时间和数据进行存储。
步骤S14：定位通讯终端以周期t2(t2＞＞t1)通过移动网络向定位服务器发送采集到的位置无线信标数据。发送的数据是1.中所采集到的。若发送过程中出现失败，定位通讯终端需支持自动重传。当数据传送完成后可将1.中存储的数据清除。请参阅图3，是本发明的无线定位系统的工作时序示意图，如图所示，t2＞＞t1＞＞t0。
步骤S15：定位服务器根据接收到的数据计算定位通讯终端所在的历史位置和轨迹。并将数据存储在本地。
步骤S16：定位查询终端通过定位服务器查询某一定位通讯终端的位置信息。
本发明的技术优点在于：
集成了RFID和无线移动网络定位的优点。做到了容量、功耗、效率等各方面的均衡。
位置无线信标只需要周期发送信号，结构简单，成本低，适宜大量部署，同时信标安装时只需要供电，所以适用方便。
与传统的通过移动网络基站实现定位相比，在定位时，定位通讯终端不需要暂时脱离网络，可以保持通讯的连续性，同时减少电池的消耗，并可减少移动基站的部署量。
通过时间服务器，统一了终端时间，故而终端可以延迟上报且不丢失定位信息。同时可以减少上报的次数。
综上所述，本发明的一种无线定位方法，是通过定位通讯终端检测所在地点的位置无线信标发射的无线信标帧，并发出检测到的无限信标帧；计算出定位通讯终端的位置。做到了容量、功耗、效率等各方面的均衡；位置无线信标只需要周期发送信号，操作简单；少移动基站的部署量；通过时间服务器，统一了终端时间，故而终端可以延迟上报且不丢失定位信息。同时可以减少上报的次数。

Claims (10)

1.一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，其特征在于：包括在所述定位通讯终端能够到达的区域布设位置无线信标以及无线通讯网络；
通过无线通讯网络向所述定位通讯终端提供标准时间，以便所述定位通讯终端自动校准其本地时间；
所述位置无线信标以第一周期广播无线信标帧，所述定位通讯终端接收无线信标帧，并通过所述无线通讯网络发出无线信标帧；
以及接收并处理所述无线信标帧，以获得定位数据，对所述定位通讯终端进行定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，其特征在于：所述无线信标帧包括发射的功率、代表所述位置无线信标的标识号、以及代表不同场合的信标类型。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，其特征在于：所述信标类型包括考勤用的信标以及标识危险区域的信标。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，其特征在于：所述定位通讯终端是以第二周期检测周围可接收到的无线信标帧，所述第二周期大于第一周期。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，其特征在于：所述定位通讯终端是以第三周期向定位服务器发送无线信标帧，所述第三周期大于第二周期。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，其特征在于：所述定位通讯终端在发出所述无线信标帧后将其清除。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，其特征在于：所述位置无线信标是按照第一分布规则分布在井下。
8.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，其特征在于：所述无线通讯网络是按照第二分布规则在井下设置基站，以达到相应覆盖面。
9.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，其特征在于：还包括对所述定位数据进行查询。
10.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯技术的定位终端及方法，其特征在于：所述位置无线信标是采用RFID技术实现。
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