CN111683408B - 一种基于uwb通信分配的方法 - Google Patents

一种基于uwb通信分配的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111683408B
CN111683408B CN202010502842.2A CN202010502842A CN111683408B CN 111683408 B CN111683408 B CN 111683408B CN 202010502842 A CN202010502842 A CN 202010502842A CN 111683408 B CN111683408 B CN 111683408B
Authority
CN
China
Prior art keywords
base station
time
tag
time slots
positioning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010502842.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111683408A (zh
Inventor
焦良葆
袁枫
王章生
陈乐�
曹雪虹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN202010502842.2A priority Critical patent/CN111683408B/zh
Publication of CN111683408A publication Critical patent/CN111683408A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111683408B publication Critical patent/CN111683408B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0446—Resources in time domain, e.g. slots or frames
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H04J3/0658—Clock or time synchronisation among packet nodes
    • H04J3/0661—Clock or time synchronisation among packet nodes using timestamps
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H04W72/541—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria using the level of interference
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于UWB通信分配的方法，在一个基站间能相互通信的区域中，有M个基站，N个标签，M>4；基站和标签开启后都立刻进行准同步；主基站发送SYN报文的时刻作为主基站循环周期起始时刻，标签和从基站收到SYN报文的时刻作为该设备的循环周期起始时刻；从起始时刻开始，设置一个时隙段，然后通过散列方法将每个标签和基站安排在不同的时隙中。能够使在一个定位子区里使用大量标签时，标签与标签之间，标签与基站之间的通信冲突率大大减少，有效的提高了定位的精度，实现对定位系统的优化，提高定位周期内的标签的容量。

Description

一种基于UWB通信分配的方法
技术领域
本发明涉及一种基于UWB通信分配方法的技术领域。
背景技术
超宽带技术(UWB)是一种新型无线电通信技术，由于相较于其他无线技术具有极高的时间分辨率和优秀的多径抗干扰能力等特点，在安全监控、卫生、自动驾驶领域等都拥有极高的利用价值和无线的应用前景。在美国联邦通信委员会(FCC)发布了关于超宽带的民用便准后，超宽带受到了国内外研究开发者空前的关注和研究。
如今越来越多的行业在使用UWB定位技术，目前用的最多的定位算法是TOA和TDOA，基于TOA的测距算法是指通过测量待测移动标签到定位基站之间的信号到达时间，然后乘以光速c(信源信号在真空中传播的速度)估计出待测移动标签到定位基站之间的距离，通过多个距离公式组成的距离方程组来求解待测移动标签的实际位置。TDOA定位算法具体实现过程：先随意选取一个定位基站作为主基站，其余为从基站；然后在双曲线数学模型上，分别让主基站和从基站作为双曲线的左焦点和右焦点，可知双曲线上的某点到两个焦点之间的距离差即为待测移动标签到两个定位基站之间的距离差；最后多条双曲线会相交于同一点，该点即为待测移动标签的未知坐标。
但是现有的UWB定位技术有以下缺陷：由于通信分配没有协调好的问题，会经常出现出现通信冲突：两个标签向一个基站同时通信的现象，先与基站交互的标签先通信，而后到的标签必须要等一定的响应时间后才能与其他基站通信，这样导致基站与标签之间通信速度慢，系统反应慢。
发明内容
本发明目的是提供一种基于UWB通信分配的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种基于UWB通信分配的方法，在一个基站间能相互通信的区域中，有M个基站，N个标签，M>4；基站和标签开启后都立刻进行准同步，即主基站周期发送SYN报文，其余的标签和从基站接收到SYN报文并进行准同步；主基站发送SYN报文的时刻作为主基站循环周期起始时刻，标签和从基站收到SYN报文的时刻作为该设备的循环周期起始时刻，忽略掉信号在空中的传播时间；从起始时刻开始，设置一个时隙段，然后通过散列方法将每个标签和基站安排在不同的时隙中；其中，主基站是随机选择，任意选择一个基站作为主基站，如果选取的主基站无法正常工作，需重新选取一个基站作为主基站换上。
本发明的散列方法为素数求余法，序号为T的标签测距的时隙号TS0[1...5]和TS1[1...5]计算方法如下：该标签所得基站列表即为M个基站的列表A[1..M]，该列表为基站的序号列表，且所有标签列表一致；若M>5,首先对列表A[1...M]进行散列，得到5个下标I[1...5]，第一次定位需要至少四个基站，并设置一个冗余基站，共5个基站；
I[i]＝((T+7)*i)％5,i＝1...5 (1)
TS0[i]＝((T+Q)*(A[I[i]]+P))％Q,i＝1...5 (2)
TS1[i]＝((T+P)*(A[I[i]]+Q))％P,i＝1...5 (3)
式(1)、(2)和(3)中的TS0[i]和TS1[i]为序号为T的标签通过散列获得的时隙号，T为标签序列号，A[I[i]]为散列后的基站序列号，％取余符号，式(1)中的7是一个任取的质数，比5大即可；式(2)(3)中的Q和P是素数1和素数2，任意取的质数，能够让得到的时隙号能够散列开。
本发明的时隙设置为：有M个基站，N个标签，一个时隙段有S个时隙，一个时隙Xms，需要将N*M次定位测距散列在M*S个时隙中，应满足N*M＜M*S，因此总的时隙个数大于测距次数，基站和标签的一个周期为S*X ms；
时隙段格式如下：R0-R3为冗余时隙，由各基站发送准同步信号；S0和S1为定位时隙，一共64个可用时隙，通过质数求余的方法将基站和标签合理的安排在各个时隙中进行通信：
R0|R1|S0[1]|S0[2]|...|S0[29]|R3|S1[1]|S1[2]|...|S1[31]|R4|。
本发明的一个标签可以获得十个时隙，一个小周期获得五个时隙完成一次测距，一个大周期完成两次测距。
本发明的有益效果：本发明的面向基于UWB通信分配的方法，能够使在一个定位子区里使用大量标签时，标签与标签之间，标签与基站之间的通信冲突率大大减少，有效的提高了定位的精度，实现对定位系统的优化，提高定位周期内的标签的容量。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
图2是本发明的时隙分配图。
图3是本发明的测距流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于UWB通信分配的方法，在一个基站间能相互通信的区域中，有M个基站，N个标签，M>4；基站和标签开启后都立刻进行准同步，即主基站周期发送SYN报文，其余的标签和从基站接收到SYN报文并进行准同步；主基站发送SYN报文的时刻作为主基站循环周期起始时刻，标签和从基站收到SYN报文的时刻作为该设备的循环周期起始时刻，忽略掉信号在空中的传播时间；从起始时刻开始，设置一个时隙段，然后通过散列方法将每个标签和基站安排在不同的时隙中；其中，主基站是随机选择，任意选择一个基站作为主基站，如果选取的主基站无法正常工作，需重新选取一个基站作为主基站换上。
本发明的散列方法为素数求余法，序号为T的标签测距的时隙号TS0[1...5]和TS1[1...5]计算方法如下：该标签所得基站列表即为M个基站的列表A[1..M]，该列表为基站的序号列表，且所有标签列表一致；若M>5,首先对列表A[1...M]进行散列，得到5个下标I[1...5]，第一次定位需要至少四个基站，并设置一个冗余基站，共5个基站；
I[i]＝((T+7)*i)％5,i＝1...5 (1)
TS0[i]＝((T+Q)*(A[I[i]]+P))％Q,i＝1...5 (2)
TS1[i]＝((T+P)*(A[I[i]]+Q))％P,i＝1...5 (3)
式(1)、(2)和(3)中的TS0[i]和TS1[i]为序号为T的标签通过散列获得的时隙号，T为标签序列号，A[I[i]]为散列后的基站序列号，％取余符号，式(1)中的7是一个任取的质数，比5大即可；式(2)(3)中的Q和P是素数1和素数2，任意取的质数，能够让得到的时隙号能够散列开。
如图2所示，本发明的时隙设置为：有M个基站，N个标签，一个时隙段有S个时隙，一个时隙Xms，需要将N*M次定位测距散列在M*S个时隙中，应满足N*M＜M*S，因此总的时隙个数大于测距次数，基站和标签的一个周期为S*X ms；
时隙段格式如下：R0-R3为冗余时隙，由各基站发送准同步信号；S0和S1为定位时隙，一共64个可用时隙，通过质数求余的方法将基站和标签合理的安排在各个时隙中进行通信：
R0|R1|S0[1]|S0[2]|...|S0[29]|R3|S1[1]|S1[2]|...|S1[31]|R4|。本发明的一个标签可以获得十个时隙，一个小周期获得五个时隙完成一次测距，一个大周期完成两次测距。
如图3所示，在一个基站间能相互通信的区域中，标签序号定义为1...M,基站序号定义为1...N，M和N是足够大的值。随机产生5个基站，20个标签进行通信，按照原来的通信方式：即先到先通信的抢占方式。具体步骤：各个标签随机时间开始五个基站相互通信，具体测距流程如下：主基站先发送SYN包，标签和从基站接收SYN包，进行准同步，主基站发送SYN包和标签、从基站收到SYN包的时间为起始时间；标签先发送一个RNG1包给主基站，记录时间为TRNG1，主基站接收到标签发送的RNG1,记录收到的时间戳Trng1_rx1；从基站接收到标签发送的RNG1，记录收到的时间戳Trng1_rx2；延迟一定时间后标签向空间广播发送RNG2消息，并记录此时间戳Trng2_tx；主基站接收到标签发送的RNG2,记录收到的时间戳Trng2_rx1；从基站接收到标签发送的RNG2，记录收到的时间戳Trng2_rx2；主基站将Trng1_rx1和Trng2_rx2装填进RES帧，并将RES消息发送给标签和从基站，记录发送时间戳Tres_tx；从基站接收到主基站发送的RES消息，记录接收时间戳Tres_rx2，并解析该数据帧。标签接收到主基站发送的RES消息，记录接收时间戳Tres_rx1；
标签的通信顺序是：每个标签与五个基站依次通信，如果第一个基站与一号标签正在通信，二号标签也要与一号基站通信，则算一次冲突，而二号标签在等待1秒后，再与二号基站通信，若二号基站也被占用则再等待1秒后与下一个基站通信，并且冲突次数加一，以此类推。
为了达到与现有通信方式相同，选择从500个标签和200个基站中随机产生5个基站，20个标签进行通信，标签序号定义为1...500,基站序号定义为1...200。基站和标签的周期定为512ms，测距一次的时间为8ms。按照上述的冲突率算法，求得现有通信方式冲突率达到39％。
用时隙法，为了达到条件相同，在200个基站中随机抽取5个基站，在500个标签中抽取20个标签，标签序号定义为1...500,基站序号定义为1...200。一个时隙段取64个时隙，一个时隙取8ms，基站和标签的周期就是64*8ms，即512ms，与现有通信方式条件完全相同。下式(2)(3)中的Q素数1和P素数2分别取29和31，根据以下公式计算每个标签的时隙安排，并将其放入时隙段格式中，当一个时隙中出现两个标签测距就是冲突一次。
I[i]＝((T+7)*i)％5,i＝1...5 (1)
TS0[i]＝((T+29)*(A[I[i]]+31))％29,i＝1...5 (2)
TS1[i]＝((T+31)*(A[I[i]]+29))％31,i＝1...5 (3)
用改进后的时隙法进行通信，通信冲突率只有26％，冲突率降低了13％。
本发明可以有效的降低基站和标签在通信过程中的冲突率，提高定位周期内的标签的容量。

Claims (3)

1.一种基于UWB通信分配的方法，其特征在于：在一个基站间能相互通信的区域中，有M个基站，N个标签，M>4；基站和标签开启后都立刻进行准同步，即主基站周期发送SYN报文，其余的标签和从基站接收到SYN报文并进行准同步；主基站发送SYN报文的时刻作为主基站循环周期起始时刻，标签和从基站收到SYN报文的时刻作为设备的循环周期起始时刻，忽略掉信号在空中的传播时间；从起始时刻开始，设置一个时隙段，然后通过散列方法将每个标签和基站安排在不同的时隙中；其中，主基站是随机选择，任意选择一个基站作为主基站，如果选取的主基站无法正常工作，需重新选取一个基站作为主基站换上；
上述散列方法为素数求余法，序号为T的标签测距的时隙号TS0[i]和TS1[i]，计算方法如下：该标签所得基站列表即为M个基站的列表Aj，该列表为基站的序号列表，且所有标签列表一致；若M>5，首先对列表Aj进行散列，得到5个下标I[i]，第一次定位需要至少四个基站，并设置一个冗余基站，共5个基站；
I[i]＝((T+7)*i)％5 (1)
TS0[i]＝((T+Q)*(A[I[i]]+P))％Q (2)
TS1[i]＝((T+P)*(A[I[i]]+Q))％P (3)
其中j的取值为1，2，…，M；式(1)、(2)和(3)中的TS0[i]和TS1[i]为序号为T的标签通过散列获得的时隙号，T为标签序列号，A[I[i]]为散列后的基站序列号；i的取值为1，2，…，5；％取余符号，式(1)中的7是一个任取的质数，比5大即可；式(2)(3)中的Q和P是素数1和素数2，任意取的质数，能够让得到的时隙号能够散列开。
2.根据权利要求1所述的基于UWB通信分配的方法，其特征在于：上述时隙设置为：有M个基站，N个标签，一个时隙段有S个时隙，一个时隙Xms，需要将N*M次定位测距散列在M*S个时隙中，应满足N*M＜M*S，因此总的时隙个数大于测距次数，基站和标签的一个周期为S*Xms；
时隙段格式如下：R0-R3为冗余时隙，由各基站发送准同步信号；S0和S1为定位时隙，一共64个可用时隙，通过质数求余的方法将基站和标签合理的安排在各个时隙中进行通信：
R0|R1|S0[1]|S0[2]|...|S0[29]|R3|S1[1]|S1[2]|...|S1[31]|R4|。
3.根据权利要求1所述的基于UWB通信分配的方法，其特征在于：一个标签可以获得十个时隙，一个小周期获得五个时隙完成一次测距，一个大周期完成两次测距。
CN202010502842.2A 2020-06-04 2020-06-04 一种基于uwb通信分配的方法 Active CN111683408B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010502842.2A CN111683408B (zh) 2020-06-04 2020-06-04 一种基于uwb通信分配的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010502842.2A CN111683408B (zh) 2020-06-04 2020-06-04 一种基于uwb通信分配的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111683408A CN111683408A (zh) 2020-09-18
CN111683408B true CN111683408B (zh) 2023-05-23

Family

ID=72453956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010502842.2A Active CN111683408B (zh) 2020-06-04 2020-06-04 一种基于uwb通信分配的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111683408B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112612000B (zh) * 2020-11-19 2024-05-10 郑州联睿电子科技有限公司 适用于快速布设uwb定位系统的智能配置平台
CN113030859B (zh) * 2021-05-27 2021-08-13 江苏东大集成电路系统工程技术有限公司 一种基于时分多址的uwb室内定位方法
CN114466438A (zh) * 2022-02-15 2022-05-10 河北高达智能装备股份有限公司 基站定位系统
CN114866953A (zh) * 2022-07-04 2022-08-05 杭州优智联科技有限公司 基于ble-uwb的定位调度方法、装置、系统及存储介质
CN115567945B (zh) * 2022-12-02 2023-03-10 启迪数字科技(深圳)有限公司 Uwb基站动态调整方法、装置、设备及介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010148875A1 (zh) * 2009-12-14 2010-12-29 中兴通讯股份有限公司 集群系统中广播信道指配消息的发送方法、装置及系统
CN107590408A (zh) * 2017-08-01 2018-01-16 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 基于二进制散列的aloha防碰撞方法
CN108631925A (zh) * 2017-03-24 2018-10-09 中兴通讯股份有限公司 一种准循环低密度奇偶校验编码处理方法及装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104270814B (zh) * 2014-09-30 2017-12-12 南京沃旭通讯科技有限公司 一种基于TDOA和ToF混合的定位方法及系统
CN106211310A (zh) * 2016-07-01 2016-12-07 北京永安信通科技有限公司 基于uwb技术的室内定位方法
CN110839203B (zh) * 2019-12-03 2021-04-20 锐捷网络股份有限公司 一种基于超宽带的标签定位方法及装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010148875A1 (zh) * 2009-12-14 2010-12-29 中兴通讯股份有限公司 集群系统中广播信道指配消息的发送方法、装置及系统
CN108631925A (zh) * 2017-03-24 2018-10-09 中兴通讯股份有限公司 一种准循环低密度奇偶校验编码处理方法及装置
CN107590408A (zh) * 2017-08-01 2018-01-16 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 基于二进制散列的aloha防碰撞方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111683408A (zh) 2020-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111683408B (zh) 一种基于uwb通信分配的方法
US9224300B2 (en) Apparatus and method for controlling autonomous vehicle platooning
Wang et al. An adaptive medium access control mechanism for cellular based machine to machine (M2M) communication
CN106851696B (zh) 一种基于无线时钟同步的uwb多标签多基站的调度系统
CN110839203B (zh) 一种基于超宽带的标签定位方法及装置
EP2289207B1 (en) Channel access method for very high throughput (vht) wireless local access network system and station supporting the channel access method
US9854549B1 (en) Methods and apparatus for synchronizing beacon transmissions in a neighbor awareness network (NAN)
US20210173064A1 (en) Method and apparatus for operating device for transmitting and receiving data through ultra-wideband (uwb)
WO2022016971A1 (zh) 无线通信方法与装置、基站和标签设备
US20230141919A1 (en) Electronic device for performing ranging through uwb, and operation method of electronic device
CN112235710B (zh) 用于室内定位的方法、基站、定位标签及室内定位系统
CN110166393B (zh) 同步信号块的发送、接收方法及装置
RU2014122164A (ru) Способы, системы и устройства для уменьшения коллизий связи
CN102332936B (zh) 在基于信标的无线个人域网中管理信道资源的装置和方法
Lasowski et al. A multi channel synchronization approach in dual radio vehicular ad-hoc networks
WO2023024940A1 (zh) Uwb通信方法、通信装置及系统
CN110636585B (zh) 一种无线跳频网络的快速接入方法
CN113364635B (zh) 一种自组网带宽调整方法、装置和系统
CN114258153A (zh) 无线通信连接方法、系统及无线通信设备
CN103596283A (zh) 基于相关序列的解决冲突的方法及系统
Pabbisetty et al. A simple decentralized timeslot synchronization algorithm for large-scale wireless IoT networks
CN104683054A (zh) 无线同步分时多工方法
CN113597012B (zh) 一种收发密集型窄带无线远距离通信的防冲突方法
WO2023165383A1 (zh) 通信方法及装置
CN117412242B (zh) 一种基于uwb技术的可扩展的多基站多标签定位系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant