CN106255204B - 一种基于角度定位系统的数据通讯方法及系统 - Google Patents

一种基于角度定位系统的数据通讯方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于角度定位系统的数据通讯方法及系统，该方法包括：目标定位标签采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，并持续发送预定时间的发射信号；其中发射信号内容包括时间节点，目标定位标签ID及一般数据信息；各定位读取器根据扫描周期内接收到发射信号确定相对角度信息，并发射信号的数据包进行拆包，将拆包后的数据与相对角度信息发送给服务器；其中预定时间不小于所述扫描周期；服务器将时间节点，目标定位标签ID均一样的所有相对角度信息以及时间节点，目标定位标签ID按照预定排列顺序进行存储；该方法通过合理的控制标签发射信号的时间，保证了定位读取器可以有效获得标签的定位信息，进而保证了定位实时性和可靠性。

Description

一种基于角度定位系统的数据通讯方法及系统
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及一种基于角度定位系统的数据通讯方法及系统。
背景技术
目前，实时无线定位系统所采用的定位方式主要有基于到达时间(TOA)，或者是到达时间差(TDOA)的定位方式，基于无线信号强度(RSSI)的定位方式以及基于角度信息(AOA)的定位方式。这三类定位方式，其定位系统都必须包含1)定位读取器；2)定位标签；3)相应的定位算法。其工作模式都遵循如下模式：
1、定位标签发射无线信号，信号形式根据定位方式不同而各有差异。
2、定位读取器接收定位标签所发送的无线信号。其中1)基于到达时间差及到达时间的定位方式，定位读取器会获取电磁波在空中飞行的时间或者电磁波到达不同定位读取器之间的飞行时间差，通过时间或者时间差计算距离。2)基于信号强度的定位方式，定位读取器收集标签发射信号的信号强度，根据信号强度与距离的关系，或者是信号强度的分布进行位置估算。3)基于角度信息的定位方式，定位读取器接收标签发射的信号，根据信号判断出定位标签与定位读取器之间的相对角度，两个以上定位读取器通过计算相对角度延长线的交点，获得定位标签的位置信息。
3、多个定位读取器收集到相应的定位信息后，将信息汇总到服务器，服务器根据定位方式采用不同定位算法，得出相应的位置信息。
在这几类的定位算法中，基于到达时间及到达时间差的定位方式，可以提供较高的定位精度，但定位系统相对复杂，成本高昂，同时标签需要发送经过特殊调制的信号或者是超宽带信号，才能保证定位读取器获得相应的时间信息，因此标签成本高，且标签功耗大。基于无线信号强度的定位方法，定位读取器只需要获取定位标签所发送信号的强度，通过服务器计算，即可获得位置信息。该方法定位成本低，定位方式简单易行，但定位精度也较低。基于角度信息的定位方式，其标签需要按照一般协议发射信号，以配合定位读取器获取标签和读取器之间的角度信息，因此通讯协议即通讯方法的优劣，决定了系统的可靠性，定位精度以及标签的功耗。且目前各类型的定位标签，都采用电池供电，标签功耗高低，在很大程度上决定了该类技术是否易于推广。功耗越低，该技术的可推广性则越强。尤其在物联网应用中，往往需要定位标签能够持续工作数月，甚至是数年，以降低更换电池等操作所带来的系统成本和维护成本。因此，如何合理的进行数据通讯，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于角度定位系统的数据通讯方法及系统，通过合理的控制标签发射信号的时间，保证了定位读取器可以有效获得标签的定位信息，进而保证了定位实时性和可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于角度定位系统的数据通讯方法，包括：
目标定位标签采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号至少包括时间节点，目标定位标签ID及一般数据信息；
各定位读取器根据扫描周期内接收到所述发射信号确定各定位读取器与对应目标定位标签之间的相对角度信息，并发射信号的数据包进行拆包，将拆包后的数据与所述相对角度信息发送给服务器；其中，所述预定时间不小于所述扫描周期；
所述服务器将时间节点，目标定位标签ID均一样的所有相对角度信息以及时间节点，目标定位标签ID按照预定排列顺序进行存储，所述所有相对角度信息用于计算所述目标定位标签在所述时间节点下的位置信息。
其中，目标定位标签采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号至少包括时间节点，目标定位标签ID及一般数据信息，包括：
目标定位标签采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，将所述时间节点利用时间标志位进行标识，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号包括时间节点的标识，目标定位标签ID及一般数据信息。
其中，所述预定排列顺序依次为：目标定位标签ID，时间节点的标识，各定位读取器对应的相对角度信息；其中，各定位读取器对应的相对角度信息按照各定位读取器的编号从小到大的顺序依次排列。
其中，在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号，包括：
在所述时间节点下持续发送m次发射信号，其中，TTX＝m*TPacket，TTX为预定时间，TPacket为发送一次发射信号的时间。
其中，该方法还包括：
使所述目标定位标签在未接入网络的时间内处于休眠状态。
本发明还提供一种基于角度定位系统的数据通讯系统，包括：
目标定位标签，用于采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号至少包括时间节点，目标定位标签ID及一般数据信息；
至少两个定位读取器，用于根据扫描周期内接收到所述发射信号确定各定位读取器与对应目标定位标签之间的相对角度信息，并发射信号的数据包进行拆包，将拆包后的数据与所述相对角度信息发送给服务器；其中，所述预定时间不小于所述扫描周期；
服务器，用于将时间节点，目标定位标签ID均一样的所有相对角度信息以及时间节点，目标定位标签ID按照预定排列顺序进行存储，所述所有相对角度信息用于计算所述目标定位标签在所述时间节点下的位置信息。
其中，所述目标定位标签，包括：
标识单元，用于采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，将所述时间节点利用时间标志位进行标识，
发射单元，用于在所述时间节点下持续发送m次发射信号，其中，TTX＝m*TPacket，TTX为预定时间，TPacket为发送一次发射信号的时间；所述发射信号包括时间节点的标识，目标定位标签ID及一般数据信息。
其中，所述预定排列顺序依次为：目标定位标签ID，时间节点的标识，各定位读取器对应的相对角度信息；其中，各定位读取器对应的相对角度信息按照各定位读取器的编号从小到大的顺序依次排列。
其中，所述目标定位标签在未接入网络的时间内处于休眠状态。
本发明所提供的基于角度定位系统的数据通讯方法，包括：目标定位标签采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号至少包括时间节点，目标定位标签ID及一般数据信息；各定位读取器根据扫描周期内接收到所述发射信号确定各定位读取器与对应目标定位标签之间的相对角度信息，并发射信号的数据包进行拆包，将拆包后的数据与所述相对角度信息发送给服务器；其中，所述预定时间不小于所述扫描周期；所述服务器将时间节点，目标定位标签ID均一样的所有相对角度信息以及时间节点，目标定位标签ID按照预定排列顺序进行存储，所述所有相对角度信息用于计算所述目标定位标签在所述时间节点下的位置信息。
可见，该方法使目标定位标签通过载波侦听的方式接入网络，防止出现多目标定位标签发生碰撞的现象，即在每一个定位周期只有一个目标定位标签接入网络，即通过合理的控制标签发射信号的时间，保证了定位读取器可以有效获得标签的定位信息；且使目标定位标签在发送发射信号时具有时间节点信息，也使得最后服务器计算过程中数据保证数据时间一致性，进一步提高定位计算的准确性和可靠性；本发明还提高了一种基于角度定位系统的数据通讯系统，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的基于角度定位系统的数据通讯方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供的定位读取器的结构框图；
图3为本发明实施例所提供的基于时间标志位的定位通讯协议示意图；
图4为本发明实施例所提供的相控阵天线扫描示意图；
图5为本发明实施例所提供的基于角度定位系统的数据通讯系统的结构框图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种基于角度定位系统的数据通讯方法及系统，通过合理的控制标签发射信号的时间，保证了定位读取器可以有效获得标签的定位信息，进而保证了定位实时性和可靠性。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例所提供的基于角度定位系统的数据通讯方法的流程图；该方法可以包括：
S100、目标定位标签采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号至少包括时间节点，目标定位标签ID及一般数据信息；
其中，请参考图2，给出了定位读取器的具体结构，定位读取器包括读取器(例如有源RFID读取器)及相控阵天线两部分。其中读取器负责接收信号的解调，控制相控阵天线，计算波达角，通过网络接口，上报定位标签ID及其与定位读取器之间的相对角度信息。相控阵天线接收从读取器发来的指令，通过改变移相器的相位信息，实现天线阵列主波束在一定角度内重复的扫描，现假设其一次扫描角度范围为
Figure BDA0001125285340000051
完成一次
Figure BDA0001125285340000052
扫描，所需时间为TT。在完成一次
Figure BDA0001125285340000053
扫描的时间TT内，目标定位标签必须持续发射信号以确保在整个波束扫描过程中，定位读取器总能够收到发射信号。因此，对于一个实时定位系统，在同一个定位区域内，必然会有多个定位标签需要实时定位的情况出现。为解决多定位标签防碰撞的问题，该实施例中采用基于载波侦听CSMA(Carrier Sense MultipleAccess)的接入方式。即定位标签随机发射信号，在发射前首先扫描其工作频道内是否已经有信号占用，如果没有，则开始发送信号。如果检测到该频道已被占用，则在一定时间段内，随机延迟一定时间，再检测是否该频道被占用，如没有，则发射信号。该过程以一定的时间间隔，随机发生。
对于采用角度定位的定位系统，至少同时要有两个或以上的读取器获得他们与定位标签之间的角度信息，才可以实现定位。为了后续定位计算时使用的相对角度信息对应的定位时间即定位标签接入网络的时间是相同的，防止数据错误；这里定位标签在接入网络时，记录接入网络的时间节点，并在发射信号中表明该时间节点，以便后续数据进行统一归类。可选的，这里记录时间节点可以使用时间标志位(Time Stamp)的通信协议进行标识，这样所述发射信号包括时间节点的标识，目标定位标签ID及一般数据信息。
其中，请参考3，以目标定位标签1(Tag1)为例进行说明，黑色框表示在该时刻Tag1接入网络中第一次接入的时间为Time Slot 1，第二次接入的时间为Time Slot 2，直到第N次接入的时间为Time Slot N；在Time Slot 1时使用Time Stamp 1作为Time Slot 1的标识包含在发射信号中，在Time Slot 1发射信号持续时间为TTX，且在TTX时间内发射m次发射信号(数据包)即TTX＝m*TPacket，TTX为预定时间，TPacket为发送一次发射信号的时间，其中，数据包可以包括目标定位标签ID图中为TagID1，时间节点的标识Time Stamp1，一般数据信息Status，每个Time Slot内包含m个数据包，m个数据包内容一致，必须为同一个Tag ID，同样的Time Stamp。由于TTX的时长必须保证大于相控阵天线阵列完成一次完整扫描的时间TT，因此m必须满足m＝TT/TPacket。
S110、各定位读取器根据扫描周期内接收到所述发射信号确定各定位读取器与对应目标定位标签之间的相对角度信息，并发射信号的数据包进行拆包，将拆包后的数据与所述相对角度信息发送给服务器；其中，所述预定时间不小于所述扫描周期；
具体的，这里的预定时间要不小于定位读取器的完成一次扫描的时间如上述TT。即假设标签每次发射所用的时间为TTX，相控阵天线阵列的主波瓣在
Figure BDA0001125285340000071
角度范围内扫描了10个离散角度[A1,A10]，用时TT。相控阵天线反复执行该扫描过程，如图4所示：相控阵天线会持续不断的在角度A1到A10之间循环扫描，定位标签则随机发射信号，两者之间为异步工作。为判断出定位标签所发射的信号在A1到A10间哪个角度，定位读取器可以接收到最强信号，在相控阵扫描的10个离散扫描点内，定位标签都要处于发射状态。即标签发射时间TTX必须大于相控阵天线完成一次扫描的时间TT即TTX≥TT。
S120、所述服务器将时间节点，目标定位标签ID均一样的所有相对角度信息以及时间节点，目标定位标签ID按照预定排列顺序进行存储，所述所有相对角度信息用于计算所述目标定位标签在所述时间节点下的位置信息。
具体的，服务器根据时间节点，目标定位标签ID将接收到的各个数据进行归类存储，为了后续计算方便可以按照一定顺序进行存储，该顺序可以按照用户习惯进行设定。例如从左到右依次存储为目标定位标签ID，时间节点的标识，各定位读取器对应的相对角度信息；其中，各定位读取器对应的相对角度信息按照各定位读取器的编号从小到大的顺序依次排列。
现假设定位区域内有多个定位标签其中包含Tag1，两个定位读取器Reader1和Reader2，为实现定位，Tag1发射的信号必须被至少两个以上的定位读取器接收到。这里假设Reader1与Reader 2都收到了Tag1发出的信号，则Reader 1和Reader 2会各自判断定位标签与自己的相对角度，并将收到的数据包拆包，通过网络接口发送给服务器，服务器会将Tag ID相同，Time Stamp相同的Reader角度信息放在同一行，并用同一行角度信息计算该Time Stamp对应时间的标签位置。如表一所示：
表一、拆包后数据排列方式
Figure BDA0001125285340000072
该顺序中按照时间先后在存储时增加了标号信息。即用户可以根据自身需求增加需要存储的信息。
基于上述技术方案，本发明实施例提供的基于角度定位系统的数据通讯方法，该方法使目标定位标签通过载波侦听的方式接入网络，防止出现多目标定位标签发生碰撞的现象，即在每一个定位周期只有一个目标定位标签接入网络，即通过合理的控制标签发射信号的时间，保证了定位读取器可以有效获得标签的定位信息；且使目标定位标签在发送发射信号时具有时间节点信息，也使得最后服务器计算过程中数据保证数据时间一致性，进一步提高定位计算的准确性和可靠性。
由于定位标签与定位读取器为异步工作，定位标签本身并不知道定位读取器的主波束是否开始扫描，扫描到哪个角度。因此，定位标签需要一直保持在发射状态，也必然消耗大量的能量。这对于采用电池供电的定位系统，显然是不合适的。由于上述实施例中使得目标定位标签通过载波侦听的方式接入网络，解决定位标签的碰撞问题，进一步在定位标签未接入网络时，节省自身能耗，优选的，基于上述实施例，该方法还包括：使所述目标定位标签在未接入网络的时间内处于休眠状态。在两个不同Time Slot之间，标签不发射信号，处于休眠状态。通过依据定位标签是否接入网络来决定其工作模式，即定位标签可以有发射以及休眠两种状态。当定位标签处于发射状态，会消耗较多能量，而处于休眠状态时，则消耗极少的能量；该方式可以显著降低定位标签能耗，特别是在定位标签使用量大的系统中节约能耗尤其明显，即便于推广系统实际应用，又可以节省成本。
下面对本发明实施例提供的基于角度定位系统的数据通讯系统进行介绍，下文描述的基于角度定位系统的数据通讯系统与上文描述的基于角度定位系统的数据通讯方法可相互对应参照。
请参考图5，图5为本发明实施例所提供的基于角度定位系统的数据通讯系统的结构框图；该系统可以包括：
目标定位标签100，用于采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号至少包括时间节点，目标定位标签ID及一般数据信息；
至少两个定位读取器200，用于根据扫描周期内接收到所述发射信号确定各定位读取器与对应目标定位标签之间的相对角度信息，并发射信号的数据包进行拆包，将拆包后的数据与所述相对角度信息发送给服务器；其中，所述预定时间不小于所述扫描周期；
服务器300，用于将时间节点，目标定位标签ID均一样的所有相对角度信息以及时间节点，目标定位标签ID按照预定排列顺序进行存储，所述所有相对角度信息用于计算所述目标定位标签在所述时间节点下的位置信息。
可选的，所述目标定位标签100包括：
标识单元，用于采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，将所述时间节点利用时间标志位进行标识，
发射单元，用于在所述时间节点下持续发送m次发射信号，其中，TTX＝m*TPacket，TTX为预定时间，TPacket为发送一次发射信号的时间；所述发射信号包括时间节点的标识，目标定位标签ID及一般数据信息。
可选的，所述预定排列顺序依次为：目标定位标签ID，时间节点的标识，各定位读取器对应的相对角度信息；其中，各定位读取器对应的相对角度信息按照各定位读取器的编号从小到大的顺序依次排列。
基于上述实施例，所述目标定位标签100在未接入网络的时间内处于休眠状态。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的基于角度定位系统的数据通讯方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于角度定位系统的数据通讯方法，其特征在于，包括：
目标定位标签采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号至少包括时间节点，目标定位标签ID及一般数据信息；
各定位读取器根据扫描周期内接收到所述发射信号确定各定位读取器与对应目标定位标签之间的相对角度信息，并将发射信号的数据包进行拆包，将拆包后的数据与所述相对角度信息发送给服务器；其中，所述预定时间不小于所述扫描周期；
所述服务器将时间节点，目标定位标签ID均一样的所有相对角度信息以及时间节点，目标定位标签ID按照预定排列顺序进行存储，所述所有相对角度信息用于计算所述目标定位标签在所述时间节点下的位置信息；其中，所述预定排列顺序依次为：目标定位标签ID，时间节点的标识，各定位读取器对应的相对角度信息；其中，各定位读取器对应的相对角度信息按照各定位读取器的编号从小到大的顺序依次排列；
在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号，包括：
在所述时间节点下持续发送m次发射信号，其中，TTX＝m*TPacket，TTX为预定时间，TPacket为发送一次发射信号的时间。
2.根据权利要求1所述的数据通讯方法，其特征在于，目标定位标签采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号至少包括时间节点，目标定位标签ID及一般数据信息，包括：
目标定位标签采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，将所述时间节点利用时间标志位进行标识，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号包括时间节点的标识，目标定位标签ID及一般数据信息。
3.根据权利要求1或2所述的数据通讯方法，其特征在于，还包括：
使所述目标定位标签在未接入网络的时间内处于休眠状态。
4.一种基于角度定位系统的数据通讯系统，其特征在于，包括：
目标定位标签，用于采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，并在所述时间节点下持续发送预定时间的发射信号；其中，所述发射信号至少包括时间节点，目标定位标签ID及一般数据信息；
至少两个定位读取器，用于根据扫描周期内接收到所述发射信号确定各定位读取器与对应目标定位标签之间的相对角度信息，并发射信号的数据包进行拆包，将拆包后的数据与所述相对角度信息发送给服务器；其中，所述预定时间不小于所述扫描周期；
服务器，用于将时间节点，目标定位标签ID均一样的所有相对角度信息以及时间节点，目标定位标签ID按照预定排列顺序进行存储，所述所有相对角度信息用于计算所述目标定位标签在所述时间节点下的位置信息；其中，所述预定排列顺序依次为：目标定位标签ID，时间节点的标识，各定位读取器对应的相对角度信息；其中，各定位读取器对应的相对角度信息按照各定位读取器的编号从小到大的顺序依次排列；
所述目标定位标签，包括：
标识单元，用于采用载波侦听的方式确定接入网络的时间节点，将所述时间节点利用时间标志位进行标识；
发射单元，用于在所述时间节点下持续发送m次发射信号，其中，TTX＝m*TPacket，TTX为预定时间，TPacket为发送一次发射信号的时间；所述发射信号包括时间节点的标识，目标定位标签ID及一般数据信息。
5.根据权利要求4所述的数据通讯系统，其特征在于，所述目标定位标签在未接入网络的时间内处于休眠状态。
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