基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法，包括：移动终端根据不同时隙的信标帧确定待关联的可见光终端；所述移动终端与待关联的所述可见光终端在预设时隙内通过数据交互建立关联关系；所述可见光终端与所述移动终端根据所述关联关系进行通信。本发明专利技术实施例公开的一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法和系统，主要结合可见光与红外通信技术，实现在室内环境下与移动终端安全的通信并且在同时提供对移动终端较为精确的定位功能。本发明专利技术设计的基于可见光和红外通信技术的室内全覆盖通信定位方法在光网络中实现了上行和下行的信道分离、相邻可见光源之间信号时隙分离，避免了相互干扰。

Indoor Full Coverage Communication Location Method and System Based on Visible and Infrared Communication

The present invention relates to an indoor full coverage communication positioning method based on visible and infrared communication, which includes: the mobile terminal determines the visible light terminal to be associated according to beacon frames in different time slots; the mobile terminal and the visible light terminal to be associated establish the association relationship through data interaction in a preset time slot; and the visible light terminal and the mobile terminal according to the association. Relations communicate. The embodiment of the invention discloses an indoor full coverage communication positioning method and system based on visible light and infrared communication, which mainly combines visible light and infrared communication technology to realize secure communication with mobile terminal in indoor environment and provide more accurate positioning function for mobile terminal at the same time. The indoor full coverage communication positioning method based on visible light and infrared communication technology designed by the invention realizes channel separation between upstream and downstream in optical network, signal slot separation between adjacent visible light sources, and avoids mutual interference.

【技术实现步骤摘要】
基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法和系统
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法和系统。
技术介绍
目前，在室外环境中，定位技术已经非常成熟。GPS卫星定位已经广泛地应用到了车载导航电子地图等方面。然而，在室内环境下，相较于户外定位，实现定位面临更多的困难，墙壁等基础设施都会对信号进行阻拦，出现严重的信号衰减甚至是信号盲点，使得GPS定位难以奏效。近年来提出的蓝牙定位、WIFI定位和超声波定位等室内定位技术因为部署成本和定位精度的原因也不能很好的解决室内定位的问题。可见光通信技术因为其在定位精度、安全性、无电磁干扰、成本等方面的优势成为了室内通信定位技术的研究热点。光通信技术是以光波为载波的通信方式。近年来白光二极管(LED)的已经广泛应用到各种室内照明领域，白光LED具有寿命长，能耗低，调制响应速度快等优点。因而基于LED照明光源的可见光通信技术在信息传输、室内定位等领域具有非常可观的应用前景。可见光通信兼具照明和通信双重功能，具有保密性强、数据传输速率高、无需频谱认证等优点，可以与WIFI、蓝牙、红外等通信技术形成互补关系来改善现有的通信系统，甚至可以弥补某些通信行业的空白，例如在医院、加油站等对电磁干扰比较敏感的区域实现外线信号的覆盖；此外，在军事设施等对安全性要求较高的应用场景中，因为可见光信号不会穿透墙体，即使是相邻的区域也不能获取信号信息，安全保密性高；在矿井地下车库等特殊环境中，因为无自然光干扰且部署LED灯源成本较低。与现有的井下或地下通信系统相比，可见光通信技术不仅可以保持实时通信并且在实现定位或救援井下人员时拥有安全与稳定方面的明显优势。因此，可见光作为一种结合照明与通信，且成本低廉、速率高的新型无线通信技术具有非常优秀的应用前景与科研价值。关于可见光通信与其他各种通信方式的异构融合技术已经受到了很大的关注。但是，在实际应用中，若在通信系统中只使用可见光信号，也会造成通信链路易被遮挡、上下行链路相互干扰、LED调制带宽受限、多径效应明显等问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法和系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法，包括：移动终端根据不同时隙的信标帧确定待关联的可见光终端；所述移动终端与待关联的所述可见光终端在预设时隙内通过数据交互建立关联关系；所述可见光终端与所述移动终端根据所述关联关系进行通信。在本专利技术的一个实施例中，移动终端根据不同时隙的可见光信号确定待关联的可见光终端，包括：多个可见光终端在不同时隙内的周期性广播信标帧；所述移动终端通过所述信标帧选取待关联的可见光终端。在本专利技术的一个实施例中，所述信标帧包括源地址信息、目的地址信息，CRC校验信息，忙闲信息。在本专利技术的一个实施例中，移动终端根据不同时隙的信标帧确定待关联的可见光终端，还包括：所述移动终端接收不同时隙内的信标帧；通过不同时隙内的信标帧获取所述移动终端的定位信息。在本专利技术的一个实施例中，所述移动终端与待关联的所述可见光终端在预设时隙内通过数据交互建立关联关系，包括：所述移动终端接收所述信标帧，并根据所述信标帧发送关联请求帧；所述可见光终端接收所述关联请求帧，并根据所述关联请求帧发送关联响应帧；所述移动终端接收所述关联响应帧，并根据所述关联响应帧发送关联确认帧；所述可见光终端接收所述关联确认帧并建立关联关系。在本专利技术的一个实施例中，在所述移动终端与待关联的所述可见光终端在预设时隙内通过数据交互建立关联关系之后，还包括：所述移动终端周期性发送心跳包；所述可见光终端根据接收的所述心跳包保持关联关系。在本专利技术的一个实施例中，所述可见光终端与所述移动终端根据所述关联关系进行通信，包括：所述可见光终端通过所述关联关系下发第一通信数据至所述移动终端；所述移动终端通过所述关联关系上传第二通信数据至所述可见光终端。在本专利技术的一个实施例中，所述可见光终端通过所述关联关系下发第一通信数据至所述移动终端，包括：所述可见光终端发送第一接入请求RTS帧；所述移动终端接收所述第一接入请求RTS帧，并根据所述第一接入请求RTS帧发送第一响应CTS帧；所述可见光终端接收所述第一响应CTS帧，并根据所述第一响应CTS帧发送第一通信数据；所述移动终端接收所述第一通信数据后发送第一ACK确认帧；所述可见光终端接收所述第一ACK确认帧，并根据所述第一ACK确认帧确认完成下发所述第一通信数据。在本专利技术的一个实施例中，所述移动终端通过所述关联关系上传第二通信数据至所述可见光终端，包括：所述移动终端发送第二接入请求RTS帧；所述可见光终端接收所述第二接入请求RTS帧，并根据所述第二接入请求RTS帧发送第二响应CTS帧；所述移动终端接收所述第二响应CTS帧，并根据所述第二响应CTS帧发送第二通信数据；所述可见光终端接收所述第二通信数据后发送第二ACK确认帧；所述移动终端接收所述第二ACK确认帧，并根据所述第二ACK确认帧确认完成上传所述第二通信。本专利技术的另一个实施例提供了一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位系统，包括：多个可见光终端、移动终端和控制器；其中，所述控制器用于分配多个时隙；每个可见光终端通过预设时隙发送可见光信号；所述移动终端通过接收所述可见光信号确定待关联可见光终端；所述移动终端与所述待关联可见光终端在预设时隙内通过数据交互建立关联关系；所述可见光终端与所述移动终端根据所述关联关系进行通信。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1)本专利技术提供的一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法，相较于传统的WIFI、蓝牙等定位技术不需要额外的硬件设备支持，减少了成本，而且利用分时隙通信使得可见光信号之间的干扰非常微小，降低了多径效应，定位的稳定性也的到了保障，在可见光覆盖的范围内都能保证有效地实时定位，最重要的是相较于传统定位技术可见光定位的精度是非常高的。这在某些需要精确定位的场景下十分重要的。有效地提升了用户体验。2)一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位系统提供了一整套完整的可见光红外异构网络数据链路层协议，并提供了相应的帧结构。只要室内区域全覆盖有LED灯源，就可以在室内区域实现无盲点的可见光通信。因为可见光信号会被墙壁等建筑设施完全阻拦，所以可见光通信系统有着良好的保密性。附图说明图1为本专利技术提供的一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法的流程示意图；图2为本专利技术提供的相邻可见光终端分时隙工作的结构示意图；图3为本专利技术提供多个可见光终端与移动终端的分布示意图；图4为本专利技术提供的移动终端与可见光终端建立连接的流程图；图5为本专利技术提供的信标帧的结构示意图；图6为本专利技术提供的关联请求帧的结构示意图；图7为本专利技术提供的关联确认帧的结构示意图；图8为本专利技术提供的红外数据帧的结构示意图；图9为本专利技术提供的心跳包的结构示意图；图10为本专利技术提供的红外接入请求RTS帧的结构示意图；图11为本专利技术提供的红外响应CTS帧的结构示意图；图12为本专利技术提供的红外ACK确认帧的结构示意图；图13为本专利技术提供的可见光数据帧的结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法，其特征在于，包括：移动终端根据不同时隙的信标帧确定待关联的可见光终端；所述移动终端与待关联的所述可见光终端在预设时隙内通过数据交互建立关联关系；所述可见光终端与所述移动终端根据所述关联关系进行通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光和红外通信的室内全覆盖通信定位方法，其特征在于，包括：移动终端根据不同时隙的信标帧确定待关联的可见光终端；所述移动终端与待关联的所述可见光终端在预设时隙内通过数据交互建立关联关系；所述可见光终端与所述移动终端根据所述关联关系进行通信。2.根据权利要求1所述的室内全覆盖通信定位方法，其特征在于，移动终端根据不同时隙的可见光信号确定待关联的可见光终端，包括：多个可见光终端在不同时隙内的周期性广播信标帧；所述移动终端通过所述信标帧选取待关联的可见光终端。3.根据权利要求1所述的室内全覆盖通信定位方法，其特征在于，所述信标帧包括源地址信息、目的地址信息，CRC校验信息，忙闲信息。4.根据权利要求2所述的室内全覆盖通信定位方法，其特征在于，移动终端根据不同时隙的信标帧确定待关联的可见光终端，还包括：所述移动终端接收不同时隙内的信标帧；通过不同时隙内的信标帧获取所述移动终端的定位信息。5.根据权利要求1所述的室内全覆盖通信定位方法，其特征在于，所述移动终端与待关联的所述可见光终端在预设时隙内通过数据交互建立关联关系，包括：所述移动终端接收所述信标帧，并根据所述信标帧发送关联请求帧；所述可见光终端接收所述关联请求帧，并根据所述关联请求帧发送关联响应帧；所述移动终端接收所述关联响应帧，并根据所述关联响应帧发送关联确认帧；所述可见光终端接收所述关联确认帧并建立关联关系。6.根据权利要求1所述的室内全覆盖通信定位方法，其特征在于，在所述移动终端与待关联的所述可见光终端在预设时隙内通过数据交互建立关联关系之后，还包括：所述移动终端周期性发送心跳包；所述可见光终端根据接收的所述心跳包保持关联关系。7.根据权利要求1所述的室内全覆盖通信定位方法，其特征在于，所述可见光终端与所述移动终端根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚韬，董赞扬，李谷峰，唐堂，李黎，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61