CN113473626B - 一种无线自组织网络的多用户测距方法及系统 - Google Patents

一种无线自组织网络的多用户测距方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无线自组织网络的多用户测距方法及系统，包括：步骤S1：通过时分的方式，将帧划分为包括广播时隙、竞争接入时隙以及数据时隙；步骤S2：在无线自组织网络中，主节点通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，根据附近节点的自身需求，通过竞争接入时隙进行竞争接入，发起接入的节点为附属节点；步骤S3：主节点在竞争接入时隙中获得多个附属节点的信息，并形成多组成对的数据时隙，通过多组成对的数据时隙进行数据传输；步骤S4：通过多组成对的数据时隙进行信息传输的同时，通过交替变化分配数据时隙的上下行方向，进行对称双向测距，跟踪与多个节点的距离变化。

Description

一种无线自组织网络的多用户测距方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信定位技术领域，具体地，涉及一种无线自组织网络的多用户测距方法及系统。
背景技术
无线自组织网络设备之间的位置是动态变化的，在传输信息的过程中，主节点希望跟踪附属节点的距离变化。在无线自组织网络内，每个设备都可能成为中心节点。为了降低成本，通常采用低精度的晶振，存在频率偏差。在不存在高精度的中心节点作为整个网络的参考节点的情况下，如何快速获得高精度的测距结果，是一个需要解决的问题。
专利文献CN106842117B(申请号：201611165010.6)公开了一种基于双向精密测距的异步自组网定位系统和定位方法，属于无线通信定位领域。本发明的定位系统由1个数据处理中心与若干节点终端组成。其中，各节点终端结构、功能完全相同，均由测距模块、路由模块、供电模块和逻辑控制模块组成。该系统融合线性调频扩频(Chirp Spread Spectrum，CSS)测距技术与ZigBee自组网技术，基于跳数最小原则优选定位节点，实现新节点的自主接入与定位。
专利文献CN104394587A(申请号：201410606931.6)公开了一种基于无线动态自组织网络的群组测距方法，其利用无线电波实现同时测量无线自组织网络中一个成员与其他多个成员之间距离的方法。本发明采用往返测距保证测距精度，但是优化应答流程，在一成员发送消息后，网络中的其他成员在收到后同时应答；同时增加接收机的接收通道，以保证测距发起成员能够同时接收到其他网络成员的测距消息。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无线自组织网络的多用户测距方法及系统。
根据本发明提供的一种无线自组织网络的多用户测距方法，包括：
步骤S1：通过时分的方式，将帧划分为包括广播时隙、竞争接入时隙以及数据时隙；
步骤S2：在无线自组织网络中，主节点通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，根据附近节点的自身需求，通过竞争接入时隙进行竞争接入，发起接入的节点为附属节点；
步骤S3：主节点在竞争接入时隙中获得多个附属节点的信息，并形成多组成对的数据时隙，通过多组成对的数据时隙进行数据传输；
步骤S4：通过多组成对的数据时隙进行信息传输的同时，通过交替变化分配数据时隙的上下行方向，进行对称双向测距，跟踪与多个节点的距离变化；
所述附近的节点包括在无线自组织网络内，距离主节点在预设范围内的节点。
优选地，所述步骤S2中公共控制信号包括：帧结构信息以及请求测距信息；
所述帧结构信息包括：主节点使用的功能时隙的时间分配、用户信息以及上下行方向。
优选地，所述步骤S2包括：在无线自组织网络中，主节点通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，当附近节点需要响应测距请求或有信息需要传输时，在竞争接入时隙进行竞争接入。
优选地，所述步骤S4包括：
步骤S4.1：主节点在竞争接入时隙收到多个附属节点的接入请求后，通过广播时隙广播公共控制信号，通知对应的附属节点分配的数据时隙和上下行方向信息；
步骤S4.2：对应的附属节点收到数据时隙和上下行方向信息后，得到分配的数据时隙位置和上下行信息，主节点和附属节点进行上下行的信息传输，并利用同步信道中的已知序列，得到测距需要的时间信息；当附属节点没有分配到数据时隙，则重新通过竞争接入时隙进行竞争接入；
步骤S4.3：根据最近两帧得到的时间信息，得到信号传播时间；
步骤S4.4：根据信号传播时间，得到测距结果。
优选地，所述步骤S4.1包括：
所述分配的数据时隙包括：在一个帧周期内，分配两个时隙，其中一个时隙为上行方向，另一个时隙为下行方向；
所述上下行方向信息包括：相邻的帧周期是交替变化的，当在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是上行，则第二个分配的时隙是下行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行；反之，当在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是上行，第二个分配的时隙是下行。
优选地，所述步骤S4.2中时间信息包括：在第n个帧的附属节点k的上行数据时隙为附属节点k发送信号的起始时间Tn,k,up,tx和主节点接收信号的起始时间Tn,k,up,rx；在第n个帧的附属节点k的下行数据时隙为主节点发送信号的起始时间Tn,k,down,tx和附属节点k接收信号的起始时间Tn,k,down,rx；当在当前帧内，首先出现的是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则附属节点k需要传输的与测距有关的时间信息为：Tn,k,tag＝Tn,k,down,rx-Tn,k,up,tx；主节点需要传输的与测距有关的时间信号为：Tn,k,master＝Tn,k,up,rx-Tn,k,down,tx；其中，n表示帧的编号；k表示附属节点的编号；up表示上行数据时隙；tx表示发送的时间；down表示下行数据时隙；rx表示接收的时间；
所述接收信号的起始时间是通过对同步信道中的已知序列进行延时估计。
优选地，所述步骤S4.3包括：
当第n-1帧首先是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则第n帧首先是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，信号传播时间在主节点计算公式如下：
Figure GDA0003800942140000031
当第n-1帧首先是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，则第n帧首先是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，信号传播时间在接入节点计算公式如下：
Figure GDA0003800942140000032
优选地，所述步骤S4.4中测距结果包括：
distancen,k,master＝Tdn,k,master×c (3)
distancen,k,tag＝Tdn,k,tag×c (4)
其中，c表示光速。
根据本发明提供的一种无线自组织网络的多用户测距系统，包括：
模块M1：通过时分的方式，将帧划分为包括广播时隙、竞争接入时隙以及数据时隙；
模块M2：在无线自组织网络中，主节点通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，根据附近节点的自身需求，通过竞争接入时隙进行竞争接入，发起接入的节点为附属节点；
模块M3：主节点在竞争接入时隙中获得多个附属节点的信息，并形成多组成对的数据时隙，通过多组成对的数据时隙进行数据传输；
模块M4：通过多组成对的数据时隙进行信息传输的同时，通过交替变化分配数据时隙的上下行方向，进行对称双向测距，跟踪与多个节点的距离变化；
所述附近的节点包括在无线自组织网络内，距离主节点在预设范围内的节点。
优选地，所述模块M2包括：在无线自组织网络中，主节点通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，当附近节点需要响应测距请求或有信息需要传输时，在竞争接入时隙进行竞争接入；
所述模块M4包括：
模块M4.1：主节点在竞争接入时隙收到多个附属节点的接入请求后，通过广播时隙广播公共控制信号，通知对应的附属节点分配的数据时隙和上下行方向信息；
模块M4.2：对应的附属节点收到数据时隙和上下行方向信息后，得到分配的数据时隙位置和上下行信息，主节点和附属节点进行上下行的信息传输，并利用同步信道中的已知序列，得到测距需要的时间信息；当附属节点没有分配到数据时隙，则重新通过竞争接入时隙进行竞争接入；
模块M4.3：根据最近两帧得到的时间信息，得到信号传播时间；
模块M4.4：根据信号传播时间，得到测距结果。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过采用广播时隙、竞争接入时隙和多个数据时隙组成的帧结构，主节点可以与多个附属节点同时保持连接，解决了无线自组织网络中，一个节点与多个节点之间的实时测距问题；
2、本发明通过在每个数据时隙中放置同步信道的时隙结构，利用同步信道中的已知信息进行传播延时估计，可以在正常数据传输过程中完成测距功能，解决了需要单独分配测距时隙的问题；
3、本发明通过采用上下行交替的数据时隙分配方式，经过4次传输实现对称双向测距，抵消了收发两端晶振频率不一致对信号传播时间估计的影响，解决了使用低精度晶振的情况下，测距结果误差比较大的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为无线自组织网络示意图；
图2为一种帧结构；
图3为测距过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
根据本发明提供的一种无线自组织网络的多用户测距方法，包括：
步骤S1：如图2所示，通过时分的方式，将帧划分为包括广播时隙(BP)、竞争接入时隙(CSMA)以及数据时隙(DS)；
步骤S2：如图1所示，在无线自组织网络中，主节点101通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，根据附近节点的自身需求，通过竞争接入时隙进行竞争接入，发起接入的节点为附属节点102～104；
步骤S3：主节点101在竞争接入时隙中获得多个附属节点102～104的信息，并形成多组成对的数据时隙，通过多组成对的数据时隙进行数据传输；
步骤S4：如图3所示，通过多组成对的数据时隙进行信息传输的同时，通过交替变化分配数据时隙的上下行方向，进行对称双向测距，跟踪与多个节点的距离变化；
所述附近的节点包括在无线自组织网络内，距离主节点在预设范围内的节点。
具体地，所述步骤S2中公共控制信号包括：帧结构信息以及请求测距信息；
所述帧结构信息包括：主节点使用的功能时隙的时间分配、用户信息以及上下行方向。
具体地，所述步骤S2包括：在无线自组织网络中，主节点101通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，当附近节点需要响应测距请求或有信息需要传输时，在竞争接入时隙进行竞争接入。
具体地，所述步骤S4包括：
步骤S4.1：主节点101在竞争接入时隙收到多个附属节点102～104的接入请求后，通过广播时隙广播公共控制信号，通知对应的附属节点分配的数据时隙和上下行方向信息；
步骤S4.2：对应的附属节点收到数据时隙和上下行方向信息后，得到分配的数据时隙位置和上下行信息，主节点和附属节点进行上下行的信息传输，并利用同步信道中的已知序列，得到测距需要的时间信息；当附属节点没有分配到数据时隙，则重新通过竞争接入时隙进行竞争接入；
步骤S4.3：根据最近两帧得到的时间信息，得到信号传播时间；
步骤S4.4：根据信号传播时间，得到测距结果。
具体地，所述步骤S4.1包括：
所述分配的数据时隙包括：在一个帧周期内，分配两个时隙，其中一个时隙为上行方向，另一个时隙为下行方向；
所述上下行方向信息包括：相邻的帧周期是交替变化的，当在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是上行，则第二个分配的时隙是下行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行；反之，当在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是上行，第二个分配的时隙是下行。
具体地，所述步骤S4.2中时间信息包括：在第n个帧的附属节点k的上行数据时隙为附属节点k发送信号的起始时间Tn,k,up,tx和主节点接收信号的起始时间Tn,k,up,rx；在第n个帧的附属节点k的下行数据时隙为主节点发送信号的起始时间Tn,k,down,tx和附属节点k接收信号的起始时间Tn,k,down,rx；当在当前帧内，首先出现的是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则附属节点k需要传输的与测距有关的时间信息为：Tn,k,tag＝Tn,k,down,rx-Tn,k,up,tx；主节点需要传输的与测距有关的时间信号为：Tn,k,master＝Tn,k,up,rx-Tn,k,down,tx；其中，n表示帧的编号；k表示附属节点的编号；up表示上行数据时隙；tx表示发送的时间；down表示下行数据时隙；rx表示接收的时间；
所述接收信号的起始时间是通过对同步信道中的已知序列进行延时估计。
具体地，所述步骤S4.3包括：
当第n-1帧首先是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则第n帧首先是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，信号传播时间在主节点计算公式如下：
Figure GDA0003800942140000071
当第n-1帧首先是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，则第n帧首先是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，信号传播时间在接入节点计算公式如下：
Figure GDA0003800942140000072
具体地，所述步骤S4.4中测距结果包括：
distancen,k,master＝Tdn,k,master×c (3)
distancen,k,tag＝Tdn,k,tag×c (4)
其中，c表示光速。
根据本发明提供的一种无线自组织网络的多用户测距系统，包括：
模块M1：如图2所示，通过时分的方式，将帧划分为包括广播时隙(BR)、竞争接入时隙(CSMA)以及数据时隙(DS)；
模块M2：如图1所示，在无线自组织网络中，主节点101通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，根据附近节点的自身需求，通过竞争接入时隙进行竞争接入，发起接入的节点为附属节点102～104；
模块M3：主节点101在竞争接入时隙中获得多个附属节点102～104的信息，并形成多组成对的数据时隙，通过多组成对的数据时隙进行数据传输；
模块M4：如图3所示，通过多组成对的数据时隙进行信息传输的同时，通过交替变化分配数据时隙的上下行方向，进行对称双向测距，跟踪与多个节点的距离变化；
所述附近的节点包括在无线自组织网络内，距离主节点在预设范围内的节点。
具体地，所述模块M2中公共控制信号包括：帧结构信息以及请求测距信息；
所述帧结构信息包括：主节点使用的功能时隙的时间分配、用户信息以及上下行方向。
具体地，所述模块M2包括：在无线自组织网络中，主节点101通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，当附近节点需要响应测距请求或有信息需要传输时，在竞争接入时隙进行竞争接入。
具体地，所述模块M4包括：
模块M4.1：主节点101在竞争接入时隙收到多个附属节点102～104的接入请求后，通过广播时隙广播公共控制信号，通知对应的附属节点分配的数据时隙和上下行方向信息；
模块M4.2：对应的附属节点收到数据时隙和上下行方向信息后，得到分配的数据时隙位置和上下行信息，主节点和附属节点进行上下行的信息传输，并利用同步信道中的已知序列，得到测距需要的时间信息；当附属节点没有分配到数据时隙，则重新通过竞争接入时隙进行竞争接入；
模块M4.3：根据最近两帧得到的时间信息，得到信号传播时间；
模块M4.4：根据信号传播时间，得到测距结果。
具体地，所述模块M4.1包括：
所述分配的数据时隙包括：在一个帧周期内，分配两个时隙，其中一个时隙为上行方向，另一个时隙为下行方向；
所述上下行方向信息包括：相邻的帧周期是交替变化的，当在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是上行，则第二个分配的时隙是下行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行；反之，当在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是上行，第二个分配的时隙是下行。
具体地，所述模块M4.2中时间信息包括：在第n个帧的附属节点k的上行数据时隙为附属节点k发送信号的起始时间Tn,k,up,tx和主节点接收信号的起始时间Tn,k,up,rx；在第n个帧的附属节点k的下行数据时隙为主节点发送信号的起始时间Tn,k,down,tx和附属节点k接收信号的起始时间Tn,k,down,rx；当在当前帧内，首先出现的是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则附属节点k需要传输的与测距有关的时间信息为：Tn,k,tag＝Tn,k,down,rx-Tn,k,up,tx；主节点需要传输的与测距有关的时间信号为：Tn,k,master＝Tn,k,up,rx-Tn,k,down,tx；其中，n表示帧的编号；k表示附属节点的编号；up表示上行数据时隙；tx表示发送的时间；down表示下行数据时隙；rx表示接收的时间；
所述接收信号的起始时间是通过对同步信道中的已知序列进行延时估计。
具体地，所述模块M4.3包括：
当第n-1帧首先是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则第n帧首先是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，信号传播时间在主节点计算公式如下：
Figure GDA0003800942140000081
当第n-1帧首先是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，则第n帧首先是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，信号传播时间在接入节点计算公式如下：
Figure GDA0003800942140000091
具体地，所述模块M4.4中测距结果包括：
distancen,k,master＝Tdn,k,master×c (3)
distancen,k,tag＝Tdn,k,tag×c (4)
其中，c表示光速。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
本发明提供的一种无线自组织网络的多用户测距方法，在无线自组织网络中，一个节点与多个节点快速建立连接，在进行信息传输的同时，跟踪与多个节点的距离变化。通过交替变化分配数据时隙的上下行方向，进行对称双向测距，抵消节点之间晶振频率不同的影响，提高测距精度。
本发明通过时分的方式，将帧划分为多个功能时隙，在广播时隙中广播公共控制信号，在竞争接入时隙获得接入节点的信息，在多组成对的数据时隙进行数据传输，利用数据时隙中包含的同步信道，进行延时估计，从而一个节点与多个节点可以同时保持连接和进行周期性的测距。
一个节点可以通过广播公共控制信号，将帧结构信息通知给附近的其他节点。其他节点可以在接下来的竞争接入时隙，进行竞争接入。在下一个帧周期的广播控制信号中，通知成功竞争接入的节点对应的数据时隙编号。获得数据时隙资源的节点在竞争接入时隙不再发起竞争接入请求。没有获得数据时隙资源的节点继续进行竞争接入，经过一段时间后，主节点可以和多个节点建立连接。
本发明提供的一种无线自组织网络的多用户测距方法，如图1至3所示，包括：
步骤1：主节点在广播时隙(BR)广播公共控制信号，在公共控制信号中包含帧结构信息，以及请求测距的信息；
所述主节点，为无线自组织网络内主动发起数据连接和测距请求的节点；无线自组织网络中的节点，在初始化的时候，首先进行接收，如果在设定的时间窗口内没有收到任何广播时隙发送的公共控制信号，则可以主动发送公共控制信号，成为主节点；主节点也可以是事先指定的；
所述广播时隙，为一种功能时隙，占用了一段时间；
所述功能时隙还包括：竞争接入时隙(CSMA)、数据时隙(DS)；
所述帧结构信息，指示主节点使用的功能时隙的时间分配、用户信息和上下行方向；
所述上下行方向，在时隙内主节点发送信号称为下行，在时隙内主节点接收信号称为上行；
所述的功能时隙中，都包含独立的同步信道，可以进行独立的时间同步和频率同步，得到信号的到达时间，同时帮助后面对功能时隙中传输的数据进行解调；
步骤2：附近的节点收到公共控制信号后，获得帧结构信息，然后根据是否响应测距请求或者是否有信息需要传输，在竞争接入时隙进行竞争接入，发起接入的节点称为附属节点；
所述是否响应测距请求或者是否有信息需要传输可以根据配置的策略进行选择。比如在有些情况下，测距需求并不是最紧急，此时节点会有信息需要传输的时候，顺便响应测距请求，这样可以公用数据时隙，节省传输资源。在有些情况下，附近的节点由于隐私问题，不希望被不认可的主节点知道距离，因此即使收到了测距请求，也不响应。在有些情况下，测距需求是需要紧急响应的(比如在紧急救援的场景)，这个时候会直接响应测距请求。
步骤3：主节点在竞争接入时隙收到附属节点的接入请求后，在下一次发送公共控制信号的时候，通知对应的附属节点分配的数据时隙和上下行方向信息；
所述分配的数据时隙，在一个帧周期内，分配了两个时隙，其中一个时隙是上行方向，另外一个时隙是下行方向；
所述时隙的上下行方向在相邻的帧周期是交替变化的；如果在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是上行，第二个分配的时隙是下行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行；反之如果在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是上行，第二个分配的时隙是下行；
步骤4：附属节点k在收到广播时隙发送的信息后，得到了分配的数据时隙位置和上下行信息，主节点和附属节点进行上下行的信息传输，同时利用同步信道中的已知序列，得到测距需要的时间信息；如果附属节点没有分配到数据时隙，则继续通过竞争接入时隙进行竞争接入；
所述时间信息，在第n个帧的附属节点k的上行数据时隙，为附属节点k发送信号的起始时间Tn,k,up,tx和主节点接收信号的起始时间Tn,k,up,rx；在第n个帧的附属节点k的下行数据时隙，为主节点发送信号的起始时间Tn,k,down,tx和附属节点k接收信号的起始时间Tn,k,down,rx；如果在该帧内，首先出现的是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则附属节点k需要传输的与测距有关的时间信息为Tn,k,tag＝Tn,k,down,rx-Tn,k,up,tx，主节点需要传输的与测距有关的时间信息为Tn,k,master＝Tn,k,down,tx-Tn,k,up,rx；如果在该帧内，首先出现的是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，则附属节点k需要传输的与测距有关的时间信息为Tn,k,tag＝Tn,k,up,tx-Tn,k,down,rx，主节点需要传输的与测距有关的时间信息为Tn,k,master＝Tn,k,up,rx-Tn,k,down,tx；
所述接收信号的起始时间，是通过对同步信道中的已知序列进行延时估计得到的；
所述需要传输的与测距有关的时间信息，是在数据时隙中和其他信息一起传递给对方的；
步骤5：根据最近两帧得到的时间信息，主节点或者附属节点k可以通过计算，得到与附属节点k有关的信号传播时间；
所述的信号传播时间的计算，分为下面两种情况；
情况1：
第n-1帧是上行在前，下行在后，第n帧是下行在前，上行在后的情况，信号传播时间在主节点计算；
Figure GDA0003800942140000111
情况2：
第n-1帧是下行在前，上行在后，第n帧是上行在前，下行在后的情况，信号传播时间在附属节点计算
Figure GDA0003800942140000112
步骤6：根据估计得到的传播延时，乘上光速c，得到测距结果；
distancen,k,master＝Tdn,k,master×c (3)
distancen,k,tag＝Tdn,k,tag×c (4)
步骤7：不同的附属节点在不同的数据时隙中与主节点进行信息传输，重复步骤4～6，计算多个附属节点的测距结果，每隔两个帧周期，主节点可以得到多个附属节点的测距结果；每隔两个帧周期,多个附属节点也可以获得与主节点的测距结果。当这个帧周期内所有建立连接的多个附属节点都测距完毕后，结束这个帧周期的计算。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种无线自组织网络的多用户测距方法，其特征在于，包括：
步骤S1：通过时分的方式，将帧划分为包括广播时隙、竞争接入时隙以及数据时隙；
步骤S2：在无线自组织网络中，主节点通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，根据附近节点的自身需求，通过竞争接入时隙进行竞争接入，发起接入的节点为附属节点；
步骤S3：主节点在竞争接入时隙中获得多个附属节点的信息，并形成多组成对的数据时隙，通过多组成对的数据时隙进行数据传输；
步骤S4：通过多组成对的数据时隙进行信息传输的同时，通过交替变化分配数据时隙的上下行方向，进行对称双向测距，跟踪与多个节点的距离变化；
所述附近的节点包括在无线自组织网络内，距离主节点在预设范围内的节点；
所述步骤S4包括：
步骤S4.1：主节点在竞争接入时隙收到多个附属节点的接入请求后，通过广播时隙广播公共控制信号，通知对应的附属节点分配的数据时隙和上下行方向信息；
步骤S4.2：对应的附属节点收到数据时隙和上下行方向信息后，得到分配的数据时隙位置和上下行信息，主节点和附属节点进行上下行的信息传输，并利用同步信道中的已知序列，得到测距需要的时间信息；当附属节点没有分配到数据时隙，则重新通过竞争接入时隙进行竞争接入；
步骤S4.3：根据最近两帧得到的时间信息，得到信号传播时间；
步骤S4.4：根据信号传播时间，得到测距结果；
所述步骤S4.1包括：
所述分配的数据时隙包括：在一个帧周期内，分配两个时隙，其中一个时隙为上行方向，另一个时隙为下行方向；
所述上下行方向信息包括：相邻的帧周期是交替变化的，当在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是上行，则第二个分配的时隙是下行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行；反之，当在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是上行，第二个分配的时隙是下行；
所述步骤S4.2中时间信息包括：在第n个帧的附属节点k的上行数据时隙为附属节点k发送信号的起始时间Tn,k,up,tx和主节点接收信号的起始时间Tn,k,up,rx；在第n个帧的附属节点k的下行数据时隙为主节点发送信号的起始时间Tn,k,down,tx和附属节点k接收信号的起始时间Tn,k,down,rx；当在当前帧内，首先出现的是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则附属节点k需要传输的与测距有关的时间信息为：Tn,k,tag＝Tn,k,down,rx-Tn,k,up,tx；主节点需要传输的与测距有关的时间信号为：Tn,k,master＝Tn,k,up,rx-Tn,k,down,tx；其中，n表示帧的编号；k表示附属节点的编号；up表示上行数据时隙；tx表示发送的时间；down表示下行数据时隙；rx表示接收的时间；
所述接收信号的起始时间是通过对同步信道中的已知序列进行延时估计；
所述步骤S4.3包括：
当第n-1帧首先是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则第n帧首先是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，信号传播时间在主节点计算公式如下：
Figure FDA0003800942130000021
当第n-1帧首先是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，则第n帧首先是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，信号传播时间在接入节点计算公式如下：
Figure FDA0003800942130000022
所述步骤S4.4中测距结果包括：
distancen,k,master＝Tdn,k,master×c(3)
distancen,k,tag＝Tdn,k,tag×c(4)
其中，c表示光速。
2.根据权利要求1所述的无线自组织网络的多用户测距方法，其特征在于，所述步骤S2中公共控制信号包括：帧结构信息以及请求测距信息；
所述帧结构信息包括：主节点使用的功能时隙的时间分配、用户信息以及上下行方向。
3.根据权利要求1所述的无线自组织网络的多用户测距方法，其特征在于，所述步骤S2包括：在无线自组织网络中，主节点通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，当附近节点需要响应测距请求或有信息需要传输时，在竞争接入时隙进行竞争接入。
4.一种无线自组织网络的多用户测距系统，其特征在于，包括：
模块M1：通过时分的方式，将帧划分为包括广播时隙、竞争接入时隙以及数据时隙；
模块M2：在无线自组织网络中，主节点通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，根据附近节点的自身需求，通过竞争接入时隙进行竞争接入，发起接入的节点为附属节点；
模块M3：主节点在竞争接入时隙中获得多个附属节点的信息，并形成多组成对的数据时隙，通过多组成对的数据时隙进行数据传输；
模块M4：通过多组成对的数据时隙进行信息传输的同时，通过交替变化分配数据时隙的上下行方向，进行对称双向测距，跟踪与多个节点的距离变化；
所述附近的节点包括在无线自组织网络内，距离主节点在预设范围内的节点；
所述模块M4包括：
模块M4.1：主节点在竞争接入时隙收到多个附属节点的接入请求后，通过广播时隙广播公共控制信号，通知对应的附属节点分配的数据时隙和上下行方向信息；
模块M4.2：对应的附属节点收到数据时隙和上下行方向信息后，得到分配的数据时隙位置和上下行信息，主节点和附属节点进行上下行的信息传输，并利用同步信道中的已知序列，得到测距需要的时间信息；当附属节点没有分配到数据时隙，则重新通过竞争接入时隙进行竞争接入；
模块M4.3：根据最近两帧得到的时间信息，得到信号传播时间；
模块M4.4：根据信号传播时间，得到测距结果；
所述模块M4.1包括：
所述分配的数据时隙包括：在一个帧周期内，分配两个时隙，其中一个时隙为上行方向，另一个时隙为下行方向；
所述上下行方向信息包括：相邻的帧周期是交替变化的，当在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是上行，则第二个分配的时隙是下行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行；反之，当在前一个帧周期内，第一个分配的时隙是下行，第二个分配的时隙是上行，则在当前帧周期内，第一个分配的时隙是上行，第二个分配的时隙是下行；
所述模块M4.2中时间信息包括：在第n个帧的附属节点k的上行数据时隙为附属节点k发送信号的起始时间Tn,k,up,tx和主节点接收信号的起始时间Tn,k,up,rx；在第n个帧的附属节点k的下行数据时隙为主节点发送信号的起始时间Tn,k,down,tx和附属节点k接收信号的起始时间Tn,k,down,rx；当在当前帧内，首先出现的是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则附属节点k需要传输的与测距有关的时间信息为：Tn,k,tag＝Tn,k,down,rx-Tn,k,up,tx；主节点需要传输的与测距有关的时间信号为：Tn,k,master＝Tn,k,up,rx-Tn,k,down,tx；其中，n表示帧的编号；k表示附属节点的编号；up表示上行数据时隙；tx表示发送的时间；down表示下行数据时隙；rx表示接收的时间；
所述接收信号的起始时间是通过对同步信道中的已知序列进行延时估计；
所述模块M4.3包括：
当第n-1帧首先是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，则第n帧首先是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，信号传播时间在主节点计算公式如下：
Figure FDA0003800942130000041
当第n-1帧首先是下行数据时隙，然后是上行数据时隙，则第n帧首先是上行数据时隙，然后是下行数据时隙，信号传播时间在接入节点计算公式如下：
Figure FDA0003800942130000042
所述模块M4.4中测距结果包括：
distancen,k,master＝Tdn,k,master×c(3)
distancen,k,tag＝Tdn,k,tag×c(4)
其中，c表示光速。
5.根据权利要求4所述的无线自组织网络的多用户测距系统，其特征在于，
所述模块M2包括：在无线自组织网络中，主节点通过广播时隙广播公共控制信号；附近的节点接收到公共控制信号后，当附近节点需要响应测距请求或有信息需要传输时，在竞争接入时隙进行竞争接入。
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