CN110446210B - 自组网无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种自组网无线通信系统，包括无线自组网，所述无线自组网包括依次部署的多个节点；任一所述节点部署在上一节点的无线信号覆盖范围内；并且任一所述节点是基于该节点在行进过程中产生的节点间数据部署的；所述节点间数据包括该节点相对上一节点的位移数据、该节点相对上一节点的路线数据和其自身姿态数据中的至少一种。本发明实施例提供的自组网无线通信系统，基于节点间数据实现行进过程中的节点部署，进而构成任一节点部署在上一节点的无线信号覆盖范围内的无线自组网，在行进过程中部署节点的同时，保障了无线自组网的通信质量。

Description

自组网无线通信系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种自组网无线通信系统。

背景技术

无线自组网由节点构成，是一种自治、多跳网络。无线自组网中没有固定的基础设施，能够在不能利用或者不便利用现有网络基础设施的情况下，提供节点之间的相互通信，具有可临时组网、快速展开、无控制中心、抗毁性强等特点，广泛用于楼宇仪表数据采集、野外勘察等物联网场合中。

由于节点的发射功率和无线覆盖范围有限，因此距离较远的两个节点如果要进行通信就必须借助于其它节点进行分组转发，这样节点之间构成了一种无线多跳网络。无线自组网既可以作为单独的网络独立工作，也可以以末端子网的形式接入现有网络，如Internet网络和蜂窝网。

目前的无线自组网主要采用人工方式部署，需要根据网络所在的工作环境特点，由施工人员提前规划通信节点的布设位置。然而在实际应用中，例如当发生灾害时，救援人员进入到一个灾害现场的陌生环境中，特别是地下室、矿井、大型城市综合体的大纵深室内场合，环境本身有较强的封闭性，无线通信运营商的基础设施无法覆盖该类区域，而救援人员需要快速行进，在最短的时间内搜救被困人员，无法提供足够的时间和条件供通信施工人员进行网络规划。

在无线自组网的部署过程中，如何确保各个节点之间均可实现相互通信，从而保证无线自组网的通信质量，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种自组网无线通信系统，用以解决现有的无线自组网无法在人员行进的同时进行节点部署的过程中保障通信质量的问题。

本发明实施例提供一种自组网无线通信系统，包括无线自组网，所述无线自组网包括依次部署的多个节点；

任一所述节点部署在上一节点的无线信号覆盖范围内；

并且任一所述节点是基于该节点在行进过程中产生的节点间数据部署的；所述节点间数据包括该节点相对上一节点的位移数据、该节点相对上一节点的路线数据和其自身姿态数据中的至少一种

本发明实施例提供的自组网无线通信系统，基于节点间数据实现行进过程中的节点部署，进而构成任一节点部署在上一节点的无线信号覆盖范围内的无线自组网，在行进过程中部署节点的同时，保障了无线自组网的通信质量。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的自组网无线通信系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的自组网无线通信系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的路线几何特征示意图；

图4为本发明实施例提供的节点部署装置的结构示意图；

附图说明:

11-节点； 1-无线自组网； 2-通信终端；

3-服务端。

具体实施方式

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作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。

图1为本发明实施例提供的自组网无线通信系统的结构示意图，如图1所示，自组网无线通信系统包括无线自组网，无线自组网包括依次部署的多个节点11；任一节点11部署在上一节点11的无线信号覆盖范围内；任一节点11是基于该节点在行进过程中产生的节点间数据部署的；节点间数据包括位移数据、路线数据和姿态数据中的至少一种。

具体地，自组网通信系统中，无线自组网包括依次部署的多个节点11，本发明实施例不对节点11的数量作具体限定。无线自组网中的节点11是在无线自组网环境内的人员在行进过程中依序部署的，针对无线自组网中的任意一个节点，该节点的上一节点是指在该节点部署之前部署的上一个节点。无线自组网中，任意两个连续部署的节点，后一个部署的节点必然在上一个部署的节点的无线信号覆盖范围内，因此后一个部署的节点与上一个部署的节点之间必然能够实现相互通信。满足上述部署条件的无线自组网中，任意一个节点必然能够通过其余节点的转发实现与每一节点的通信。

在行进的同时进行节点部署时，可以根据当前节点在进行过程中产生的节点间数据，确定是否部署当前节点。此处，节点间数据是指该节点在未部署时随人员行进过程中在当前位置与上一节点之间的数据，包括该节点相对于上一节点的位移数据、该节点相对于上一节点的路线数据和该节点自身的姿态数据中的至少一种。其中，位移用于表示当前位置与上一节点的节点位置之间的位置变化，位移数据是由上一节点的节点位置到当前位置的有向线段，包含位移大小和位移方向。路线数据可以包含由上一节点的节点位置到当前位置的行进路线的行进距离等。姿态数据用于指示由上一节点的节点位置到当前位置的运动姿态，姿态数据可以是加速度、角速度等。

本发明实施例提供的自组网无线通信系统中，基于节点间数据实现行进过程中的节点部署，进而构成任一节点部署在上一节点的无线信号覆盖范围内的无线自组网，在行进过程中部署节点的同时，保障了无线自组网的通信质量。

基于上述实施例，图2为本发明另一实施例提供的自组网无线通信系统的结构示意图，如图2所示，该系统还包括通信终端2和/或服务端3；通信终端2和服务端3分别与无线自组网1连接。

其中，通信终端2是装配在进入无线自组网1场景内的人员身上的终端设备，通信终端2与无线自组网1连接，通信终端2可以接收到无线自组网1中的节点11广播的信息，也可以广播信息，使得通信终端2无线覆盖范围内的节点11能够接收到信息并通过节点11间转发将信息传输至无线自组网1中的每一节点11。

服务端3可以通过Internet网络和蜂窝网等方式接收无线自组网1中的节点11广播的信息，也可以向服务端3无线覆盖范围内的节点11广播信息，使得接收到信息的节点11能够通过节点11间转发将信息传输至无线自组网1中的每一节点11。

在此基础上，通信终端2广播的信息可以通过无线自组网1传输至服务端3，服务端3广播的信息也可以通过无线自组网1传输至通信终端2，即通信终端2和服务端3之间可以实现信息传输。例如，进入灾害现场的工作人员可以通过随身携带的通信终端2与服务端3通信，接收服务端3的指示，并将灾害现场情况传输至服务端3。

基于上述任一实施例，该系统中，节点包括第一通信单元和第二通信单元，其中第一通信单元用于在第一频段广播该节点的位置信息和接收周围节点的位置信息，第二通信单元用于在第二频段广播和接收通信信息。

具体地，为了避免节点位置广播和信息传输相互干扰的问题，针对任一节点设置两个通信单元，即第一通信单元和第二通信单元，两个通信单元分别在不同的频段上实现节点位置的广播、接收和通信信息的广播、接收。此处，节点位置的广播有利于周围节点确定周围节点自身的节点位置，以及位移数据的获取，周围节点的节点位置的接收有利于确定自身节点位置，以及获取节点间数据中的该节点相对于上一节点的位移数据；通信信息的广播和接收用于实现无线自组网内节点间通信信息的传输，以及通信终端与无线自组网、服务端与无线自组网、通信终端与服务端之间的通信信息的传输。

本发明实施例中，通过区分第一频段和第二频段，使得节点位置的广播和通信信息的传输通过不同的频段实现，避免了两者的相互干扰，有利于提高无线自组网的稳定性和无线自组网通信质量。

基于上述任一实施例，该系统还包括节点部署装置。节点部署装置包括数据采集单元、部署判断单元和执行单元；其中，数据采集单元用于采集节点部署装置相对于上一节点的位移数据、节点部署装置相对于上一节点的路线数据和节点部署装置的姿态数据中的至少一种，作为任一节点部署前的节点间数据；部署判断单元用于基于节点间数据，确定节点部署判断结果；执行单元用于根据部署判断单元的节点部署判断结果，部署节点。

此处，节点部署装置装配在进入无线自组网场景内的人员身上，在人员行进过程中执行节点的部署。

其中，数据采集单元用于获取从上一节点的节点位置行进至当前位置的节点间数据，并将得到的节点间数据实时传输至部署判断单元。针对任一节点，在该节点部署之前，节点部署装置相对于上一节点的位移数据即该节点相对于上一节点的位移数据，节点部署装置相对于上一节点的路线数据即该节点相对于上一节点的路线数据，节点部署装置的姿态数据即该节点的姿态数据。

部署判断单元在接收到节点间数据后，根据节点间数据确定节点部署判断结果。此处，节点部署判断结果用于指示当前时刻是否进行节点部署。节点部署判断结果为是或否。例如，部署判断单元可以判断位移数据的值是否大于预先设定的位移阈值，若大于则将节点部署判断结果确定为是，否则确定为否。又例如，部署判断单元可以判断路线数据中的路线长度大于预先设定的路线阈值，若大于则将节点部署判断结果确定为是，否则确定为否。

部署判断单元在确定节点部署判断结果后，将节点部署判断结果传输至执行单元。

执行单元用于根据部署判断单元的节点部署判断结果，进行节点部署，进一步地，当节点部署判断结果为是，即当前时刻需要部署新的节点，自动执行节点的部署。此处，执行单元可以是节点弹射装置，或者节点掉落装置等。

基于上述任一实施例，该系统中，数据采集单元包括惯性传感单元，惯性传感单元用于采集节点相对上一节点路线数据和/或节点自身的姿态数据。

此处，惯性传感单元是用于测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度运动的传感设备，是解决导航、定向和运动载体控制的重要部件。惯性传感单元可以是角速率陀螺，或者加速度计等。通过惯性传感单元可以检测人员从上一通信节点的节点位置到当前位置的行进路线，并记录此段路线的路线数据，例如路线距离；通过惯性传感单元还可以检测在行进过程中的运动姿态，并输出姿态数据，例如加速度、角速度等。

基于上述任一实施例，该系统中，数据采集单元还包括位移计算单元，用于基于上一节点的位置信息，获取节点相对于上一节点的位移信息。

具体地，无线自组网中，节点会定时广播节点自身的位置信息。位移计算单元在接收到上一节点的位置信息后，可以通过当前的位置信息和上一节点的位置信息获取当前位置与上一节点的位置之间的位移数据。

此外，在上一节点被部署时，节点部署装置可以记录上一节点被部署的位置，即得到上一节点的位置信息。随即位移计算单元可以根据上一节点的位置信息以及当前的位置信息实时更新当前位置与上一节点的位置之间的位移数据。

基于上述任一实施例，该系统中，部署判断单元用于基于节点自身的姿态数据获取路线的几何特征，并基于路线的几何特征确定节点部署判断结果。

具体地，几何特征可以是从上一通信节点的节点位置到当前位置的路线形状、方向等，例如直线、转弯、下楼梯、上楼梯等。部署判断单元通过节点自身的姿态数据中包含的加速度、角速度等，判断当前人员所行走的路线是否为直线，是否存在转弯，高度是否发生变化等，进而得到线路的几何特征。例如，图3为本发明实施例提供的路线几何特征示意图，如图3所示，节点11两侧的实线为场景中的障碍物，图3中具体为墙壁，人员与节点11之间连接的虚线用于表示人员行走路线，由虚线可以得到人员行走路线中的几何特征，即人员行走路线中存在转弯。

部署判断单元可以基于几何特征，判断人员在行进过程中是否经过了墙壁、楼梯或者其余可能造成信号强烈衰减的障碍物，进而判断是否需要进行新的节点的部署，得到节点部署判断结果。

本发明实施例提供的系统，部署判断单元通过几何特征确定节点部署判断结果，能够提高节点部署的准确性，保障系统通信质量。

基于上述任一实施例，该系统中，部署判断单元基于获取的节点相对于上一节点的路线数据中的路线长度与节点相对于上一节点的位移数据的值之间的差值，确定节点部署判断结果；若差值大于预设差值阈值，则将节点部署判断结果确定为是；否则，将节点部署判断结果确定为否。

具体地，部署判断单元可以将位移数据与路线数据作为节点部署判断条件时，求取路线数据的路线长度与位移数据的值两者的差值，此处位移数据的值即位移大小。两者的差值用于表征人员从上一节点的节点位置到当前位置额外行进的路线长度，差值越大，则人员在行进过程中由于避障行进的路程越长，上一通信节点的节点位置与当前位置之间存在可能导致信号强烈衰减的因素的概率越大。

部署判断单元在得到差值之后，将差值与预设差值阈值进行比较。此处，预设差值阈值即预先设定的需要部署通信节点时的最小差值。若差值大于预设差值阈值，说明在行进过程中存在导致信号强烈衰减的因素的概率较大，需要部署新的节点，将节点部署判断结果确定为是；否则，说明在行进过程中存在导致信号强烈衰减的因素的概率较小，无需部署新的节点，将节点部署判断结果确定为否。

本发明实施例提供的系统，部署判断单元通过获取路线数据与位移数据的差值，衡量在行进过程中存在导致信号强烈衰减的因素的概率，进而判断是否需要部署新的节点，能够在节约节点资源的同时，提高无线自组网的稳定性。

基于上述任一实施例，该系统中，信号检测单元用于检测周围节点的无线信号强度；对应地，部署判断单元用于基于节点间数据，确定节点部署判断结果，具体包括：部署判断单元用于基于节点间数据以及周围节点的无线信号强度，确定节点部署判断结果。

具体地，在节点处于周围节点的无线信号覆盖范围内时，信号检测单元用于检测接收到周围节点的无线信号的信号强度，并将周围节点的无线信号强度实时传输至部署判断单元。

对应地，部署判断单元在基于节点间数据确定节点部署判断结果的同时，还需要将周围节点的无线信号强度作为影响节点部署判断结果的因素进行考量。例如，部署判断单元可以周围节点的无线信号强度是否小于预先设定的信号强度阈值，若大于，则基于节点间数据确定节点部署判断结果，若小于，则直接将节点部署判断结果确定为是。

基于上述任一实施例，该系统中，部署判断单元用于将节点间数据输入至部署判断模型，获取部署判断模型输出的节点部署判断结果；其中，部署判断模型是基于样本节点间数据与样本节点部署判断结果训练得到的。

具体地，部署判断模型用于根据输入的节点间数据分析是否需要在当前位置部署新的节点，并输出节点部署判断结果。在执行上述之前，还可以预先训练得到部署判断模型，具体可通过如下方式训练得到：首先，收集大量样本节点间数据以及样本节点部署判断结果；其中，样本节点间数据可以包括样本位置与上一样本节点之间的位移数据、路线数据和姿态数据中的至少一种，样本节点部署判断结果是根据上一样本节点在当前位置处的无线覆盖信号强弱确定的。随即基于样本节点间数据以及样本节点部署判断结果对初始模型进行训练，从而得到部署判断模型。其中，初始模型可以是单一神经网络模型，也可以是多个神经网络模型的组合，本发明实施例不对初始模型的类型和结构作具体限定。

本发明实施例提供的系统，部署判断单元基于人工智能技术实现了节点部署判断结果的确定，极大提高了通信节点自动部署效率和准确率。

基于上述任一实施例，该系统中，数据采集单元还包括超声波传感单元，超声波传感单元用于采集实时障碍物距离数据；对应地，节点部署装置还包括部署修正单元，部署修正单元用于在节点部署判断结果为否，且实时障碍物距离数据小于预设障碍物距离阈值时，将节点部署判断结果修正为是。

具体地，部署判断单元若仅基于节点间数据中的位移数据、路线数据或姿态数据中的一种进行节点部署判断结果的确定时，极有可能忽略由于障碍物的存在导致无线信号的急剧衰减的问题，导致节点部署在周围节点的无线信号覆盖范围以外或者无线信号覆盖较弱的位置，影响无线自组网的质量。针对这一问题，数据采集单元中还设置由超声波传感单元。

超声波传感单元可以发出超声波，并根据接收到反射超声波的时间差进行距离测量。将超声波传感单元装设在人员身上，可用于检测人员在行进过程中的周围障碍物的距离，并输出实时障碍物距离数据。

对应地，节点部署装置中，在部署判断单元和执行单元之间加设有部署修正单元。数据采集单元在基于超声波传感单元采集得到实时障碍物距离数据后，将实时障碍物距离数据发送至部署修正单元。此外，部署判断单元在确定节点部署判断结果后，将节点部署判断结果也发送至部署修正单元。

部署修正单元在接收到节点部署判断结果和实时障碍物距离数据后，当节点部署判断结果为否时，判断实时障碍物距离数据是否大于预设障碍物阈值。此处，预设障碍物阈值为预先设定的周边可能存在导致信号强烈衰减的障碍物的最大距离数据，如果实时障碍物距离数据小于预设障碍物阈值，则周边可能存在导致信号强烈衰减的障碍物，为了保证节点间的通信质量，将节点部署判断结果修正为是。

基于上述任一实施例，一种自组网无线通信系统，包括无线自组网、通信终端、节点部署装置和服务端。其中，通信终端和节点部署装置均装配在进入无线自组网场景下的人员身上，通信终端用于通过无线自组网与服务端连接，节点部署装置用于在人员行进过程中实现节点的自动部署和无线自组网的构建。

图4为本发明实施例提供的节点部署装置的结构示意图，如图4所示，节点部署装置包括惯性传感单元41、部署判断单元42、部署修正单元43、执行单元44、超声波传感单元45以及通信单元46。

在人员行进过程中，装配在人员身上的节点部署装置中，惯性传感单元41实时采集当前位置与上一节点之间的路线数据，同时超声波传感单元45采集当前位置周边的实时障碍物距离数据，随即惯性传感单元41将采集得到的路线数据发送至节点部署装置中的部署判断单元42，超声波传感单元45将采集得到的实时障碍物距离数据发送至节点部署装置中的部署修正单元43。部署判断单元42通过比较路线数据中路线长度与预设路线阈值的大小确定节点部署判断结果，并将节点部署判断结果传输至部署修正单元43。部署修正单元43在接收到节点部署判断结果后，当节点部署判断结果为否时，判断实时障碍物距离数据是否大于预设障碍物阈值，若小于，则将节点部署判断结果修正为是，并将为是的节点部署判断结果发送至节点部署装置中的执行单元44，由执行单元将人员随身携带的节点弹射至当前位置，实现新的节点的部署。

此外，在人员行进过程中，装配在人员身上的节点部署装置中，还可以由通信单元46实时监听前一节点广播的节点位置，并基于前一节点的节点位置和当前位置获取相对于上一节点的位移数据，并将位移数据发送至节点部署装置中的部署判断单元42，由部署判断单元42判断位移数据的值与预设位移阈值的大小，并当位移数据的值大于预设位移阈值时，将节点部署判断结果确定为是，当小于等于时，将节点部署判断结果确定为否。随即，部署判断单元42将节点部署判断结果发送至执行单元44，由执行单元44在节点部署判断结果为是时，将人员随身携带的节点弹射至当前位置，实现新的节点的部署。

再者，在人员行进过程中，服务端可以广播需要传输至通信终端的信息，当无线自组网中的节点接收到该信息后，将在第二频段对该信息进行广播，以使得通信终端可以通过接收到临近的节点广播的信息。人员身上还可以装配摄像头，摄像头采集得到的场景图像或场景视频可以通过通信终端进行广播，使得临近的无线自组网的节点能够将场景图像或者场景视频传输至服务端。

本发明实施例提供的系统，基于节点间数据实现行进过程中的节点部署，进而构成任一节点部署在上一节点的无线信号覆盖范围内的无线自组网，在行进过程中部署节点的同时，保障了无线自组网的通信质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种自组网无线通信系统，包括无线自组网，所述无线自组网包括依次部署的多个节点；其特征在于：

任一所述节点部署在上一节点的无线信号覆盖范围内；

并且任一所述节点是基于该节点在行进过程中产生的节点间数据部署的；所述节点间数据包括该节点相对上一节点的位移数据、该节点相对上一节点的路线数据和其自身姿态数据中的至少一种；

所述无线自组网还包括节点部署装置，所述节点部署装置包括数据采集单元、部署判断单元和执行单元；

其中，所述数据采集单元用于采集所述节点部署装置相对于上一节点的位移数据、所述节点部署装置相对于上一节点的路线数据和所述节点部署装置的姿态数据中的至少一种，作为任一所述节点部署前的所述节点间数据；

所述部署判断单元用于基于所述节点间数据，确定节点部署判断结果；

所述执行单元用于根据所述部署判断单元的节点部署判断结果，部署所述节点。

2.根据权利要求1所述的自组网无线通信系统，其特征在于，还包括通信终端和/或服务端；所述通信终端和所述服务端分别与所述无线自组网连接。

3.根据权利要求1所述的自组网无线通信系统，其特征在于，所述节点包括第一通信单元和第二通信单元，其中所述第一通信单元用于在第一频段广播所述节点的位置信息和接收周围节点的位置信息，所述第二通信单元用于在第二频段广播和接收通信信息。

4.根据权利要求1所述的自组网无线通信系统，其特征在于，所述数据采集单元包括惯性传感单元，所述惯性传感单元用于采集所述节点相对上一节点的路线数据和/或所述节点的自身姿态数据。

5.根据权利要求1所述的自组网无线通信系统，其特征在于，所述数据采集单元还包括位移计算单元，用于基于所述上一节点位置信息，获取所述节点相对上一节点的位移信息。

6.根据权利要求1所述的自组网无线通信系统，其特征在于，所述部署判断单元用于基于所述节点间数据，确定节点部署判断结果，具体包括：所述部署判断单元用于基于所述节点自身的姿态数据获取路线的几何特征，并基于所述路线的几何特征确定所述节点部署判断结果。

7.根据权利要求1所述的自组网无线通信系统，其特征在于，所述部署判断单元用于基于所述节点间数据，确定节点部署判断结果，具体包括：

所述部署判断单元基于获取的所述节点相对上一节点的路线数据中的路线长度与所述节点相对于上一节点的位移数据的值之间的差值，确定所述节点部署判断结果：若所述差值大于预设差值阈值，则将所述节点部署判断结果确定为是；否则，将所述节点部署判断结果确定为否。

8.根据权利要求1所述的自组网无线通信系统，其特征在于，所述节点部署装置还包括信号检测单元；

所述信号检测单元用于检测周围节点的无线信号强度；

对应地，所述部署判断单元用于基于所述节点间数据，确定节点部署判断结果，具体包括：所述部署判断单元用于基于所述节点间数据以及所述周围节点的无线信号强度，确定节点部署判断结果。

9.根据权利要求1所述的自组网无线通信系统，其特征在于，所述数据采集单元还包括超声波传感单元，所述超声波传感单元用于采集实时障碍物距离数据；

对应地，所述节点部署装置还包括部署修正单元，所述部署修正单元用于在所述节点部署判断结果为否，且所述实时障碍物距离数据小于预设障碍物距离阈值时，将所述节点部署判断结果修正为是。

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