一种用于TOF定位系统的多标签接入方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于TOF定位系统的多标签接入方法，属于无线通信和精确定位领域，包括以下步骤：S1：基站随时间轮询每个时隙，如果当前时隙是空闲时隙，进入S2，如果当前时隙是测距时隙，进入S4；S2：基站发送时隙资源广播帧，判断在当前时隙结束前是否收到标签的入网请求帧，收到进入S3，否则回到S1；S3：查询基站的时隙资源，选取一个空闲时隙资源分配给标签用于TOF测距，分配的测距时隙通过入网响应帧发送给标签，回到S1；S4：等待标签发起TOF测距；S5：收到标签测距请求帧后，回复标签测距响应帧，并在测距响应帧中附加时隙资源信息，当前标签测距结束后，回复存储区有其他标签的入网请求帧，回到S1。回到S1。回到S1。

【技术实现步骤摘要】
一种用于TOF定位系统的多标签接入方法


[0001]本专利技术属于无线通信和精确定位领域，涉及一种用于TOF定位系统的多标签接入方法。

技术介绍

[0002]超宽带(Ultra wide Band，UWB)无线定位技术具有功耗低、抗多径效果好、安全性高和系统复杂度低等优点，被广泛应用于室内高精度定位系统。基于UWB的精确定位可以分为同步定位与异步定位两大类，其对应的主流定位技术分别为基于到达时间差(Time Difference ofArrival，TDOA)和飞行时间(Time of Flight)的技术。TDOA方案中标签的一次定位只需要广播一条消息，定位流程简单，同时TDOA定位系统还具有定位容量大、标签端编程简单、定位灵活性好等特点。但是基站间需要精确同步的前提条件，使得TDOA系统在井下复杂情况下难以部署。TOF方案是通过测量电磁波的飞行时间，计算出标签与基站间的距离，再汇总计算出标签位置。TOF方案中基站之间不需要同步，硬件实现简单，容易部署，位置求解精度高，应用较TDOA更加广泛。
[0003]目前广泛使用的TOF测距方法包括单边双向测距(Single
‑
Sided Two
‑
way Ranging，SS
‑ꢀ
TWR)和对称双边双向测距(Symmetric
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Double
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Sided Two
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way Ranging，SDS
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TWR)。SS
‑ꢀ
TWR的测距效率高，但其精度较差；SDS
‑
TWR具有很高的测距精度，但其测距效率很低且扩展性差。针对这些缺点，很多更高效的TOF标签接入与测距方式不断被提出，如基于超帧和时隙的单边双向TOF测距方法具有很高的系统容量及测距精度，每个标签测距之前首先要接入网络，等待基站给其分配时隙后再周期性地发起测距请求。但这也带来了另外的问题：当标签的数量增多时，新接入的标签在发送入网请求帧时可能影响正在测距的标签、多个新接入的标签发送入网请求帧时也可能发生碰撞。
[0004]综上所述，为了提高TOF测距系统标签接入时的效率、以及整个系统的并发容量和稳定性，迫切需要一种具有接入时间短、并发容量大、功耗低、可靠性高等特点的用于TOF定位系统的多标签接入方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于TOF定位系统的多标签接入方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种用于TOF定位系统的多标签接入方法，包括以下步骤：
[0008]S1：基站采用基于超帧和时隙的时分方式对标签进行测距时间排序，基站随时间轮询每个时隙，如果当前时隙是空闲时隙，则进入S2，如果当前时隙是测距时隙，则进入S4；
[0009]S2：基站发送时隙资源广播帧，判断在当前时隙结束前是否收到标签的入网请求帧，如果收到则进入S3，如果没有收到，则回到S1，轮询下一个时隙；
[0010]S3：查询基站的时隙资源，选取一个空闲时隙资源分配给标签用于TOF测距，分配的测距时隙通过入网响应帧发送给标签，基站记录被分配的时隙，以后不能再分配给其他
标签，然后回到S1轮询下一个时隙；
[0011]S4：等待标签发起TOF测距，进入S5，如果在等待过程中收到其他标签的入网请求帧，则存储起来；
[0012]S5：收到标签测距请求帧后，回复标签测距响应帧，并在测距响应帧中附加时隙资源信息，等待当前标签测距结束后，如果此时存储区有其他标签的入网请求帧，则一一进行回复，然后回到S1轮询下一个时隙。
[0013]进一步，所述TOF测距为：通过标签和基站记录UWB消息发送与到达时间戳，测量电磁波在空中的传播时间T
prop
，进而计算电磁波传播距离；
[0014]测距流程由标签通过发送测距请求帧(Poll帧)发起，基站收到测距请求帧(Poll帧)后延时T
reply1
后向标签发送一个测距响应帧(PollAck帧)，标签收到基站发送的测距响应帧 (PollAck帧)后，延时T
round2
后向基站发送一个携带有T
round1
和T
round2
两个时间的测距结束帧(Final帧)，T
prop
在基站端通过公式(1)算出：
[0015][0016]从而计算出标签和基站之间的距离。
[0017]进一步，步骤S2中，基站发送时隙资源广播帧，标签监听到基站发送的时隙资源广播帧后，从所述时隙资源广播帧中获得基站的空闲时隙资源，标签选取其中一个空闲时隙发送入网请求帧。
[0018]进一步，步骤S4中，所述其他标签通过监听到基站发送的测距响应帧中附加的时隙资源信息，从而获得基站的空闲时隙资源，所述其他标签选取其中一个空闲时隙发送入网请求帧，进入基站的存储区。
[0019]进一步，标签的工作流程具体包括以下步骤：
[0020]S11：标签进入休眠模式，并定时唤醒，进入S12；
[0021]S12：标签定时唤醒后首先监听附近是否有基站发送时隙资源广播帧或测距响应帧，如果没有监听到，则进入S11；如果有监听到，则进入S13；
[0022]S13：标签根据时隙资源中的超帧长度、时隙长度、当前时隙ID和当前时隙偏移完成与基站的时间同步，并选取其中一个空闲时隙作为入网时隙，进入S14；
[0023]S14：标签进入休眠模式，并定时在下个超帧的入网时隙唤醒，进入S15；
[0024]S15：标签唤醒后发送入网申请帧，等待在规定时间内是否收到基站入网响应帧，如果没有收到入网响应帧，则进入S11；如果收到入网响应帧，则进入S16；
[0025]S16：标签获取基站入网响应帧中所分配的时隙作为测距时隙，进入S17；
[0026]S17：标签进入休眠模式，并定时在下个超帧的测距时隙唤醒，进入S18；
[0027]S18：标签唤醒后向基站发起TOF测距，判断测距是否失败，如果失败，则进入S11；如果成功，则进入S17。
[0028]进一步，步骤S13中，标签通过超帧长度、时隙长度、当前时隙ID、当前时隙偏移可以实现与基站的时间同步，通过长度为32字节的时隙资源信息可以获得基站空闲时隙，32字节的时隙资源信息为按位解析，每一位代表每个时隙的占用情况，“1”表示已被其他标签占用，“0”表示该时隙为空闲时隙。
[0029]本专利技术的有益效果在于：
[0030]并发容量大。本方法没有规定标签接入网络的顺序，即使接入网络时发生碰撞，没有入网成功的标签在下一次超帧再入网即可，因此具有并发容量大的特点；
[0031]标签功耗低。本方法中，标签除了在唤醒后监听基站那段时间和测距时的那一个时隙外，标签平时都处于休眠状态，因此具有功耗低的特点；
[0032]标签接入网络本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于TOF定位系统的多标签接入方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：基站采用基于超帧和时隙的时分方式对标签进行测距时间排序，基站随时间轮询每个时隙，如果当前时隙是空闲时隙，则进入S2，如果当前时隙是测距时隙，则进入S4；S2：基站发送时隙资源广播帧，判断在当前时隙结束前是否收到标签的入网请求帧，如果收到则进入S3，如果没有收到，则回到S1，轮询下一个时隙；S3：查询基站的时隙资源，选取一个空闲时隙资源分配给标签用于TOF测距，分配的测距时隙通过入网响应帧发送给标签，基站记录被分配的时隙，以后不能再分配给其他标签，然后回到S1轮询下一个时隙；S4：等待标签发起TOF测距，进入S5，如果在等待过程中收到其他标签的入网请求帧，则存储起来；S5：收到标签测距请求帧后，回复标签测距响应帧，并在测距响应帧中附加时隙资源信息，等待当前标签测距结束后，如果此时存储区有其他标签的入网请求帧，则一一进行回复，然后回到S1轮询下一个时隙。2.根据权利要求1所述的用于TOF定位系统的多标签接入方法，其特征在于：所述TOF测距为：通过标签和基站记录UWB消息发送与到达时间戳，测量电磁波在空中的传播时间T
prop
，进而计算电磁波传播距离；测距流程由标签通过发送测距请求帧发起，基站收到测距请求帧后延时T
reply1
后向标签发送一个测距响应帧，标签收到基站发送的测距响应帧后，延时T
round2
后向基站发送一个携带有T
round1
和T
round2
两个时间的测距结束帧，T
prop
在基站端通过公式(1)算出：从而计算出标签和基站之间的距离。3.根据权利要求1所述的用于TOF定位系统的多标签接入方法，其特征在于：步骤S2中，基站发送时隙资源广播帧，标签监听到...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宇，王辉，温贤培，刘亚辉，郭江涛，胡亮，刘世森，王飞，周代勇，邵严，黄友胜，戴剑波，林引，张鹏，赵安辉，赵光绪，马书敏，王斌，段明，张建锋，吕世川，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：