CN106375008B - 一种具有无线管理功能的可见光导览系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有无线管理功能的可见光导览系统及其实现方法，所述可见光导览系统包括：装有光发射机和光接收机的照明设备、装有光接收机的移动终端以及管理员权限的管理设备。所述照明设备广播可见光识别码，当移动终端进入照明范围时将自动解析帧格式并根据帧格式中携带的VLID进行自动导览。所述管理设备通过特定帧格式的可见光信号对照明设备进行无线管理。所述可见光信号传输帧格式包括：类型位、指令位、校验位；所述类型位定义了指令的数据类型；所述指令位定义了指令的传输信息；所述校验位用于数据校验。本发明极大地提高了无线网络的可维护性和可扩展性。

Description

一种具有无线管理功能的可见光导览系统及其实现方法

技术领域

本发明属于通信领域，涉及一种可见光通信系统及方法，特别是涉及一种具有无线管理功能的可见光导览系统及其实现方法。

背景技术

可见光无线导览系统涉及计算机、无线通信、定位、多媒体和信息数据库等技术，在实现导览的过程中首先要对用户进行定位，并能显示用户所在位置的环境信息。该系统需要在被识别物附近安装一个光发射机，固定在天花板、墙壁等位置上，向外定时广播可见光识别码(Visible Light ID，VLID)。装有光接收机的移动终端始终处于接收状态，当用户携带的移动终端进入光发射机有效照明范围时，就会接收到代表该被识别物的VLID，移动终端自动将该编码加载到用户终端程序中进行自动导览，无需任何手工操作。

在传统的可见光导览系统中，由于光发射机为固定设备，且通常安装在天花板等位置，在网络规模扩大、照明亮度调节、数据安全升级时，系统维护非常困难。

发明内容

鉴于原有可见光导览系统中设备维护困难的缺点，本发明的目的在于提供一种具有无线管理功能的可见光导览系统及其实现方法，定义了可见光导览系统中各设备信息传输格式，解决了传统的可见光导览系统维护困难的问题。

本发明提供一种具有无线管理功能的可见光导览系统及其实现方法，所述可见光无线导览系统包括：装有光发射机和光接收机的照明设备，设置于被识别物附近，向外广播VLID；所述VLID与所述被识别物一一对应；装有光接收机的移动终端进入所述VLID发送设备的有效识别范围时，接收所述VLID发送设备广播的可见光识别码，加载所述可见光识别码到自身的应用程序进行导览。装有光发射机和光接收机的照明设备会收到来自管理员权限的管理设备的VLID管理类型的指令，包括VLID重置、照明设备亮度调节、密钥重置、指令集扩展等类型。所述可见光导览系统中数据的传输帧格式包括：类型位、指令位、校验位；所述类型位定义了帧的数据类型；所述指令位定义了帧的传输信息；所述校验位用于数据校验。

于本发明的一实施例中，当所述类型位等于1时，该帧表示为VLID广播类型，即该帧用于广播VLID；当所述装有光接收机的移动终端成功接收所述VLID广播类型的帧时，所述装有光接收机的移动终端根据自身携带的VIID自动播放对应的多媒体资料，实现无线导览；所述VLID广播类型的帧的指令位包括VLID长度位和VLID数据位；所述VLID长度位位于所述VLID广播类型的帧的指令位的前4比特，表征了VLID的有效长度；所述VLID长度位的取值范围为1至15；所述VLID数据位表示了设备间通信的VLID值；所述VLID数据位的长度由VLID长度位的值决定；当所述VLID长度位的值为1时，所述VLID数据位的有效长度为8比特；当所述VLID长度位的值为2时，所述VLID数据位的有效长度为16比特，以此类推。

于本发明的一实施例中，当所述类型位等于2时，该帧表示为VLID管理类型，即该帧用于重置所述VLID发送设备的ID；所述VLID管理类型的帧的指令位包括密钥位、新VLID长度位、新VLID数据位；所述密钥位位于所述VLID管理类型的帧的指令位的前16比特，所述VLID管理类型的帧所携带的密钥用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验，以提高网络的安全性；所述新VIID长度位位于所述VLID管理类型的帧的指令位的第17至20比特，表征了新VLID的有效长度，新VLID长度位的取值范围为1至15；所述新VLID数据位表示了VLID发送设备需要重置的新VLID值；所述新VLID数据位的长度由新VLID长度位的值决定；当新VLID长度位的值为1时，所述新VLID数据位的有效长度为8比特；当新VLID长度位的值为2时，所述新VLID数据位的有效长度为16比特，以此类推。

于本发明的一实施例中，当所述类型位等于3时，该帧表示为密钥管理类型，即该帧用于重置VLID发送设备上内置的密钥；所述密钥管理类型的帧的指令位包括旧密钥数据位、新密钥数据位和冗余数据位；所述旧密钥数据位位于所述密钥管理类型的帧的指令位的前16比特，用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验；所述新密钥数据位位于所述密钥管理类型的帧的指令位第17至32比特，为VLID发送设备的新密钥值；所述冗余数据位为所述新密钥数据位后接4比特全0的冗余数据，方便CRC计算。

于本发明的一实施例中，当所述类型位等于4时，该帧表示为亮度管理类型，即该帧用于用于管理VLID发送设备的照明亮度；所述亮度管理类型的帧的指令位包括密钥位和亮度数据位；所述密钥位位于所述亮度管理类型的帧的指令位的前16比特，所述亮度管理类型的帧所携带的密钥用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验，以提高网络的安全性；所述亮度数据位位于所述亮度管理类型的帧的指令位的第17至20比特，有效值为0-10，分别表示0％～100％照明亮度。

于本发明的一实施例中，所述类型位等于5至14的帧暂未定义，用于扩展。

于本发明的一实施例中，当所述类型位等于15时，该帧表示为协议扩展类型，即该帧用于在4比特的帧类型位用完时，扩展所述可见光识别码的传输帧格式，以便支持更多类型。

如上所述，本发明所述的可见光导览系统，具有以下有益效果：

本发明所述的可见光导览系统中的设备能够正确解析帧所携带的信息。特别的，在VLID广播类型下，帧长度根据VLID数量的多少灵活变化，可以匹配任意规模的可见光导览系统。在VLID数量较少时可以有效减少VLID广播帧的长度，提高识别率，在VLID数量较多时可以方便增加VLID广播帧长度，以满足系统需求。此外，本发明还约定了VLID重置、照明设备亮度调节、密钥重置、指令集扩展等无线管理类型的帧，极大地提高了无线网络的可维护性和可扩展性。

附图说明

图1是本发明所述的可见光导览系统的原理结构示意图。

图2是用于可见光导览系统通信的指令集结构示意图。

图3是VLID广播类型的帧结构示意图。

图4是VLID管理类型的帧结构示意图。

图5是密钥管理类型的帧结构示意图。

图6是亮度管理类型的帧结构示意图。

图7是协议扩展类型的帧结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

可见光导览系统涉及计算机、无线通信、定位、多媒体和信息数据库等技术，在实现导览的过程中首先要对用户进行定位，并能显示用户所在位置的环境信息。该系统需要在被识别物附近安装一个装有光发射机和光接收机的照明设备，固定在天花板、墙壁等位置上，通过光发射机向外广播可见光识别码(Visible Light ID，VLID)。装有光接收机的移动终端始终处于接收状态，当用户携带的移动终端进入光发射机有效照明范围时，就会接收到代表该被识别物的VLID，移动终端自动将该编码加载到用户终端程序中进行自动导览，无需任何手工操作。由于上述照明设备为固定设备，为了方便系统维护，需要使用拥有管理员权限的管理设备对照明设备自带的光接收机进行点对点通信，以实现VLID重置、照明设备亮度调节、密钥重置等功能。该系统的原理结构示意图如图1所示。

所述可见光导览系统的帧通信格式(即指令集)如图2所示。该指令集设定了可见光导览系统中设备之间通信数据的帧格式，兼有VLID广播、照明亮度控制、VLID无线管理、系统安全设置等功能。

1、在可见光导览系统中，所有设备通信时发送的帧由类型位、指令位、校验位三部分组成。其中类型位由固定的4比特组成，定义了帧的数据类型。指令位根据不同类型的帧具有不同的长度和意义。校验位为8比特CRC校验，只有通过CRC校验才能正确接收该帧，否则当作错误数据丢弃。

2、当类型位等于1时，该帧表示为VLID广播类型。该类型的指令位由VLID长度位和VLID数据位组成。

2.1指令位的前4比特表征了VLID的有效长度，称之为VLID长度位。VLID长度位的值为1至15，不可以等于0，表征了VLID的长度(单位为byte)。

2.2 VLID数据位，该数据位表示了照明设备间广播的VLID值。VLID数据位的长度根据VLID长度位最大为15×8＝120比特，基于此，系统中最多可支持2的120次方个VLID，远远满足应用需求。

由于在自由空间中，存在大量的噪声干扰，通过VLID有效长度的设计，灵活的根据网络规模的大小调节VLID广播类型帧的总长度。比如在导览设备数量少于256时，可将VLID长度设置为l，此时VLID数据位的长度位8比特，帧的总长度仅为24比特。通过该方式可以减少帧长度，降低数据传输错误概率。而当VLID的值很大时无需重新定义帧类型，通过设置VLID长度位自动扩展VLID数据位的长度。

3、当类型位等于2时，该帧表示为VLID管理类型。用于重置VLID发送设备的ID，提升网络设备的可维护性。该类型帧的指令位由密钥位、新VLID长度位、新VLID数据位组成。指令位的前16比特为密钥位。VLID管理帧所携带的密钥将与VLID发送设备上内置的密钥进行检验，以提高网络的安全性。新VLID长度位表示新VLID的有效长度，该数据位长度为4比特。新VLID位的值为重置设备的新ID，其长度由新VLID长度位的值决定。只有通过密钥校验才能对VLID发送设备进行VLID重置。

4、当类型位等于3时，该帧表示为密钥管理类型。用于重置VLID发送设备上内置的密钥。该类型指令位由旧密钥位、新密钥位和冗余数据位组成。指令位的前16比特为旧密钥位，用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验，新密钥即为修改后的值，后接4比特全0的冗余数据，方便CRC校验计算。只有通过密钥校验才能对VLID发送设备进行密钥重置。

5、当类型位等于4时该帧表示为亮度管理类型。用于修改VLID发送设备的照明亮度。该类型指令位由密钥位、亮度数据位组成。指令位的前16比特为密钥位，用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验，亮度数据位长度为4比特，有效值为0-10，分别表示0％～100％照明亮度。只有通过密钥校验才能对VLID发送设备进行亮度重置。

6、类型位等于5-14的帧暂未定义。

7、类型位等于15时，该帧表示为协议扩展类型。用于未来4比特的帧类型位用完时，可扩展指令集。具体帧格式需由具体需求决定，本发明暂不做说明。

具体地，如图2所示，指令集中所有帧都由类型位1、指令位2、校验位3组成。其中类型位为固定的4比特组成，定义了帧的数据类型，最多支持16种不同类型。指令位根据不同类型的帧具有不同的长度和意义。校验位为8比特CRC校验。

当类型位11等于1时，该帧表示为VLID广播类型，如图3所示。该类型的指令位由VLID长度位12和VLID数据位13组成。

指令位的前4比特表征了VLID的有效长度，称之为VLID长度位。VLID长度位的取值范围为1-15，不可以等于0，表征了VLID的有效长度(单位为byte)。

VLID数据位，该数据位表示了设备间通信的VLID值。该数据位的长度由VLID长度位的值决定。比如VLID长度位的值为l，则有效的VLID为8比特。

当类型位21等于2时，该帧表示为VLID管理类型，如图4所示。用于重置VLID发送设备的ID，提升网络设备的可维护性。该类型的指令位由密钥位22、新VLID长度位23、新VLID数据位24组成。指令位的前16比特为密钥位。VLID管理帧所携带的密钥将与VLID发送设备上内置的密钥进行检验，以提高网络的安全性和可靠性。新VLID长度位表示新VLID的有效长度，新VLID位的数值即为被重置设备的新VLID。

当类型位31等于3时，该帧表示为密钥管理类型，如图5所示。用于重置VLID发送设备上内置的密钥。该类型指令位由旧密钥数据位32、新密钥数据位33和冗余数据位34组成。旧密钥用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验，新密钥即为VLID发送设备的密钥值，后接4比特全0的冗余数据，方便CRC校验计算。

当类型位41等于4时该帧表示为亮度管理类型，如图6所示。用于修改VLID发送设备的照明亮度。该类型的指令位由密钥位42和亮度数据位43组成。指令位的前16比特为密钥位，用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验，亮度数据位长度位4比特，有效值约定为0-10，分别表示0％～100％照明亮度。比如亮度数据位的值为1，则VLID发送设备的照明亮度将调整至10％。

类型位等于5-14的帧暂未定义。

类型位51等于15时，该帧表示为协议扩展类型，如图7所示。用于系统中帧类型数量超过15时，通过该扩展类型帧实现新的功能需求。具体帧格式需由具体需求决定，本发明暂不做说明。

通过本发明，可见光导览系统中的设备正确解析帧所携带的信息，最终实现基于可见光的无线导览和无线管理功能。

综上所述，本发明提供了一种具有无线管理功能的可见光导览系统的实现方法，该系统扩展能力强、容错性高、网络管理简便，具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种具有无线管理功能的可见光导览系统的实现方法，其特征在于，所述可见光导览系统包括：装有光发射机和光接收机的照明设备、装有光接收机的移动终端以及管理员权限的管理设备；所述照明设备广播可见光识别码VLID，当移动终端进入照明范围时将自动解析帧格式并根据帧格式中携带的VLID进行自动导览；所述管理设备通过特定帧格式的可见光信号对照明设备进行无线管理；所述系统中设备之间的通信帧格式，其特征在于所有帧都由类型位、指令位、校验位三部分组成；

所述类型位定义了帧的数据类型，为固定的4比特组成，最多支持16种不同类型；

所述指令位定义了帧的传输信息，不同类型的帧具有不同的长度和意义；

所述校验位用于数据校验，采用8比特CRC算法；

当所述类型位等于1时，该帧表示为VLID广播类型，即该帧用于广播VLID；

当所述装有光接收机的移动终端成功接收所述VLID广播类型的帧时，所述装有光接收机的移动终端根据自身携带的VLID自动播放对应的多媒体资料，实现无线导览；

所述VLID广播类型的帧的指令位包括VLID长度位和VLID数据位；

所述VLID长度位位于所述VLID广播类型的帧的指令位的前4比特，表征了VLID的有效长度；所述VLID长度位的取值范围为1至15；所述VLID数据位表示了设备间通信的VLID值；所述VLID数据位的长度由VLID长度位的值决定；当所述VLID长度位的值为1时，所述VLID数据位的有效长度为8比特；当所述VLID长度位的值为2时，所述VLID数据位的有效长度为16比特；

当所述类型位等于2时，该帧表示为VLID管理类型，即该帧用于重置所述装有光发射机和光接收机的照明设备的ID；所述装有光发射机和光接收机的照明设备即VLID发送设备；

所述VLID管理类型的帧的指令位包括密钥位、新VLID长度位、新VLID数据位；

所述密钥位位于所述VLID管理类型的帧的指令位的前16比特，所述VLID管理类型的帧所携带的密钥用于与VLID发送设备内置的密钥进行检验，以提高网络的安全性；

所述新VLID长度位位于所述VLID管理类型的帧的指令位的第17至20比特，表征了新VLID的有效长度，新VLID长度位的取值范围为1至15；

所述新VLID数据位表示了VLID发送设备需要重置的新VLID值；所述新VLID数据位的长度由新VLID长度位的值决定；当新VLID长度位的值为1时，所述新VLID数据位的有效长度为8比特；当新VLID长度位的值为2时，所述新VLID数据位的有效长度为16比特；

当所述类型位等于3时，该帧表示为密钥管理类型，即该帧用于重置VLID发送设备上内置的密钥；

所述密钥管理类型的帧的指令位包括旧密钥数据位、新密钥数据位和冗余数据位；

所述旧密钥数据位位于所述密钥管理类型的帧的指令位的前16比特，用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验；

所述新密钥数据位位于所述密钥管理类型的帧的指令位的第17至32比特，为VLID发送设备的新密钥值；

所述冗余数据位为所述新密钥数据位后接4比特全0的冗余数据，方便CRC计算；

当所述类型位等于4时，该帧表示为亮度管理类型，即该帧用于管理VLID发送设备的照明亮度；

所述亮度管理类型的帧的指令位包括密钥位和亮度数据位；

所述密钥位位于所述亮度管理类型的帧的指令位的前16比特，所述亮度管理类型的帧所携带的密钥用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验，以提高网络的安全性；

所述亮度数据位位于所述亮度管理类型的帧的指令位的第17至20比特，有效值为0-10，用于表示不同的照明亮度；

所述类型位等于5至14的帧暂未定义，用于扩展；

当所述类型位等于15时，该帧表示为协议扩展类型，即该帧用于在4比特的帧类型位用完时，扩展所述可见光识别码的传输帧格式，以便支持更多类型。

2.一种可见光导览系统，其特征在于，所述可见光导览系统包括：

装有光发射机和光接收机的照明设备，安装于被识别物附近，向外发送可见光识别码VLID广播类型帧；所述VLID与所述被识别物一一对应；以便装有光接收机的移动终端在进入所述照明设备的有效识别范围时，接收所述照明设备广播的VLID广播类型帧，加载所述VLID到自身的应用程序进行导览；

所述装有光发射机和光接收机的照明设备会收到来自管理员权限的管理设备的管理类型的指令，包括VLID重置帧、照明设备亮度调节帧、密钥重置帧、或/和指令集扩展帧；通过这些指令灵活的配置照明设备相关属性，增强网络管理能力；所述管理设备通过特定帧格式的可见光信号对所述照明设备进行无线管理；

所述系统中设备之间的通信帧格式，其特征在于所有帧都由类型位、指令位、校验位三部分组成；

所述类型位定义了帧的数据类型，为固定的4比特组成，最多支持16种不同类型；

所述指令位定义了帧的传输信息，不同类型的帧具有不同的长度和意义；

所述校验位用于数据校验，采用8比特CRC算法；

当所述类型位等于1时，该帧表示为VLID广播类型，即该帧用于广播VLID；

当所述装有光接收机的移动终端成功接收所述VLID广播类型的帧时，所述装有光接收机的移动终端根据自身携带的VLID自动播放对应的多媒体资料，实现无线导览；

所述VLID广播类型的帧的指令位包括VLID长度位和VLID数据位；

所述VLID长度位位于所述VLID广播类型的帧的指令位的前4比特，表征了VLID的有效长度；所述VLID长度位的取值范围为1至15；所述VLID数据位表示了设备间通信的VLID值；所述VLID数据位的长度由VLID长度位的值决定；当所述VLID长度位的值为1时，所述VLID数据位的有效长度为8比特；当所述VLID长度位的值为2时，所述VLID数据位的有效长度为16比特；

当所述类型位等于2时，该帧表示为VLID管理类型，即该帧用于重置所述装有光发射机和光接收机的照明设备的ID；所述装有光发射机和光接收机的照明设备即VLID发送设备；

所述VLID管理类型的帧的指令位包括密钥位、新VLID长度位、新VLID数据位；

所述密钥位位于所述VLID管理类型的帧的指令位的前16比特，所述VLID管理类型的帧所携带的密钥用于与VLID发送设备内置的密钥进行检验，以提高网络的安全性；

所述新VLID长度位位于所述VLID管理类型的帧的指令位的第17至20比特，表征了新VLID的有效长度，新VLID长度位的取值范围为1至15；

所述新VLID数据位表示了VLID发送设备需要重置的新VLID值；所述新VLID数据位的长度由新VLID长度位的值决定；当新VLID长度位的值为1时，所述新VLID数据位的有效长度为8比特；当新VLID长度位的值为2时，所述新VLID数据位的有效长度为16比特；

当所述类型位等于3时，该帧表示为密钥管理类型，即该帧用于重置VLID发送设备上内置的密钥；

所述密钥管理类型的帧的指令位包括旧密钥数据位、新密钥数据位和冗余数据位；

所述旧密钥数据位位于所述密钥管理类型的帧的指令位的前16比特，用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验；

所述新密钥数据位位于所述密钥管理类型的帧的指令位的第17至32比特，为VLID发送设备的新密钥值；

所述冗余数据位为所述新密钥数据位后接4比特全0的冗余数据，方便CRC计算；

当所述类型位等于4时，该帧表示为亮度管理类型，即该帧用于管理VLID发送设备的照明亮度；

所述亮度管理类型的帧的指令位包括密钥位和亮度数据位；

所述密钥位位于所述亮度管理类型的帧的指令位的前16比特，所述亮度管理类型的帧所携带的密钥用于与VLID发送设备上内置的密钥进行检验，以提高网络的安全性；

所述亮度数据位位于所述亮度管理类型的帧的指令位的第17至20比特，有效值为0-10，用于表示不同的照明亮度；

所述类型位等于5至14的帧暂未定义，用于扩展；

当所述类型位等于15时，该帧表示为协议扩展类型，即该帧用于在4比特的帧类型位用完时，扩展所述可见光识别码的传输帧格式，以便支持更多类型。