CN112313974B - 用于目标设备定位的基于超宽带的车辆访问系统和通信协议 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有遍及车辆布置的多个系统节点的车辆访问系统。车辆访问系统采用通信协议，该通信协议利用双向测距（TWR）和到达时间距离（TDoA）定位过程来确定目标便携式设备的位置。通信协议取决于在目标便携式设备的通信范围内的系统节点的数量，选择TWR和TDoA估计的最优组合，以在目标便携式设备处提供具有最佳功率效率的最大准确性。特别地，通信协议最小化目标便携式设备发送和接收的消息数量，由此改进其功率效率。另外，通信协议调度系统节点与目标便携式设备之间的消息，以便最小化目标便携式设备的唤醒时间，由此进一步改进其功率效率。

Description

用于目标设备定位的基于超宽带的车辆访问系统和通信协议
本申请要求于2018年6月29日提交的美国临时申请序列号62/691,820的优先权权益，将该美国临时申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本文档中所公开的设备和方法涉及车辆访问系统，并且更特别地，涉及基于超宽带的车辆访问系统。
背景技术
除非本文中另有指示，否则本部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不因包括在本部分中而被承认为现有技术。
标准被动进入系统（PES）钥匙扣通常在两个无线电频率（RF）上操作。例如，低频率（LF）通信用于舒适进入出发（Comfort Entry Go，CEG）功能性所需的接近度检测和定位。诸如超高频率（UHF）的另一频率用于扩展远程无钥匙进入（RKE）功能性的通信范围。被动进入系统（PES）具有严格的接近度/定位要求。例如，利用提供RKE和CEG的PES系统，车辆仅当驾驶员或被授权访问的人在距车辆~2m处的周界内时才将门解锁。PES/CEG系统进一步允许用户或驾驶员仅当钥匙扣在车辆内部时才启动引擎。这些定位要求对于任何一种无线技术而言都难以满足。因此，当前的系统需要在车辆内部和外部二者的LF（例如125kHz）天线连同最优功率控制，以满足接近度/定位要求。另一方面，对于RKE而言，从钥匙扣到车辆的通信链路（即，当用户明确地按下钥匙扣上的锁定/解锁按钮时）是基于UHF的，以满足范围要求（~50m）和天线大小要求（即，天线需要适应小的钥匙扣）二者。
发明内容
公开了一种操作具有遍及车辆布置的多个系统节点的车辆访问系统的方法。所述方法包括：在所述多个系统节点中选择第一系统节点集合，第一系统节点集合是所述多个系统节点的子集；用第一系统节点集合中的每个系统节点向目标便携式设备传输相应轮询消息，并且用第一系统节点集合中的每个系统节点记录传输相应轮询消息的第一时间戳；用所述多个系统节点中的第二系统节点集合从目标便携式设备接收响应消息，并且用第二系统节点集合中的每个系统节点记录接收响应消息的相应第二时间戳，所述响应消息包括以下各项中的一个：(i)在目标便携式设备处接收到每个相应轮询消息的相应第三时间戳和传输响应消息的第四时间戳，以及(ii)等于相应第三时间戳与第四时间戳之间的差的相应等待时间；基于相应第一时间戳、相应第二时间戳以及以下各项中的一个来确定目标便携式设备与第一系统节点集合中的每个系统节点之间的相应飞行时间：(i)相应第三时间戳和第四时间戳，以及(ii)相应等待时间；基于由第一系统节点记录的相应第二时间戳和由第二系统节点集合中的每个其它系统节点记录的相应第二时间戳，确定第二系统节点集合中的第一系统节点和第二系统节点集合中的每个其它系统节点之间的相应到达时间差；以及基于(i)目标便携式设备与第一系统节点集合中的每个系统节点之间的相应飞行时间，和(ii)第二系统节点集合中的第一系统节点与第二系统节点集合中的每个其它系统节点之间的相应到达时间差，来确定目标便携式设备相对于车辆的位置。
公开了一种车辆访问系统。所述车辆访问系统包括：遍及车辆布置的多个系统节点，所述多个系统节点中的每个系统节点包括被配置为与目标便携式设备通信的收发器，所述多个系统节点包括主系统节点，并且所述多个系统节点中的每个其它系统节点是从系统节点；以及可操作地连接到主系统节点的车辆计算机。主系统节点和车辆计算机中的一个被配置为选择所述多个系统节点中的第一系统节点集合，第一系统节点集合是所述多个系统节点的子集。所述多个系统节点中的每个系统节点被配置为：响应于作为被选择为第一系统节点集合中的一个的系统节点，向目标便携式设备传输相应轮询消息，并且记录传输相应轮询消息的第一时间戳。所述多个系统节点中在目标便携式设备的通信范围内的第二系统节点集合被配置为从目标便携式设备接收响应消息，并且记录接收到响应消息的相应第二时间戳，所述响应消息包括以下各项中的一个：(i)在目标便携式设备处接收到每个相应轮询消息的相应第三时间戳和传输所述响应消息的第四时间戳，以及(ii)等于相应第三时间戳与第四时间戳之间的差的相应等待时间。主系统节点和车辆计算机中的一个被配置为：基于相应第一时间戳、相应第二时间戳以及以下各项中的一个来确定目标便携式设备和第一系统节点集合中的每个系统节点之间的相应飞行时间：(i)相应第三时间戳和第四时间戳以及(ii)相应等待时间；基于由第一系统节点记录的相应第二时间戳和由第二系统节点集合中的每个其它系统节点记录的相应第二时间戳，确定第二系统节点集合中的第一系统节点与第二系统节点集合中的每个其它系统节点之间的相应到达时间差；以及基于(i)目标便携式设备与第一系统节点集合中的每个系统节点之间的相应飞行时间，和(ii)第二系统节点集合中的第一系统节点与第二系统节点集合中的每个其它系统节点之间的相应到达时间差，来确定目标便携式设备相对于车辆的位置。
附图说明
结合附图，在以下描述中解释了车辆访问系统及其操作方法的前述方面和其它特征。
图1示出了用于车辆的车辆访问系统的示例性实施例。
图2A、2B和2C分别示出了图1的车辆访问系统的系统节点、目标便携式设备和主体计算机模块的示例性实施例。
图3图示了用于确定两个设备之间距离的单向测距（OWR）、双向测距（TWR）和对称双侧双向测距（SDS-TWR）过程。
图4图示了用于基于目标设备相对于由两个系统节点的位置定义的线的角度来定位目标设备的替代过程。
图5A和5B图示了用于基于来自目标便携式设备的消息的到达时间差（TDoA）来定位目标便携式设备的另外的过程。
图6A和6B图示了可以如何优化用于SDS-TWR定位过程的通信协议，以改进目标便携式设备处的功率效率。
图7图示了可以如何通过利用TDoA和SDS-TWR的组合来进一步优化通信协议。
图8A和8B图示了可以如何通过在下一个周期开始时调度来自系统节点的消息来进一步优化通信协议。
图9示出了用于操作车辆访问系统来定位目标便携式设备的方法的逻辑流程图。
图10图示了系统节点与目标便携式设备之间的通信协议的第i定位周期。
图11图示了图10的通信协议的优化，其中主系统节点选择自身来施行TWR过程。
图12图示了适配图10的通信协议的周期时间。
具体实施方式
为了促进对本公开原理的理解的目的，现在将参考附图中图示的并在以下书面说明书中描述的实施例。应理解，并不由此意图对本公开范围的限制。应进一步理解，本公开包括对所图示的实施例的任何更改和修改，并且包括本公开所属领域的技术人员通常会想到的本公开原理的另外的应用。
车辆访问系统
参考图1和2A-2C，描述了用于车辆12的车辆访问系统10的示例性实施例。如图1中所示出的，车辆访问系统10包括布置在车辆12的各种位置处的多个系统节点20。将领会到，系统节点20的特定数量和系统节点20的特定位置将取决于期望的准确性和性能，以及车辆12的特定品牌和型号。在一个实施例中，使用满足特定萨彻姆（Thatcham）类别要求的最小数量的系统节点20（例如，当目标便携式设备在车辆中时，使能实现在车辆的两米周界内的车辆锁定/解锁、以及车辆启动）。系统节点20被配置为与目标便携式设备30通信，并且特别地，使得能够确定目标便携式设备30的位置。依据网络定义，系统节点20包括多个从系统节点S和主系统节点M。在一个实施例中，主节点M被定义为连接主体计算机模块（BCM）40（或其它这样的车辆计算机）的系统节点20，并且从系统节点S包括作为与主系统节点M相同的网络的部分的系统节点20。主系统节点M控制与从系统节点S的通信，并且出于定位目标便携式设备30的目的，从该从系统节点S收集数据。从系统节点20收集以定位目标便携式设备30的数据的处理由主系统节点M或主体计算机模块40来施行。在至少一个实施例中，在系统节点20与目标便携式设备30之间利用超宽带（UWB）通信来使能实现其定位。本文中将描述使得能够使用系统节点20来定位目标便携式设备30的通信协议。
图2A示出了系统节点20的示例性实施例。在图示的实施例中，每个系统节点20包括处理器22、存储器24和收发器26。存储器24被配置为存储程序指令，所述程序指令当由处理器22执行时，使得相应系统节点20能够施行本文中别处描述的各种操作，包括目标便携式设备30的定位。存储器24可以具有能够存储可由处理器22访问的信息的任何设备类型，诸如可写存储器、只读存储器或其它计算机可读介质。此外，本领域普通技术人员将认识到，“处理器”包括处理数据、信号或其它信息的任何硬件系统、硬件机构或硬件组件。处理器22可以包括具有中央处理单元、多个处理单元、用于实现功能性的专用电路或其它系统的系统。
收发器26至少包括被配置为与目标便携式设备30通信的超宽带收发器，但是也可以包括被配置用于与其它电子设备通信（包括发送通信信号和接收通信信号的能力）的各种其它设备中的任何一种。在一些实施例中，收发器26包括以阵列布置的多个超宽带收发器和/或多个超宽带天线。在一个实施例中，收发器26包括至少一个另外的收发器，其被配置为经由有线或无线连接与其它系统节点20和/或主体计算机模块40通信。
图2B示出了目标便携式设备30的示例性实施例，其可以包括钥匙扣、智能电话、智能手表等。在所图示的实施例中，目标便携式设备30包括处理器32、存储器34、收发器36、I/O接口38和电池39。存储器34被配置为存储程序指令，所述程序指令当由处理器32执行时，使得目标便携式设备30能够施行本文中别处所描述的各种操作，包括出于定位目标便携式设备30的目的而与系统节点20通信。存储器34可以具有能够存储可由处理器32访问的信息的任何设备类型，诸如存储卡、ROM、RAM、硬盘驱动、盘、闪速存储器或其它计算机可读介质。此外，本领域普通技术人员将认识到，“处理器”包括处理数据、信号或其它信息的任何硬件系统、硬件机构或硬件组件。处理器32可以包括具有中央处理单元、多个处理单元、用于实现功能性的专用电路或其它系统的系统。
收发器36至少包括被配置为与系统节点20通信的超宽带收发器，但是也可以包括被配置用于与其它电子设备通信（包括发送通信信号和接收通信信号的能力）的各种其它设备中的任何一种。在一个实施例中，收发器36进一步包括对于智能电话和/或智能手表共同的附加收发器，诸如Wi-Fi或蓝牙®收发器和被配置为经由无线电话网络进行通信的收发器。I/O接口38包括被配置为促进与目标便携式设备30的一个或多个接口（未示出）通信的软件和硬件，诸如触觉按钮、开关和/或转换键、触摸屏显示器、麦克风、扬声器和连接端口。电池39被配置为向目标便携式设备30的各种电子设备供电，并且可以包括可替换的或可再充电的电池。
图2C示出了主体计算机模块40的示例性实施例。主体计算机模块40被配置为控制和监视车辆12中的各种主体电子功能，至少包括车辆访问系统10的功能，并且在一些实施例中，还包括诸如外部和内部照明、窗户、雨刷、空调、加热功能和停车辅助之类的功能。在所图示的实施例中，主体计算机模块40包括处理器42、存储器44和I/O接口48。存储器44被配置为存储程序指令，所述程序指令当由处理器42执行时，使得主体计算机模块40能够施行本文中别处描述的各种操作，包括目标便携式设备30的定位。存储器44可以具有能够存储可由处理器42访问的信息的任何设备类型，诸如存储卡、ROM、RAM、硬盘驱动、盘、闪速存储器或其它计算机可读介质。此外，本领域普通技术人员将认识到，“处理器”包括处理数据、信号或其它信息的任何硬件系统、硬件机构或硬件组件。处理器42可以包括具有中央处理单元、多个处理单元、用于实现功能性的专用电路或其它系统的系统。I/O接口38包括被配置为促进监视和控制各种主体电子功能的软件和硬件。
目标便携式设备的定位
如下面进一步详细讨论的，车辆访问系统10用于定位目标便携式设备30的通信协议有利地组合和优化了多个不同的过程以用于确定目标便携式设备30相对于车辆的位置。
图3图示了用于确定两个设备（发起器I和响应器R）之间的距离的过程100，每个设备可以对应于系统节点20或目标便携式设备30中的一个。可以通过测量在系统节点20与目标便携式设备30之间传送的消息的飞行时间来计算距车辆12上给定系统节点20的距离。飞行时间（ToF）是消息从一个设备去到另一个设备所花费的时间量。假定消息以光速行进，基于ToF来估计设备之间的距离。存在几种不同的方式来计算ToF（其在图3中图示）：单向测距（OWR）、双向测距（TWR）和对称双侧双向测距（SDS-TWR）。
对于单向测距（OWR），发起器I发送具有发起器I开始传输的时间戳t1的轮询消息102。响应器R接收轮询消息102，并记录响应器R接收到轮询消息102的时间戳t2。响应器R将ToF计算为两个时间戳t1与t2之间的差（即，）。发起器I与响应器R之间的距离可以根据方程/>来计算，其中c是光速。
出于定位目标便携式设备30的目的，发起器I可以对应于目标便携式设备30和相应系统节点20中的任一个，并且响应器R可以对应于目标便携式设备30和相应系统节点20中的另一个。发起器I的位置或响应器R的位置/>可以根据以形式的球面方程来计算。然而，我们注意到，对于目标便携式设备30的3D定位，需要来自已知位置处的最少四个系统节点20的距离估计，以及对于目标便携式设备30的2D定位，需要来自已知位置处的最少三个系统节点20的距离估计。此外，我们注意到，对于准确估计ToF的单向测距过程，发起器I和响应器R二者的时钟必须准确同步。
为了避免单向测距过程的同步要求，可以使用双向测距（TWR）过程。这里，发起器I发送具有序列号seq#和时间戳t1的轮询消息102。序列号seq#用于在连续传输之间进行区分。特别地，当响应器R由于不良信道而没有接收到消息时，响应器R需要知道它正在响应什么消息。然后，响应器R通过发送响应消息104进行回复，所述响应消息104具有序列号seq#和在响应器R接收到轮询消息102的时间戳t2与响应器R发送响应消息104的时间戳t3之间的预期等待时间Db（即，）。发起器I接收响应消息104，并记录发起器I接收到响应消息104的时间戳t4。发起器I将其总往返时间Ra计算为发起器I发送轮询消息102的时间戳t1与发起器I接收到响应消息104的时间戳t4之间的差（即/>）。发起器I将ToF计算为总往返时间Ra与等待时间Db之间的差的一半（即，/>）。我们注意到，响应消息104也可以用于使用上面的单向测距过程来确定ToF（即，/>）。因此，双向测距过程可以被认为是施行两个不同的单向测距过程并将ToF确定为平均值。
最终，为了甚至更准确地估计飞行时间，可以使用对称双侧双向测距（SDS-TWR）过程。特别地，该过程减轻了引入系统中的附加延迟（诸如天线延迟、时钟延迟、由环境引起的延迟等）的影响。在该方案中，此外，在双向测距过程之后，发起器I向响应器R发送最终消息106，该最终消息106具有序列号seq#、往返时间Ra和它自己预期的在发起器I接收到响应消息104的时间戳t4与发起器I发送最终消息106的时间戳t5之间的等待时间Da（即，）。响应器R接收最终消息106，并记录响应器R接收到最终消息106的时间戳t6。响应器R将其总往返时间Rb计算为响应器R发送响应消息104的时间戳t3与响应器R接收到最终消息106的时间戳t6之间的差（即，/>）。
在一个实施例中，响应器R根据方程来计算ToF。我们注意到，响应消息104和最终消息106也可以用于使用上面的双向测距过程来确定ToF（即，/>）。因此，对称双侧双向测距过程可以被认为是施行两个不同的双向测距过程并将ToF确定为平均值。在一些实施例中，响应器R还可以向发起器I发送可选的重放消息108，该重放消息108具有序列号seq#、计算的ToF和往返时间Rb。
图4图示了用于基于目标便携式设备30相对于线dAB的角度α来定位目标便携式设备30的替代过程，该线dAB由车辆12的位置A和B处的两个系统节点20的位置定义。特别地，为了计算相对于位置A和B处的节点对20的角度α，使用OWR、TWR或SDS-TWR来确定目标便携式设备30到位置A和B处的这两个节点20中的每一个的距离。假定位置A和B已知且恒定，位置A和B之间的距离也已知且恒定。因此，由位置A和B处的两个系统节点20和目标便携式设备30形成的三角形的所有三条边都是已知的（即，线dAB、dAT和dBT）。余弦定律可以用于计算三角形任何两条边之间的角度。例如，目标便携式设备30相对于线dab的角度α可以根据方程来计算。类似地，当角度α和例如距离dAB和dAT已知时，从目标便携式设备30到位置B处的系统节点20的距离dBT可以根据方程来计算。
我们注意到，基于仅从位置A和B处的节点20的距离和角度，不能确定目标便携式设备30在位置A和B处的节点对20的哪一侧。如图4中所示出的，目标便携式设备30的实际位置是T，然而，相对于在位置A和B处的节点对20，目标便携式设备30也可以在位置T’处。为了打破这种平局，我们需要来自车辆上的第3系统节点（诸如在位置C处的系统节点20）的估计。然而，当目标便携式设备30在车辆内时，于是通过使用汽车的状态信息，仍然可以标识目标便携式设备30的位置。作为示例，如果车辆的初始状态是锁定和静止的，并且目标便携式设备30现在在位置P处，则它可以正确地标识目标便携式设备30在位置P处而不是在P’处。将领会到，如果这些节点对20中的任何一个具有多个天线，则两个节点20足以定位目标便携式设备30。
图5A和5B图示了用于基于来自目标便携式设备30的消息的到达时间差（TDoA）来定位目标便携式设备30的另外的过程。特别地，如图5A和5B中所示出的，目标便携式设备30（T）广播具有序列号seq#的闪烁消息110。多个系统节点20（S1、S2、S3和SM）接收闪烁消息110，并且各自记录相应系统节点20接收到闪烁消息110的相应时间戳r1、r2、r3和rM。如可以看出的，闪烁消息110由系统节点20（S1、S2、S3和M）在不同的时间接收，这取决于它们距目标便携式设备30（T）的相应距离。
目标便携式设备30（T）与每个系统节点20（S1、S2、S3和SM）之间的距离以及目标便携式设备30的位置可以根据双曲面方程来计算：
其中，m是接收闪烁消息110的从系统节点的数量，从系统节点Sj的坐标由/>标示，主系统节点M的坐标由/>标示，目标便携式设备T的坐标由标示，oj是主系统节点M与相应从系统节点Sj之间的时钟偏移，并且c是光速。
我们注意到，该过程需要系统节点20之间的紧密时间同步，以确保主系统节点M与不同的从系统节点Sj之间的相应时钟偏移oj最小。此外，对于该过程，对于3D定位，需要最少五个系统节点20（在已知位置处），并且对于2D定位，需要最少四个系统节点20（在已知位置处）。
在所有这些定位过程中，经由TWR定位过程进行距离估计是最容易实现的。由单个系统节点20进行的角度估计需要接收器处的天线阵列，这增加了成本和复杂性。然而，相对于系统节点对20的角度估计容易实现，因为它是基于距离估计的。TDoA定位过程的优点在于，对于目标便携式设备30而言，它是非常功率高效的，因为该设备仅需要发送一个消息，并且其余的复杂性在于车辆12上的系统节点20。另一方面，TDoA定位过程需要车辆12上的系统节点20之间的紧密同步。另外，在车辆12上没有可以与目标便携式设备30通信的足够的系统节点20的情况下，该过程失败。我们注意到，取决于目标便携式设备30相对于车辆12的位置，仅车辆12上的系统节点20的子集将能够与目标便携式设备30通信。该子集可以完全为空，或者可以包括所有系统节点20。在该子集不具有对于相对于汽车定位目标所需的足够节点的情况下，TWR距离估计方法将至少给出：当仅一个系统节点20能够与目标便携式设备30通信时相对于给定节点的距离（接近度），当两个系统节点20可以与目标便携式设备30通信时相对于两个节点的距离和相应角度，以及当三个系统节点20可以与目标便携式设备30通信时的2D定位。因此，如下面将更详细讨论的，不同定位过程的组合提供了最优解决方案。
用于定位过程的通信协议的优化
下面我们讨论各种方式，可以以所述方式优化实现上面所描述的定位过程的通信协议的每个周期，以达到组合多个不同定位过程的最优通信协议。
图6A和6B图示了可以如何优化用于SDS-TWR定位过程的通信协议的周期，以改进目标便携式设备30处的功率效率。特别地，在上面所描述的所有的定位过程中，SDS-TWR方法是最准确的方法之一和最容易实现的方法之一。然而，它可能不是功率高效的。如图6A中所示出的，目标便携式设备T通过向每个系统节点M、S单独发送轮询消息112来串行发起与系统节点M、S、S和S的SDS-TWR。每个系统节点M、S在接收到相应轮询消息之后传输响应消息114。目标便携式设备T在接收到每个响应消息114之后，用最终消息116进行响应。然后，每个系统节点根据关于图3所图示的过程计算相对于目标便携式设备T的ToF。从系统节点S然后在信息消息118中向主系统节点M发送它们计算的ToF信息。替代地，从系统节点S简单地将它们相应的时间戳传输到主系统节点M，然后所述主系统节点M计算目标便携式设备T的距离和位置。如可以看出的，目标便携式设备T必须在每个周期传输八个不同的消息并接收四个不同的消息，并且仅能够在通信协议的每个周期的一小部分内休眠。我们注意到，在一些实施例中，周期时间是用于目标便携式设备30的位置估计的预确定周期性时间段。在一些实施例中，周期时间可以是固定的或可变的。
图6B示出了图6A中所示出的SDS-TWR协议的优化。特别地，为了最小化来自目标便携式设备T的消息数量，来自目标便携式设备T的针对每个系统节点M、S的轮询消息112和最终消息116被合并成一个轮询消息112和一个最终消息116。以这种方式，由目标便携式设备T发送的消息的数量被减少到通信协议的每个周期仅两个消息。另外，优化使得目标便携式设备T能够在每个周期的大部分时间内休眠。
图7图示了可以如何通过利用TDoA和SDS-TWR来进一步优化通信协议，以进一步改进目标便携式设备30处的功率效率。特别地，目标便携式设备T发送轮询消息120，该轮询消息120也作为TDoA过程的闪烁消息起作用。系统节点M、S1、S2和S3均接收轮询/闪烁消息120，并记录时间戳r1、r2、r3和rM，如上面关于TDoA过程所描述的。从系统节点S1、S2和S3发送具有接收到轮询/闪烁消息120的时间戳r1、r2、r3和rM以及任何附加元数据的数据消息122。通过使用选择消息126，主节点M然后选择接收到轮询/闪烁消息120的从系统节点S1、S2和S3的子集，以与目标便携式设备T继续进行优化的SDS-TWR。从系统节点S2和S3的所选子集均发送响应消息128，并且目标便携式设备T用最终消息130进行响应，如上面关于SDS-TWR过程所讨论的。从系统节点S2和S3的所选子集然后在信息消息132中向主系统节点M发送它们计算的ToF信息（或相应时间戳）。主系统节点M可以使用TDoA（其使用从每个从系统节点Sj接收的时间戳rj）以及具有系统节点S2和S3的所选子集的SDS-TWR的组合使用，来计算目标便携式设备T的距离和位置。如可以看出的，通过以这种方式进行优化，在目标便携式设备30处接收到的消息的数量减少，从而在目标便携式设备T处提供另外的功率效率增益。
图8A和8B图示了可以如何通过在下一个周期开始时调度来自系统节点的消息来进一步优化通信协议。在图8A的协议中，就在每个周期结束之前，主系统节点M用选择消息134来选择系统节点M、S的子集（其可以包括主系统节点M本身）。在每个周期开始时，系统节点M、S的所选子集均传输轮询消息136。目标便携式设备T用响应消息138进行响应，所述响应消息138也作为TDoA过程的闪烁消息操作。在接收到响应/闪烁消息138之后，从节点S均发送具有接收到响应/闪烁消息138的时间戳的数据消息140以及任何附加元数据。主系统节点M可以使用TDoA（其使用从每个从系统节点Sj接收的时间戳rj）以及具有系统节点M、S的所选子集的TWR的组合使用，来计算目标便携式设备T的距离和位置。如可以看出的，利用这种进一步的优化，目标便携式设备T在每个周期期间仅需要在短的时间窗口内唤醒。图8B示出了图8A的协议的变型，其中，为了提高准确性，系统节点S的子集均对目标便携式设备施行明确的TWR。目标便携式设备发送单独的响应消息142和闪烁消息144。在这两种优化中，TWR是由车辆上的系统节点发起的。
操作具有最优通信协议的车辆访问系统的方法
下面描述了用于操作车辆访问系统10的方法。特别地，描述了操作系统节点20、目标便携式设备30和/或主体计算机模块40以提供目标便携式设备30的定位的方法。在方法的描述中，方法正在施行某个任务或功能的陈述指的是控制器或通用处理器执行存储在操作性地连接到控制器或处理器的非暂时性计算机可读存储介质中的编程指令，以操控数据或操作车辆访问系统10中的一个或多个组件来施行该任务或功能。特别地，上面的系统节点20的处理器22、目标便携式设备30的处理器32和/或主体计算机模块40的处理器42可以是这样的控制器或处理器。替代地，控制器或处理器可以用多于一个的处理器和相关联的电路和组件来实现，其中每个被配置为形成本文中所描述的一个或多个任务或功能。此外，方法的步骤可以以任何可行的时间次序来施行，而不管附图中所示出的次序或以之描述步骤的次序如何。
图9示出了用于操作车辆访问系统10以定位目标便携式设备30的方法200的逻辑流程图。方法200通过有利地组合TDoA和TWR距离确定过程，改进了车辆访问系统10的运作，并且更特别地，改进了系统节点20的处理器22、目标便携式设备30的处理器32和/或主体计算机模块40的处理器42的运作。此外，方法200有利地最小化了目标便携式设备30发送和接收的消息的数量，由此改进了其功率效率。另外，方法200在系统节点20与目标便携式设备30之间调度消息，以便最小化目标便携式设备30的唤醒时间，由此进一步改进其功率效率。最终，方法200取决于能够与目标便携式设备通信的系统节点20的数量进行适配，以便在各情况下提供最佳可能的定位准确性。
我们注意到目标便携式设备30的定位对于改进车辆12的便利性和安全性具有许多用途。特别地，在至少一个实施例中，主体计算机模块40的处理器42被配置为基于目标便携式设备30的确定位置，响应于目标便携式设备30处于车辆12的预确定范围（例如，3米）内而解锁车辆12的门。在至少一个实施例中，主体计算机模块40的处理器42被配置为基于目标便携式设备30的确定位置来防止车辆12的引擎启动，除非目标便携式设备30在车辆12内部。
方法200开始于在多个系统节点中选择第一系统节点集合的步骤，第一系统节点集合是多个系统节点的子集（框210）。特别地，关于本文中详细描述的实施例，主系统节点20 （M）的处理器22和/或主体计算机模块40的处理器42被配置为选择n个系统节点20的集合，其中n少于车辆访问系统10中系统节点20的总数N（即，n <N）。如下面进一步详细讨论的，n个系统节点20的所选集合被用来对目标设备30施行TWR过程。
在至少一个实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为取决于处于与目标设备30的通信范围内的系统节点20的数量m来确定要选择的系统节点20的数量n，其中n少于或等于m（即）。特别地，如稍后将进一步详细讨论的，取决于目标便携式设备30相对于车辆12的位置，仅系统节点20的子集可以在目标便携式设备30的通信范围内。在目标便携式设备30的通信范围内的系统节点20的数量在本文中被称为m。自然地，为每个周期选择的n个系统节点20的集合必须具有少于或等于目标便携式设备30的通信范围内的系统节点20的数量m的大小。在至少一个实施例中，数量m是从目标便携式设备30接收通信的系统节点20的数量，并且因此在通信协议的每个周期之间变化。
在一些实施例中，如果目标便携式设备30的通信范围内的系统节点20的数量m超过三（即m > 3）或某个其它预确定阈值，则处理器22和/或处理器42被配置为设置n = 1，并选择单个系统节点20在n个系统节点20的集合中。此外，如果目标便携式设备30的通信范围内的系统节点20的数量m等于三或等于二（即m = 3或m = 20）或等于某个其它预确定值，则处理器22和/或处理器42被配置为设置n = 2并选择两个系统节点20在n个系统节点20的集合中。最终，如果目标便携式设备30的通信范围内的系统节点20的数量m等于一（即m = 1）或等于某个其它预确定值，则处理器22和/或处理器42被配置为设置n = 1，并选择单个系统节点20在n个系统节点20的集合中。
在至少一个实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为优先选择主系统节点20（M）作为n个系统节点20的所选集合的部分。在n = 1的情况下，处理器22和/或处理器42被配置为优先选择主系统节点20（M）作为n个系统节点20的所选集合中的唯一系统节点。
在至少一个实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为取决于系统节点的位置、系统节点20处来自目标便携式设备30的信号强度和/或系统节点20相对于目标便携式设备30的视线来选择n个系统节点20的集合。特别地，在许多实例中，目标便携式设备30的通信范围内的系统节点20的数量m将超过要被用来对目标设备30施行TWR过程的系统节点20的数量n（即，m > n）。因此，处理器22和/或处理器42可以选择m个可用系统节点20中的哪些来包括n个系统节点20的集合。在一些实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为选择具有最靠近目标便携式设备30的最后已知位置的位置的那些节点作为n个系统节点20的集合。在一些实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为选择具有来自目标便携式设备30的最大接收信号强度的那些节点作为n个系统节点20的集合。
在一些实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为使用信道状态信息（CSI）元数据和/或信道脉冲响应（CIR）元数据来确定哪些系统节点20处于视线（LOS）条件下或非视线（NLOS）条件下。在一些实施例中，CIR元数据包括以下各项中的一个或多个：(i)第一路径和峰值路径索引，(ii)NLOS估计的概率，以及(iii)置信水平。在一个实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为使用分类模型基于CIR元数据来针对每个可用系统节点20计算与目标便携式设备30的LOS或NLOS的概率。处理器22和/或处理器42被配置为选择与目标便携式设备30具有最高LOS概率的那些节点作为n个系统节点20的集合。
在一些实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为基于信道状态信息（CSI）元数据和/或信道脉冲响应（CIR）元数据来确定处于通信范围内的系统节点20的数量m。处理器22和/或处理器42还被配置为选择至少具有预确定的LOS概率的那些节点和/或与目标便携式设备30具有最高LOS概率的那些节点作为m个系统节点20的集合，以用于定位估计。以这种方式，在至少一些实施例中，处于通信范围内的数量m的系统节点20指的是与目标设备30通信并且与目标设备30具有良好通信链路的一组系统节点20。因此，处于与目标设备30的通信范围内的系统节点20的数量m可以少于已经从目标设备30接收通信的系统节点20的数量。
在至少一个实施例中，在选择n个系统节点20的集合之后，主系统节点20（M）的处理器22被配置为向车辆12的系统节点20传输选择消息，该选择消息指示选择哪些系统节点来对目标便携式设备30施行TWR过程。在一个实施例中，选择消息还起作用来同步系统节点20的时钟。
图10图示了系统节点20与目标便携式设备30之间的通信协议的第i定位周期。在第i周期开始时，主系统节点20（M）的处理器22在时间向系统节点20（S1、S2、S3）传输选择/同步消息302，并记录时间戳/>。系统节点20（S1、S2、S3）在时间/>、/>和/>接收选择/同步消息302，并各自记录相应的时间戳/>、/>和/>。我们注意到，在图10的时间戳T和其它时间戳中，第一标记j（例如，M、1、2、3或T）指示相应设备的ID，并且第二标记i指示周期号。
在至少一个实施例中，选择/同步消息302包括n个系统节点20的所选集合的（一个或多个）节点ID。在至少一个实施例中，选择/同步消息302包括传输时间戳，并且从系统节点20（S1、S2、S3）的处理器22被配置为基于传输时间戳/>来同步或设置其时钟。在一些实施例中，选择/同步消息302进一步包括序列号seq#，其标识周期（例如，seq# = i）。在一些实施例中，选择/同步消息302进一步包括周期时间（下面更详细地讨论）。
返回到图9，方法200继续以下步骤：用第一系统节点集合中的每个系统节点向目标便携式设备传输相应轮询消息，并用第一系统节点集合中的每个系统节点记录传输相应轮询消息的第一时间戳（框220）。特别地，关于本文中详细描述的实施例，n个系统节点20的所选集合中的每一个的处理器22被配置为操作相应收发器26，以在时间向目标设备30传输TWR轮询消息。更特别地，在至少一个实施例中，每个系统节点20的处理器22被配置为操作相应收发器26，以响应于从主系统节点20（M）接收到包括对应的节点ID的选择/同步消息而向目标设备30传输TWR轮询消息，所述节点ID指示相应系统节点20是n个系统节点20的所选集合中的一个。每个系统节点20的处理器22被配置为记录传输相应轮询消息的时间戳/>。
参考图10，在示例性第i定位周期中，仅选择一个系统节点20（S1）用于传输TWR轮询消息304（即，n = 1）。n个系统节点20的所选集合中的每一个的处理器22被配置为操作相应收发器26以在时间向目标设备30传输TWR轮询消息304，该时间/>的时间戳由系统节点20（S1）记录。在一些实施例中，TWR轮询消息304包括序列号seq#、发送相应TWR轮询消息304的系统节点20的节点ID、以及周期时间。然而，我们注意到，这些字段中的每一个是可选的，并且即使TWR轮询消息304不包括任何字段或有效载荷，协议也将起作用。
目标便携式设备30的处理器32被配置为操作收发器36以在时间从n个系统节点20的所选集合接收（一个或多个）TWR轮询消息304，并记录接收（一个或多个）轮询消息304的（一个或多个）相应时间戳/>。将领会到，n个系统节点20的集合越小，目标便携式设备30接收的（一个或多个）TWR轮询消息304就越少。因此，通过最小化n个系统节点20的所选集合的大小（即，最小化n），目标便携式设备30接收的消息的数量也被最小化，由此改进目标便携式设备30处的功率效率。
如上面所讨论的，在至少一个实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为优先选择主系统节点20（M）作为n个系统节点20的所选集合的部分。在n = 1的情况下，处理器22和/或处理器42被配置为优先选择主系统节点20（M）作为n个系统节点20的所选集合中的唯一系统节点。在这种情况下，如图11中所图示的，选择/同步消息302可以被消除，并且TWR轮询消息304可以有利地通过进一步包括传输时间戳来并入选择/同步消息302的同步功能。从系统节点20（S1、S2、S3）的处理器22被配置为基于传输时间戳/>来同步和/或设置其时钟。
返回到图9，方法200继续以下步骤：用多个系统节点中的第二系统节点集合从目标便携式设备接收响应消息，并用第二系统节点集合中的每个系统节点记录接收到响应消息的相应第二时间戳（框230）。特别地，关于本文中详细描述的实施例，目标便携式设备30的处理器32被配置为操作收发器36来传输响应/闪烁消息，该响应/闪烁消息作为TWR过程的TWR响应和作为TDoA过程的TDoA闪烁消息起作用。响应/闪烁消息至少包括（一个或多个）预期等待时间或个体时间戳/>和/>，其中（一个或多个）时间戳/>是目标便携式设备30接收（一个或多个）TWR轮询消息的时间，并且时间戳/>是目标便携式设备30发送响应/闪烁消息的时间。在目标便携式设备30没有接收到任何（一个或多个）TWR轮询消息的情况下，则它仅发送它自己的传输时间戳/>。在一些实施例中，响应/闪烁消息包括序列号seq#、目标便携式设备30从其接收（一个或多个）TWR轮询消息的系统节点20的节点ID、以及周期时间。
在目标便携式设备30的通信范围内的每个系统节点20的处理器22被配置为操作相应收发器26，以在时间从目标设备30接收响应/闪烁消息，该时间/>的时间戳由每个系统节点20记录。
参考图10，在示例性的第i定位周期中，目标便携式设备30（T）在时间传输响应/闪烁消息306，并且目标便携式设备30（T）的通信范围内的系统节点20（S1、S2、S3和M）分别在时间/>、/>、/>和/>接收响应/闪烁消息306。
在至少一个实施例中，在接收到响应/闪烁消息306之后，接收到响应/闪烁消息306的每个从系统节点20（S1、S2和S3）的处理器22被配置为向主系统节点20（M）传输数据消息308。数据消息308至少包括每个从系统节点20（S1、S2和S3）接收到响应/闪烁消息306的时间戳（/>、/>和/>）；每个从系统节点20（S1、S2和S3）接收到选择/同步消息302的时间戳（/>、/>和/>）；以及每个从系统节点20传输相应数据消息308的传输时间戳/>（/>、和/>）。（一个或多个）数据消息308可以进一步包括序列号seq#。主系统节点20（M）的处理器22被配置为在时间/>（/>、/>和/>）接收（一个或多个）数据消息308，该时间的时间戳由处理器22记录。
在一个实施例中，每个从系统节点20（S1、S2和S3）被配置为在预确定时隙向主系统节点20（M）发送相应数据消息308，所述时隙是来自目标便携式设备30的预期响应时间的第j时隙。目标便携式设备30的预期唤醒时间由周期时间定义，该周期时间可以是固定的或可变的，如下面进一步详细讨论的。基于该值，目标便携式设备30的预期响应时间也是已知的。
在至少一个实施例中，下一个定位周期的目的是基于有多少系统节点20接收到响应/闪烁消息306来确定在与目标便携式设备30的通信范围内的系统节点20的数量m，如上面所讨论的。在一个实施例中，（一个或多个）数据消息308进一步包括信号强度信息、CIR元数据和/或可以用于为后续周期选择n个系统节点20的集合的任何其它元数据，如上面所讨论的。
返回到图9，方法200继续确定目标便携式设备与第一系统节点集合中的每个系统节点之间的相应飞行时间的步骤（框240）。特别地，关于本文中详细描述的实施例，主系统节点20（M）的处理器22和/或主体计算机模块40的处理器42被配置为使用TWR方法来计算用于进行TWR轮询和响应过程的n个系统节点20的所选集合中的每个系统节点20的ToF值。处理器22和/或处理器42被配置为根据方程来计算n个系统节点20的所选集合中的每个系统节点的ToF，其中/>是目标便携式设备30与相应系统节点j之间的飞行时间，/>是相应系统节点j传输TWR轮询消息的时间，/>是目标便携式设备30接收TWR轮询消息的时间，/>是目标便携式设备30传输响应/闪烁消息的时间，并且/>是相应系统节点j接收响应/闪烁消息的时间。将领会到，将计算与相对于n个系统节点20的所选集合施行的TWR过程相对应的n个ToF值。例如，在其中n = 1的图10的示例性第i定位周期中，将相对于从系统节点20（S1）只计算一个ToF值。
继续参考图9，方法200继续确定第二系统节点集合中的第一系统节点与第二系统节点集合中的每个其它系统节点之间的相应到达时间差的步骤（框250）。特别地，关于本文中详细描述的实施例，主系统节点20（M）的处理器22和/或主体计算机模块40的处理器42被配置为使用TDoA方法为从目标便携式设备30接收响应/闪烁消息（即，在目标便携式设备30的通信范围内）的m个系统节点20中的每一个计算TDoA值。处理器22和/或处理器42被配置为根据方程来为m个系统节点20中的每一个计算TDoA，其中是主系统节点M与系统节点j之间的TDoA，/>是主系统节点M接收到响应/闪烁消息的时间，/>是系统节点j接收到响应/闪烁消息的时间，并且/>是系统节点j的时钟偏移。
处理器22和/或处理器42被配置为根据方程 计算从系统节点（例如S j ）的第i周期的时钟偏移，其中/>是系统节点j的时钟偏移，/>是主系统节点M从相应系统节点j接收到数据消息的时间，/>是相应系统节点j向主系统节点M传输数据消息的时间，/>是主系统节点M向从系统节点传输选择/同步消息（或者在如图11中省略选择/同步消息的情况下传输TWR轮询消息）的时间，并且/>是从系统节点S接收到去往从系统节点的选择/同步消息（或者在如图11中省略选择/同步消息的情况下接收到TWR轮询消息）的时间。在一个实施例中，来自第一周期的结果被丢弃，并且该时隙用于校准系统。在从主系统节点M接收到同步消息（即，选择/同步消息或在如图11中省略选择/同步消息的情况下的TWR轮询消息）之后，所有从系统节点S同步它们的时钟。从系统节点S在从主系统节点接收到每个同步消息时同步它们的时钟。在从系统节点S没有从主系统节点M接收到任何消息的情况下，它们总是使用它们的最后的值。然而，在这样的情况下，当同步消息丢失时，时钟偏移计算为。我们注意到主节点和从节点的位置是静态的，因此/>应该永远不改变。在一个实施例中，该值在初始校准过程期间使用主系统节点20（M）与每个从系统节点20（S）之间的TWR来确定。
我们注意到，在主系统节点M没有接收到响应/闪烁消息的情况下，可以相对于确实接收到响应/闪烁消息的m个系统节点20中的另一个类似地确定TDoA值。此外，将领会到，将为接收响应/闪烁消息的m个系统节点20计算m - 1个TDoA值。例如，在图10的示例性第i定位周期中，相对于目标便携式设备30（T）的通信范围内的四个系统节点20（S1、S2、S3和M），将只计算三个TDoA值。
继续参考图9，方法200继续基于（一个或多个）飞行时间和（一个或多个）到达时间差来确定目标便携式设备相对于车辆的位置的步骤。特别地，处理器22和/或处理器42被配置为基于所确定的ToF值和所确定的TDoA值来确定目标便携式设备30的位置。在至少一个实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为通过按经验地求解或找到若干球面和双曲面方程的共同可能解来确定目标便携式设备30的位置。
关于所确定的ToF值，n个ToF值产生n个球面方程，每个球面方程以如下形式：
其中是系统节点j与目标便携式设备30之间的距离，系统节点j的坐标由/>标示，目标便携式设备30的坐标由/>标示，并且c是光速。
关于所确定的TDoA值，m–1个ToF值产生m–1个双曲面方程组，每个双曲面方程组以如下形式：
其中是系统节点j与目标便携式设备30之间的距离，/>是主系统节点M与目标便携式设备30之间的距离，系统节点j的坐标由/>标示，主系统节点M的坐标由标示，目标便携式设备30的坐标由/>标示，并且c是光速。
在一个实施例中，这些球面和双曲面方程使用非线性最小二乘最小化方法来求解，所述非线性最小二乘最小化方法诸如有限布罗伊登-弗莱彻-戈德法布-夏诺有界（L-BFGS-B）、通过线性近似的约束优化（COBYLA）、序列最小二乘编程（SLSQP）或其它类似方法。
将领会到，取决于n和m的值，可以确定关于目标便携式设备30相对于车辆12的位置的不同细节量。特别地，取决于n和m的值，使能实现3D定位，使能实现2D定位，或者仅仅使能实现接近度定位。
例如，在m > 3且n = 1的情况下，如上面所讨论的，定位过程将产生一个球面方程和三个或更多个双曲面方程组。这些方程使能实现目标便携式设备30的3D定位。处理器22和/或处理器42被配置为求解方程以确定目标便携式设备30的3D位置（即，坐标）。我们注意到，在这种情况下，目标便携式设备30仅接收一个TWR轮询消息，并且只传输一个响应/闪烁消息，由此实现改进的功率效率。此外，我们注意到，仅用在目标便携式设备30的通信范围内的四个系统节点20就实现了3D定位，这与单独用于TDoA过程的五个系统节点的3D定位要求相比是改进。
在m = 3且n = 2的情况下，如上面所讨论的，定位过程将产生两个球面方程和两个双曲面方程组。这些方程还使能实现目标便携式设备30的3D定位。处理器22和/或处理器42被配置为求解方程以确定目标便携式设备30的3D位置（即，坐标）。我们注意到，在这种情况下，目标便携式设备30接收两个TWR轮询消息，并且只传输一个响应/闪烁消息，由此实现了改进的功率效率，但是少于上面的第一种情况。此外，我们注意到，仅用在目标便携式设备30的通信范围内的三个系统节点20就实现了3D定位，这与单独用于TDoA过程的五个系统节点的3D定位要求和单独用于TWR过程的四个系统节点的3D定位要求相比是改进。
在m = 2且n = 2的情况下，如上面所讨论的，定位过程将产生两个球面方程和一个双曲面方程组。这些方程还使能实现目标便携式设备30的2D定位。处理器22和/或处理器42被配置为求解方程以确定目标便携式设备30的2D位置（例如，距离和方向/角度，或坐标）。我们注意到，在这种情况下，目标便携式设备30接收两个TWR轮询消息，并且只传输一个响应/闪烁消息，由此实现了改进的功率效率，但是少于上面的第一种情况。此外，我们注意到，仅用在目标便携式设备30的通信范围内的两个系统节点20就实现了2D定位，这与单独用于TDoA过程的四个系统节点的2D定位要求和单独用于TWR过程的三个系统节点的2D定位要求相比是改进。
最终，在m = 1且n = 1的情况下，定位过程将仅产生球面方程而不产生双曲面方程，这不足以使能实现目标便携式设备30的3D或2D定位。然而，处理器22和/或处理器42被配置为基于单个ToF值来确定目标便携式设备30的接近度。我们注意到，在这种情况下，目标便携式设备30仅接收一个TWR轮询消息，并且只传输一个响应/闪烁消息，由此实现改进的功率效率。
即使当仅目标便携式设备30的接近度可用时，车辆条件也可以用于确定另外的信息。特别地，给定车辆状态信息和与目标便携式设备通信的一个系统节点20在车辆12上的位置，还可以估计该设备是在汽车内还是外部。特别地，在一个实施例中，处理器22和/或处理器42被配置为被配置为如果目标便携式设备30在该估计之前在车辆12外部，则确定目标便携式设备30仍然在车辆12外部。
将领会到，上面的这些示例图示了目标便携式设备30处的复杂性、准确性和功率效率之间的权衡。取决于情况，方法200有利地选择TWR和TDoA过程的最优组合，以在目标便携式设备30处提供具有最佳功率效率的最大准确性。
在一些实施例中，进行自适应周期性暂停（duty cycling）以进一步节省能量。特别地，如图12中所示出的，目标便携式设备30和/或其收发器36仅需要在窗口402期间内唤醒，该窗口402仅包括每个周期的总周期时间的一部分。在每个周期的剩余部分期间，目标便携式设备30和/或其收发器36可以休眠。在一些实施例中，取决于情况来调整总周期时间。例如，当目标便携式设备30在车辆12的范围之外时，目标便携式设备30的收发器36可以完全休眠，并且仅当检测到运动时、处于预确定的延长唤醒时间（或周期时间）、或者当它被处理器32明确唤醒时（参见状态图404）才唤醒。在一个实施例中，处理器32被配置为响应于检测到与汽车的预确定接近度（例如，在通信范围内）（例如，50米）而唤醒收发器36。在一个实施例中，处理器32被配置为使用GPS或使用诸如蓝牙智能之类的另一无线技术来检测预确定的接近度。一旦系统在通信范围内，就可以利用方法200的通信协议。
在一个实施例中，主系统节点20（M）的处理器22和/或目标便携式设备30的处理器32被配置为取决于目标便携式设备30的估计位置和车辆状态来使休眠时段和/或总周期时间变化。例如，如果目标便携式设备30在通信范围和/或定位范围（例如，50米）内，则可以使用第一周期时间（参见状态图406）。如果目标便携式设备在车辆12内或者在车辆的预确定距离（例如，3米）内，则可以使用更短的第二周期时间（参见状态图408）。最终，如果车辆正在移动，则可以使用更长的第三周期时间（参见状态图410）。系统节点20的处理器22被配置为通过将周期时间包括在TWR轮询消息或任何其它消息中来通知目标便携式设备30该周期时间。替代地，目标便携式设备30的处理器32被配置为通过将周期时间包括在响应/闪烁消息或发送给系统节点20的任何其它消息中来通知系统节点20该周期时间。
如上面所讨论的，同步消息定义哪个（些）节点将传输轮询消息。在主节点M是所选取的节点的情况下，则同步和轮询消息被组合成单个消息。在一个实施例中，该消息还包含目标设备的下一个轮询消息的周期时间。目标设备可以使用该周期时间参数，或者如其约束定义的那样选取另一个参数。目标通知系统节点关于它在轮询响应中所选取的值。因此，所有节点都知道它们需要休眠多久。
在具有新周期时间的消息丢失的情况下，来自另一个设备的下一个消息将包括较旧的周期时间。以这种方式，设备知道何时预期下一个消息。另外，目标便携式设备30可能对其不能超出的周期时间具有其自己的限制。在这样的情况下，目标便携式设备30可以忽略来自车辆访问系统10的周期时间请求，并使用其对应的限制（上限或下限）。在所有情况下，车辆访问系统10将使用由目标便携式设备30在其最新近消息中设置的周期时间。
在至少一个实施例中，从主系统节点20（M）到从系统节点20（S）的消息和/或从目标便携式设备30到系统节点20的消息使用所有系统节点20的共同多播组来传输。一般而言，设备之间的所有通信都使用目的地地址。然而，为了确保来自主系统节点20（M）或目标便携式设备30的消息被所有从系统节点20（S）接收，为车辆中的所有系统节点20（主和从）创建共同多播用户组是有用的。在这样的情况下，指向车辆上多于一个系统节点的消息使用该多播地址。
在一个实施例中，在系统校准阶段期间，主系统节点20（M）收集车辆12中作为车辆访问网络部分的所有从系统节点20（S）的地址。基于该列表，主系统节点20（M）创建多播组ID并通知从设备。另外，在目标配对过程期间，目标便携式设备30被通知该多播组ID。也可能的是，主系统节点20（M）可以创建多播组ID的列表，并且可以将该整个列表（或子集）提供给目标便携式设备30。目标便携式设备30然后可以在与汽车通信时从该列表随机选取地址中的一个。类似的方法也可以用于为目标便携式设备30生成地址。这将提供一些对抗窃听的保护，并且在多个汽车/设备在附近的情况下，这也将保护通信设备的身份。
在一个实施例中，为了确保进一步的保护，该列表还可以周期性地生成，并与从系统节点20和目标便携式设备30交换。在一个实施例中，使用单向加密散列函数来创建组ID，该散列函数将主节点ID和所有从节点ID取作输入，并提供基本组ID。它可以将目标ID取作附加输入，并为每个目标便携式设备生成唯一的车辆组ID。此外，随机节点ID也可以用作到该函数的输入，以创建可能的组ID列表（通过使用不同的随机ID）。随机ID也可以是多播组ID中的一个。我们注意到，这些计算是在主系统节点20（M）和/或主体计算机模块40处完成的，所述主系统节点20（M）和/或主体计算机模块40然后通知从系统节点20（S）和配对的目标便携式设备30。
在至少一个实施例中，系统10被配置为通过比较轮询和响应消息304和306的信道数据来保护自身免受重放攻击。特别地，目标设备30的处理器32被配置为记录从系统节点20接收的轮询消息304的信道数据，诸如上面讨论的CIR元数据。处理器32被配置为在相同周期或后续周期的响应/闪烁消息306中包括轮询消息304的记录的信道数据。发送轮询消息304的系统节点20被配置为从目标设备30接收具有轮询消息304的记录的信道数据的响应/闪烁消息306，并记录响应/闪烁消息306本身的信道数据。系统节点20被配置为提供轮询消息304和响应/闪烁消息306的记录的信道数据。系统节点20被配置为在数据消息308中向主节点M提供记录的信道数据。
处理器22和/或处理器42被配置为确定轮询消息304的记录的信道数据与响应/闪烁消息306的记录的信道数据之间的相关性。如果轮询消息304和响应/闪烁消息306的所感测的信道数据之间的相关性大于预确定阈值，则处理器22和/或处理器42确定不存在安全性风险。然而，如果相关性小于预确定阈值，则处理器22和/或处理器42确定存在重放攻击的可能性。响应于相关性在多于预确定数量的周期（例如，三个或更多个周期）内小于预确定阈值，处理器22和/或处理器42被配置为禁用车辆访问系统10。在使用物理钥匙或远程无钥匙进入（RKE）特征成功访问之后，车辆访问系统10被重新启用。
虽然已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本公开，但是在性质上应该将其认为是说明性的，而不是限制性的。应理解，仅已经呈现了优选实施例，并且期望保护落入本公开的精神内的所有改变、修改和另外的应用。

Claims (20)

1.一种操作具有遍及车辆布置的多个系统节点的车辆访问系统的方法，所述方法包括：
在所述多个系统节点中选择第一系统节点集合，第一系统节点集合是所述多个系统节点的子集；
用第一系统节点集合中的每个系统节点向目标便携式设备传输相应轮询消息，并且用第一系统节点集合中的每个系统节点记录传输相应轮询消息的第一时间戳；
用所述多个系统节点中的第二系统节点集合从目标便携式设备接收响应消息，并且用第二系统节点集合中的每个系统节点记录接收响应消息的相应第二时间戳，所述响应消息包括以下各项中的一个：(i)在目标便携式设备处接收到每个相应轮询消息的相应第三时间戳和传输响应消息的第四时间戳，以及(ii)等于相应第三时间戳与第四时间戳之间的差的相应等待时间；
基于相应第一时间戳、相应第二时间戳以及以下各项中的一个来确定目标便携式设备与第一系统节点集合中的每个系统节点之间的相应飞行时间：(i)相应第三时间戳和第四时间戳以及(ii)相应等待时间；
基于由第二系统节点集合中的第一系统节点记录的相应第二时间戳和由第二系统节点集合中的每个其它系统节点记录的相应第二时间戳，确定第二系统节点集合中的第一系统节点与第二系统节点集合中的每个其它系统节点之间的相应到达时间差；以及
基于(i)目标便携式设备与第一系统节点集合中的每个系统节点之间的相应飞行时间，和(ii)第二系统节点集合中的第一系统节点与第二系统节点集合中的每个其它系统节点之间的相应到达时间差，来确定目标便携式设备相对于车辆的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，第一系统节点集合的选择进一步包括：
取决于所述多个系统节点中在目标便携式设备的通信范围内的系统节点的数量来选择第一系统节点集合，所述第一系统节点集合选自所述多个系统节点中在目标便携式设备的通信范围内的系统节点。
3.根据权利要求2所述的方法，第一系统节点集合的选择进一步包括：
响应于主节点在目标便携式设备的通信范围内，选择所述多个系统节点中的主节点作为第一系统节点集合中的一个。
4.根据权利要求2所述的方法，第一系统节点集合的选择进一步包括：
响应于所述多个系统节点中的多于三个系统节点在目标便携式设备的通信范围内，仅选择一个系统节点作为第一系统节点集合；以及
响应于所述多个系统节点中仅一个系统节点在目标便携式设备的通信范围内，仅选择一个系统节点作为第一系统节点集合。
5.根据权利要求2所述的方法，第一系统节点集合的选择进一步包括：
响应于所述多个系统节点中仅三个系统节点在目标便携式设备的通信范围内，仅选择两个系统节点作为第一系统节点集合；以及
响应于所述多个系统节点中仅两个系统节点在目标便携式设备的通信范围内，仅选择两个系统节点作为第一系统节点集合。
6.根据权利要求2所述的方法，第一系统节点集合的选择进一步包括：
基于所述多个系统节点中的哪些系统节点在先前的通信周期期间从目标便携式设备接收到先前消息，确定所述多个系统节点中在目标便携式设备的通信范围内的系统节点的数量。
7.根据权利要求1所述的方法，第一系统节点集合的选择进一步包括：
取决于以下各项中的至少一个来选择第一系统节点集合：(i)所述多个系统节点在车辆上的位置，(ii)在所述多个系统节点处从目标便携式设备接收的消息的信号强度，以及(iii)在所述多个系统节点处从目标便携式设备接收的消息的信道状态信息元数据。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
从所述多个系统节点中的每个从系统节点向所述多个系统节点中的主系统节点传输相应数据消息，每个相应数据消息包括传输相应数据消息的第五时间戳；
用主系统节点记录主系统节点接收到每个相应数据消息的相应第六时间戳；以及
基于第五时间戳和相应第六时间戳而计算每个从系统节点相对于主系统节点的时钟偏移。
9.根据权利要求8所述的方法，其中每个相应数据消息进一步包括关于以下各项中的至少一个的元数据：(i)在相应从系统节点处从目标便携式设备接收的消息的信号强度，和(ii)在相应从系统节点处从目标便携式设备接收的消息的信道状态信息。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
从主系统节点向每个从系统节点传输同步消息，所述同步消息包括传输同步消息的第七时间戳；
用每个从系统节点记录相应从系统节点接收到同步消息的相应第八时间戳；以及
进一步基于基于第七时间戳和相应第八时间戳，计算每个从系统节点相对于主系统节点的时钟偏移。
11.根据权利要求1所述的方法，目标便携式设备相对于车辆的位置的确定进一步包括：
响应于从目标便携式设备接收到响应消息的第二系统节点集合包括至少三个系统节点，确定目标便携式设备的三维位置。
12.根据权利要求1所述的方法，目标便携式设备相对于车辆的位置的确定进一步包括：
响应于(i)所选择的第一系统节点集合仅包括两个系统节点，和(ii)从目标便携式设备接收到响应消息的第二系统节点集合仅包括两个系统节点，确定目标便携式设备的二维位置。
13.根据权利要求1所述的方法，目标便携式设备相对于车辆的位置的确定进一步包括：
响应于(i)所选择的第一系统节点集合仅包括一个系统节点，和(ii)从目标便携式设备接收到响应消息的第二系统节点集合仅包括一个系统节点，确定目标便携式设备的接近度。
14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
取决于目标便携式设备的所确定位置，调整所述多个系统节点与目标便携式设备之间的通信周期时间。
15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于目标便携式设备的所确定位置，响应于目标便携式设备在车辆的预确定范围内，解锁车辆的门。
16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于目标便携式设备的所确定位置，除非目标便携式设备在车辆内部，否则防止车辆的引擎启动。
17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
至少基于所述多个系统节点中的每个系统节点的个体标识符来生成多播组标识符；以及
将多播组标识符用于所述多个系统节点与目标便携式设备之间的通信。
18.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
接收由第一系统节点集合中的第一系统节点传输的相应轮询消息的信道数据，作为响应消息的一部分；
用第一系统节点记录响应消息的信道数据；
确定相应轮询消息的信道数据与响应消息的信道数据之间的相关性；以及
响应于在预确定数量的连续周期内相关性小于预确定阈值，禁用车辆访问系统。
19.一种车辆访问系统，包括：
遍及车辆布置的多个系统节点，所述多个系统节点中的每个系统节点包括被配置为与目标便携式设备通信的收发器，所述多个系统节点包括主系统节点，并且所述多个系统节点中的每个其它系统节点是从系统节点；以及
可操作地连接到主系统节点的车辆计算机，
其中主系统节点和车辆计算机中的一个被配置为选择所述多个系统节点中的第一系统节点集合，第一系统节点集合是所述多个系统节点的子集，
其中所述多个系统节点中的每个系统节点被配置为响应于作为被选择为第一系统节点集合中的一个的系统节点，向目标便携式设备传输相应轮询消息，并且记录传输相应轮询消息的第一时间戳，
其中所述多个系统节点中在目标便携式设备的通信范围内的第二系统节点集合被配置为从目标便携式设备接收响应消息，并且记录接收到响应消息的相应第二时间戳，所述响应消息包括以下各项中的一个：(i)在目标便携式设备处接收到每个相应轮询消息的相应第三时间戳和传输响应消息的第四时间戳，以及(ii)等于相应第三时间戳与第四时间戳之间的差的相应等待时间，
其中主系统节点和车辆计算机中的一个被配置为：
基于相应第一时间戳、相应第二时间戳以及以下各项中的一个来确定目标便携式设备与第一系统节点集合中的每个系统节点之间的相应飞行时间：(i)相应第三时间戳和第四时间戳以及(ii)相应等待时间；
基于由第二系统节点集合中的第一系统节点记录的相应第二时间戳和由第二系统节点集合中的每个其它系统节点记录的相应第二时间戳，确定第二系统节点集合中的第一系统节点与第二系统节点集合中的每个其它系统节点之间的相应到达时间差；以及
基于(i)目标便携式设备与第一系统节点集合中的每个系统节点之间的相应飞行时间，和(ii)第二系统节点集合中的第一系统节点与第二系统节点集合中的每个其它系统节点之间的相应到达时间差，来确定目标便携式设备相对于车辆的位置。
20.根据权利要求19所述的车辆访问系统，其中车辆计算机被配置为：
基于目标便携式设备的所确定位置，响应于目标便携式设备在车辆的预确定范围内，解锁车辆的门；以及
基于目标便携式设备的所确定位置，除非目标便携式设备在车辆内部，否则防止车辆的引擎启动。
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