CN115865377B - 一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法及系统，包括：发起测距请求；根据生成的调度信息进行调度，所述调度信息包括定时任务；判断时间片是否到期，如到期且满足第一条件则加密数据并发送数据，如到期且不满足所述第一条件则判断是否满足第二条件，如满足第二条件则接收数据并解密数据，如不满足所述第二条件则判断是否满足第三条件，如满足所述第三条件则上报测距结果，如不满足所述第三条件或上报所述测距结果后则判断是否满足第四条件，如满足第四条件则停止测距，如不满足所述第四条件则重新判断时间片是否到期。本发明提供的基于时间片的用于超宽带的测距调度方法及系统，通过增加时间片的空闲时间利用率，提高测距成功率。

Description

一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法及系统

技术领域

本发明涉及超宽带技术领域，特别是涉及一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法及系统。

背景技术

目前，设备之间的测距技术包括蓝牙、WiFi（wireless fidelity，无线局域网）、GPS（Global Positioning System，全球定位系统）定位技术，其定位精度最高为米级，而UWB（Ultra Wideband，超宽带）技术可以将定位精度提高到厘米级。然而现有的UWB技术中存在测距所需的参数配置时间和加密时间过长的问题，导致测距失败。

因此，有必要提供一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法及系统，以有效解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法及系统，通过增加时间片的空闲时间利用率，提高测距成功率。

本发明实施例提供一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法，包括：

发起测距请求；

根据生成的调度信息进行调度，所述调度信息包括定时任务；

判断时间片是否到期，如到期且满足第一条件则加密数据并发送数据，如到期且不满足所述第一条件则判断是否满足第二条件，如满足第二条件则接收数据并解密数据，如不满足所述第二条件则判断是否满足第三条件，如满足所述第三条件则上报测距结果，如不满足所述第三条件或上报所述测距结果后则判断是否满足第四条件，如满足所述第四条件则停止测距，如不满足所述第四条件则重新判断时间片是否到期。

优选地，所述第一条件为判断是否做发送数据操作，所述第二条件为判断是否做接收数据操作，所述第三条件为判断是否完成测距，所述第四条件为判断是否停止测距。

优选地，所述定时任务包括创建一次测距时隙长度时间的第一定时任务以及创建一次测距时隙长度时间一半的第二定时任务；

所述判断时间片是否到期包括判断所述第二定时任务是否到期，如是则判断所述第一定时任务是否是发送数据，如是则加密待发送的数据以及配置测距参数，如否则配置测距参数；

判断所述第一定时任务是否到期，如是则发送数据或接收数据；

判断是否还在测距中，如是则重新开始创建所述第一定时任务和所述第二定时任务。

优选地，所述发起测距请求前还包括配置测距参数并通过CMAC算法生成秘钥，所述测距参数包括测距设备类型、设备地址以及测距接收者设备编号；

所述加密数据为通过CCM算法进行数据加密，所述解密数据为通过CCM算法进行数据解密。

优选地，根据测距设备数量参数N计算需要分配的所述时间片的个数T，所述测距设备包括一个测距发起者和多个测距接收者，所述多个测距接收者的数量为N-1；

其中，所述N为整数，所述N∈[2,9]，所述T为整数，所述T大于4+2N。

优选地，对于测距发起者，时间片1用于分配测距控制消息的发送，时间片2用于分配测距发起帧的发送，时间片3到2+N用于分配测距回复帧的接收，时间片3+N分配测距结束帧的发送，时间片4+N分配测距上报消息的发送，时间片5+N到4+2N分配测距结果消息的接收；

对于测距接收者，时间片1用于分配测距控制消息的接收，时间片2用于分配测距发起帧的接收；时间片3到2+N，在时间片3+i-1分配测距回复帧的发送，在3到2+N除了3+i-1的其他时间片上进行待机休息；时间片3+N用于分配测距结束帧的接收，时间片4+N用于分配测距上报消息的接收；时间片5+N到4+2N，在时间片5+N+i-1分配测距结果消息的发送，在5+N到4+2N的其他时间片上进行待机休息；

其中，所述i为测距设备的编号，所述i为整数，i∈[1,8]。

优选地，在接收到测距开始的命令之后，创建时间片1的任务；

对于测距发起者，先对测距控制消息进行数据加密，加密完成之后进行发送操作，然后创建所述第一定时任务和所述第二定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后开始所述第一定时任务，经过一个测距时隙长度的一半之后开始所述第二定时任务；

对于测距接收者，接收数据帧之后进行数据解密，如解密失败，则重复接收，如解密成功，则接着判断是否是所述测距控制消息，如不是则重复接收，如是则创建所述第一定时任务和所述第二定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后开始所述第一定时任务，经过一个测距时隙长度的一半之后开始所述第二定时任务。

优选地，所述第二定时任务开始后，如接收到了测距停止的命令，则停止并删除所有时间片的任务，清空数据，否则判断时间片是否为第4+2N个，是则进行测距并上报结果；创建所述第一定时任务，经过T-4.5-2N个测距时隙长度之后，所述第一定时任务开始，否则根据测距设备类型和每个时间片的调度任务，配置相应的测距参数，如下一个时间片需要发送数据，则提前将数据加密保存。

优选地，所述第一定时任务开始后，根据所述测距设备类型和所述每个时间片的调度任务进行发送数据或者接收数据的操作，对于接收到的数据进行解密操作，如解密失败，或解密成功之后判断为不是该时间片应该接收的数据包，则上报测距失败的原因，并创建所述第一定时任务。

本发明实施例还提供一种基于时间片的用于超宽带的测距调度系统，包括：

测距请求模块，其用于发起测距请求；

调度模块，其用于根据生成的调度信息进行调度，所述调度信息包括定时任务；

判断模块，其用于判断时间片是否到期，如到期且满足第一条件则加密数据并发送数据，如到期且不满足所述第一条件则判断是否满足第二条件，如满足第二条件则接收数据并解密数据，如不满足所述第二条件则判断是否满足第三条件，如满足所述第三条件则上报测距结果，如不满足所述第三条件或上报所述测距结果后则判断是否满足第四条件，如满足所述第四条件则停止测距，如不满足所述第四条件则重新判断时间片是否到期。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例提供的一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法及系统，包括：发起测距请求；根据生成的调度信息进行调度，所述调度信息包括定时任务；判断时间片是否到期，如到期且满足第一条件则加密数据并发送数据，如到期且不满足所述第一条件则判断是否满足第二条件，如满足第二条件则接收数据并解密数据，如不满足所述第二条件则判断是否满足第三条件，如满足所述第三条件则上报测距结果，如不满足所述第三条件或上报所述测距结果后则判断是否满足第四条件，如满足所述第四条件则停止测距，如不满足所述第四条件则重新判断时间片是否到期，通过增加时间片的空闲时间利用率，提高测距成功率；

进一步地，通过创建一次测距时隙长度时间的第一定时任务以及创建一次测距时隙长度时间一半的第二定时任务，所述判断时间片是否到期包括判断所述第二定时任务是否到期，如是则判断所述第一定时任务是否是发送数据，如是则加密待发送的数据以及配置测距参数，如否则配置测距参数；判断所述第一定时任务是否到期，如是则发送数据或接收数据；判断是否还在测距中，如是则重新开始创建所述第一定时任务和所述第二定时任务，从而降低距离测量时的功耗，且测距精度高，测量误差仅±10cm。

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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例提供的一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法的流程示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法的另一流程示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的一种基于时间片的用于超宽带的测距调度系统的模块示意图。

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做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。

下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

基于现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法及系统，通过增加时间片的空闲时间利用率，提高测距成功率。

图1为本发明的一个实施例提供的一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法的流程示意图；图2为本发明的一个实施例提供的一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法的另一流程示意图。现在参看图1和图2，本发明实施例提供一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法，包括：

发起测距请求；

根据生成的调度信息进行调度，所述调度信息包括定时任务；

判断时间片是否到期，如到期且满足第一条件则加密数据并发送数据，如到期且不满足所述第一条件则判断是否满足第二条件，如满足第二条件则接收数据并解密数据，如不满足所述第二条件则判断是否满足第三条件，如满足所述第三条件则上报测距结果，如不满足所述第三条件或上报所述测距结果后则判断是否满足第四条件，如满足所述第四条件则停止测距，如不满足所述第四条件则重新判断时间片是否到期。

具体地，本发明实施例提供的基于时间片的用于超宽带的测距调度方法包括以下步骤：

步骤S101：发起测距请求。

步骤S102：根据生成的调度信息进行调度，所述调度信息包括定时任务。

步骤S103：判断时间片是否到期，如时间片未到期则继续回到步骤S103，如时间片到期则进行步骤S104。

步骤S104：判断是否满足第一条件，如满足第一条件则进行步骤S107：加密数据并发送数据，如不满足第一条件则进行步骤S105。

步骤S105：判断是否满足第二条件，如满足第二条件则进行步骤S108：接收数据并解密数据，如不满足第二条件则进行步骤S106。

步骤S106：判断是否满足第三条件，如满足第三条件则进行步骤S109：上报测距结果，如不满足第三条件则进行步骤S110。

步骤S110：判断是否满足第四条件，如满足所述第四条件则进行步骤S111：停止测距，如不满足第四条件则回到步骤S103。

在具体实施中，所述第一条件为判断是否做发送数据操作，所述第二条件为判断是否做接收数据操作，所述第三条件为判断是否完成测距，所述第四条件为判断是否停止测距。

在具体实施中，所述定时任务包括创建一次测距时隙长度时间的第一定时任务以及创建一次测距时隙长度时间一半的第二定时任务；

所述判断时间片是否到期包括判断所述第二定时任务是否到期，如是则判断所述第一定时任务是否是发送数据，如是则加密待发送的数据以及配置测距参数，如否则配置测距参数；

判断所述第一定时任务是否到期，如是则发送数据或接收数据；

判断是否还在测距中，如是则重新开始创建所述第一定时任务和所述第二定时任务。所述第一定时任务和第二定时任务为毫秒级别的任务，且精度为200纳秒，为测距时间片提供时间精度支持，减少因时间精度导致的测距结果误差。

本领域技术人员可以根据需要通过命令来配置一次测距时隙长度时间，常用的有2毫秒、3毫秒、4毫秒、8毫秒，在此不再赘述。

第一定时任务到期之后发送数据或接收数据，发送数据或接收数据之后的时间都是空闲时间，在此空闲时间内启动第二定时任务，进行加密待发送的数据以及配置测距参数或只进行配置测距参数，从而提高空闲时间利用率。

在具体实施中，所述发起测距请求前还包括配置测距参数并通过CMAC(Cipher-based Message Authentication Code，基于密文的消息认证码)算法，也简称为CBC_MAC，生成秘钥，所述测距参数包括测距设备类型、设备地址以及测距接收者设备编号；

所述加密数据为通过CCM(Counter with Cipher Block Chaining-MessageAuthentication Code，密码块链信息认证码)算法进行数据加密，所述解密数据为通过CCM算法进行数据解密。

在具体实施中，根据测距设备数量参数N计算需要分配的所述时间片的个数T，所述测距设备包括一个测距发起者和多个测距接收者，所述多个测距接收者的数量为N-1；

其中，所述N为整数，所述N∈[2,9]，所述T为整数，所述T大于4+2N。

在具体实施中，对于测距发起者，时间片1用于分配测距控制消息的发送，时间片2用于分配测距发起帧的发送，时间片3到2+N用于分配测距回复帧的接收，时间片3+N分配测距结束帧的发送，时间片4+N分配测距上报消息的发送，时间片5+N到4+2N分配测距结果消息的接收；

对于测距接收者，时间片1用于分配测距控制消息的接收，时间片2用于分配测距发起帧的接收；时间片3到2+N，在时间片3+i-1分配测距回复帧的发送，在3到2+N除了3+i-1的其他时间片上进行待机休息；时间片3+N用于分配测距结束帧的接收，时间片4+N用于分配测距上报消息的接收；时间片5+N到4+2N，在时间片5+N+i-1分配测距结果消息的发送，在5+N到4+2N的其他时间片上进行待机休息；

其中，所述i为测距设备的编号，所述i为整数，i∈[1,8]。

测距接收者在其他接收者发送回复帧的时候可以待机休息，在自己需要发送的时候再启动，以此来降低功耗。

在具体实施中，包括以下步骤1：

在接收到测距开始的命令之后，创建时间片1的任务；

对于测距发起者，先对测距控制消息进行数据加密，加密完成之后进行发送操作，然后创建所述第一定时任务和所述第二定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后开始所述第一定时任务，经过一个测距时隙长度的一半之后开始所述第二定时任务；

对于测距接收者，接收数据帧之后进行数据解密，如解密失败，则重复接收，如解密成功，则接着判断是否是所述测距控制消息，如不是则重复接收，如是则创建所述第一定时任务和所述第二定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后开始所述第一定时任务，经过一个测距时隙长度的一半之后开始所述第二定时任务。

在具体实施中，还包括以下步骤2：

所述第二定时任务开始后，如接收到了测距停止的命令，则停止并删除所有时间片的任务，清空数据，否则判断时间片是否为第4+2N个，是则进行测距并上报结果；创建所述第一定时任务，经过T-4.5-2N个测距时隙长度之后，所述第一定时任务开始，否则根据测距设备类型和每个时间片的调度任务，配置相应的测距参数，如下一个时间片需要发送数据，则提前将数据加密保存。

在具体实施中，还包括以下步骤3：

所述第一定时任务开始后，根据所述测距设备类型和所述每个时间片的调度任务进行发送数据或者接收数据的操作，对于接收到的数据进行解密操作，如解密失败，或解密成功之后判断为不是该时间片应该接收的数据包，则上报测距失败的原因，并创建所述第一定时任务。

具体地，在第T个时间片之后重复上述步骤1；对于解密成功且判断为是该时间片应该接收的数据包，或者该时间片为发送数据操作的，则创建第二定时任务和第一定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后第一定时任务开始，经过一个测距时隙长度的一半之后第二定时任务开始，重复上述步骤2和步骤3，直到接收到测距停止的命令为止。

图3为本发明的一个实施例提供的一种基于时间片的用于超宽带的测距调度系统的模块示意图。现在参看图3，本发明实施例还提供一种基于时间片的用于超宽带的测距调度系统，包括：

测距请求模块31，其用于发起测距请求；

调度模块32，其用于根据生成的调度信息进行调度，所述调度信息包括定时任务；

判断模块33，其用于判断时间片是否到期，如到期且满足第一条件则加密数据并发送数据，如到期且不满足所述第一条件则判断是否满足第二条件，如满足第二条件则接收数据并解密数据，如不满足所述第二条件则判断是否满足第三条件，如满足所述第三条件则上报测距结果，如不满足所述第三条件或上报所述测距结果后则判断是否满足第四条件，如满足所述第四条件则停止测距，如不满足所述第四条件则重新判断时间片是否到期。

综上，本发明实施例提供的一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法及系统，包括：发起测距请求；根据生成的调度信息进行调度，所述调度信息包括定时任务；判断时间片是否到期，如到期且满足第一条件则加密数据并发送数据，如到期且不满足所述第一条件则判断是否满足第二条件，如满足第二条件则接收数据并解密数据，如不满足所述第二条件则判断是否满足第三条件，如满足所述第三条件则上报测距结果，如不满足所述第三条件或上报所述测距结果后则判断是否满足第四条件，如满足所述第四条件则停止测距，如不满足所述第四条件则重新判断时间片是否到期，通过增加时间片的空闲时间利用率，提高测距成功率；

进一步地，通过创建一次测距时隙长度时间的第一定时任务以及创建一次测距时隙长度时间一半的第二定时任务，所述判断时间片是否到期包括判断所述第二定时任务是否到期，如是则判断所述第一定时任务是否是发送数据，如是则加密待发送的数据以及配置测距参数，如否则配置测距参数；判断所述第一定时任务是否到期，如是则发送数据或接收数据；判断是否还在测距中，如是则重新开始创建所述第一定时任务和所述第二定时任务，从而降低距离测量时的功耗，且测距精度高，测量误差仅±10cm。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (5)

1.一种基于时间片的用于超宽带的测距调度方法，其特征在于，

包括以下步骤1：

在接收到测距开始的命令之后，创建时间片1的任务；

对于测距发起者，先对测距控制消息进行数据加密，加密完成之后进行发送操作，然后创建第一定时任务和第二定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后开始所述第一定时任务，经过一个测距时隙长度的一半之后开始所述第二定时任务；

对于测距接收者，接收数据帧之后进行数据解密，如解密失败，则重复接收，如解密成功，则接着判断是否是所述测距控制消息，如不是则重复接收，如是则创建所述第一定时任务和所述第二定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后开始所述第一定时任务，经过一个测距时隙长度的一半之后开始所述第二定时任务；

还包括以下步骤2：

所述第二定时任务开始后，如接收到了测距停止的命令，则停止并删除所有时间片的任务，清空数据，否则判断时间片是否为第4+2N个，是则进行测距并上报结果；创建所述第一定时任务，经过T-4.5-2N个测距时隙长度之后，所述第一定时任务开始，否则根据测距设备类型和每个时间片的调度任务，配置相应的测距参数，如下一个时间片需要发送数据，则提前将数据加密保存；

还包括以下步骤3：

所述第一定时任务开始后，根据所述测距设备类型和所述每个时间片的调度任务进行发送数据或者接收数据的操作，对于接收到的数据进行解密操作，如解密失败，或解密成功之后判断为不是该时间片应该接收的数据包，则上报测距失败的原因，并创建所述第一定时任务；

在第T个时间片之后重复上述步骤1；对于解密成功且判断为是该时间片应该接收的数据包，或者该时间片为发送数据操作的，则创建第二定时任务和第一定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后第一定时任务开始，经过一个测距时隙长度的一半之后第二定时任务开始，重复上述步骤2和步骤3，直到接收到测距停止的命令为止；

其中，N表示测距设备数量参数，T表示需要分配的所述时间片的个数，所述N为整数，所述N∈[2,9]，所述T为整数，所述T大于4+2N。

2.根据权利要求1所述的基于时间片的用于超宽带的测距调度方法，其特征在于，

发起测距请求前还包括配置测距参数并通过CMAC算法生成秘钥，所述测距参数包括测距设备类型、设备地址以及测距接收者设备编号；

通过CCM算法进行数据加密，通过CCM算法进行数据解密。

3.根据权利要求1所述的基于时间片的用于超宽带的测距调度方法，其特征在于，

根据测距设备数量参数N计算需要分配的所述时间片的个数T，所述测距设备包括一个测距发起者和多个测距接收者，所述多个测距接收者的数量为N-1。

4.根据权利要求1所述的基于时间片的用于超宽带的测距调度方法，其特征在于，

对于测距发起者，时间片1用于分配测距控制消息的发送，时间片2用于分配测距发起帧的发送，时间片3到2+N用于分配测距回复帧的接收，时间片3+N分配测距结束帧的发送，时间片4+N分配测距上报消息的发送，时间片5+N到4+2N分配测距结果消息的接收；

对于测距接收者，时间片1用于分配测距控制消息的接收，时间片2用于分配测距发起帧的接收；时间片3到2+N，在时间片3+i-1分配测距回复帧的发送，在3到2+N除了3+i-1的其他时间片上进行待机休息；时间片3+N用于分配测距结束帧的接收，时间片4+N用于分配测距上报消息的接收；时间片5+N到4+2N，在时间片5+N+i-1分配测距结果消息的发送，在5+N到4+2N的其他时间片上进行待机休息；

其中，所述i为测距设备的编号，所述i为整数，i∈[1,8]。

5.一种基于时间片的用于超宽带的测距调度系统，其特征在于，包括：

测距请求模块，其用于发起测距请求；

调度模块，其用于根据生成的调度信息进行调度，所述调度信息包括定时任务；

判断模块，其用于判断时间片是否到期；

包括以下步骤1：

在接收到测距开始的命令之后，创建时间片1的任务；

对于测距发起者，先对测距控制消息进行数据加密，加密完成之后进行发送操作，然后创建第一定时任务和第二定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后开始所述第一定时任务，经过一个测距时隙长度的一半之后开始所述第二定时任务；

对于测距接收者，接收数据帧之后进行数据解密，如解密失败，则重复接收，如解密成功，则接着判断是否是所述测距控制消息，如不是则重复接收，如是则创建所述第一定时任务和所述第二定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后开始所述第一定时任务，经过一个测距时隙长度的一半之后开始所述第二定时任务；

还包括以下步骤2：

所述第二定时任务开始后，如接收到了测距停止的命令，则停止并删除所有时间片的任务，清空数据，否则判断时间片是否为第4+2N个，是则进行测距并上报结果；创建所述第一定时任务，经过T-4.5-2N个测距时隙长度之后，所述第一定时任务开始，否则根据测距设备类型和每个时间片的调度任务，配置相应的测距参数，如下一个时间片需要发送数据，则提前将数据加密保存；

还包括以下步骤3：

所述第一定时任务开始后，根据所述测距设备类型和所述每个时间片的调度任务进行发送数据或者接收数据的操作，对于接收到的数据进行解密操作，如解密失败，或解密成功之后判断为不是该时间片应该接收的数据包，则上报测距失败的原因，并创建所述第一定时任务；

在第T个时间片之后重复上述步骤1；对于解密成功且判断为是该时间片应该接收的数据包，或者该时间片为发送数据操作的，则创建第二定时任务和第一定时任务，经过一个测距时隙长度时间之后第一定时任务开始，经过一个测距时隙长度的一半之后第二定时任务开始，重复上述步骤2和步骤3，直到接收到测距停止的命令为止；

其中，N表示测距设备数量参数，T表示需要分配的所述时间片的个数，所述N为整数，所述N∈[2,9]，所述T为整数，所述T大于4+2N。

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