多目标定位系统以及基于功率控制的多路访问控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多目标定位系统以及基于功率控制的多路访问控制方法。根据本发明专利技术的多目标定位系统包括由多个目标所携带的多个标签设备和用于定位目标的多个定位设备，其中每个标签设备包含定位设备列表，用于记录定位设备的状态信息。根据本发明专利技术，标签设备间歇性地广播信道请求分组（ＣＲＰ）；接收到ＣＲＰ的空闲定位设备在其覆盖范围内广播信道分配分组（ＣＡＰ），以向广播ＣＲＰ的标签设备分配信道，并通知定位设备的信息；接收到ＣＡＰ的标签设备根据ＣＡＰ的内容来更新定位设备列表；并且标签设备通过参考定位设备列表来自适应地调整ＣＲＰ的发射功率。利用本发明专利技术，可以有效地避免现有技术中存在的ＥＮ和ＨＮ问题，并解决信号冲突和增强系统的时空复用能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及用于多目标定位系统的多路访问控制。更具体而言，本专利技术提出了一种分布式的基于功率控制的多路访问控制方法，用于在自治目标定位系统中同时跟踪多个目标所携带的标签设备(tag)。
技术介绍
目标定位系统是一种被广泛用于多种应用领域的技术，例如用于办公室、医疗机构、安全保障部门、矿场、地铁、智能建筑、宾馆等等。 一种成功的目标定位系统所必须具备的特征包括多路访问控制能力，利用这种机制，用户可以同时定位多个移动目标。这对于很多基于定位的应用都是一种普遍需求。定位系统应该能够同时定位所有访问者并据此提供向导信息。例如，在医院环境中，在同一诊疗室中可能存在多个病人、医生或医疗设备，因而需要对这多个目标进行跟踪。再比如办公室、地铁、智能建筑和宾馆等其他应用情形，也都需要对多个目标进行同时跟踪。 针对移动目标跟踪需求，已经提出一种自治超声波室内跟踪系统(AUITS)，用于实现高精确度、高鲁棒性并且对用户友好的目标定位与跟踪。该系统采用一种独立定位器(POD)，并可以使用超声波信号的到达时间(T0A)结果来进行距离测量。所述独立定位器P0D是一种将多个超声波接收器集成于一体的具有固定拓扑结构的定位设备，其可以根据用户需求被容易地安装在任何地方。POD具有可伸縮结构，当使用时，POD可以打开并伸出若干像伞的骨架一样的可伸縮杆，在每个杆的末端有一个超声波接收器。由于展开的POD的拓扑是固定的，因此这些接收器的空间坐标可以容易地计算出，因此不再需要对超声波接收器的坐标进行手工校准。除此之外，由于接收器都位于一个设备上，因此不再需要复杂的基于无线的信令和网络协议。在图1所示的多目标定位系统中示出了两个P0D，即R1和R2。关于AUITS系统和P0D的详细描述，可以参考同样由本专利技术的专利技术人提出的题为"独立定位器以及自治超声波定位系统和方法"、申请日为2008年1月29日的中国专利申请No. 200810006317. O，该申请的全部内容通过引用被结合于此，以用于所有目的。 为了简化起见，这里以AUITS系统和POD定位设备为例描述本专利技术。但是，从下文给出的详细描述中可以发现，本专利技术的原理和技术方案并不仅仅局限于这样的AUITS系统和POD定位设备，而是可以被更广泛地应用到其他常用的室内定位系统和定位设备，只要这样的系统和定位设备能够具有实现目标跟踪的功能即可。 图1示出具有多个标签设备和多个P0D的AUITS系统的一个示例，在该示例中，示出了两个P0D和三个标签设备。但是显而易见，POD和标签设备的数目并不局限于所示示例。POD具有固定的结构拓扑并可被容易地安装在监视环境中，它由位于中心节点处的射频(RF)收发器和位于周围叶节点处的多个超声波(US)接收器构成。标签设备T1、T2和T3被附接到由POD所跟踪的移动目标，并且包含RF收发器和US发射器。如图1所示，当该AUITS系统被使用时，标签设备向POD发送RF和US信号。RF信号被用于时间同步和标签设备标识，而US信号被用于测量标签设备和US接收器之间的距离。然后，基于到POD上多个US接收器的距离测量，标签设备(即目标)的位置可以由POD计算出。本专利技术将主要针对诸如AUITS系统之类多目标定位系统的多路访问控制问题。 在AUITS系统中，多路访问控制(MAC)协议的设计是非常重要的，其允许多个POD在它们的工作范围内准确而有效地检测所有标签设备。如果没有有效的MAC协议，则会给AUITS之类的多目标定位系统带来各种各样的问题。例如，无论在RF还是US传输中都可能发生信号冲突，从而导致不准确的TOA测量并带来定位误差。如果发生信号冲突，冲突信号所占据的时间将被浪费掉，从而导致较低的容量。还有，为了实现更大的容量和更好的覆盖，可能需要部署多个POD。但是由于无法同时跟踪多个标签设备，因此密集部署的POD无法得到充分的利用，从而造成POD资源的浪费。这些问题的出现将给AUITS系统应用带来极大挑战。但是，这些问题仅仅是一些表象问题，要想设计出有效的MAC协议，还需要进一步分析和解决隐藏在这些表象问题之后的本质问题，例如下面将描述的隐藏节点(HN)问题和暴露节点(EN)问题。 图2A和2B分别是用于说明HN问题和EN问题的示意图。 1.隐藏节点(HN)问题 MAC设计的基本需求是要解决信号冲突问题，也就是说，MAC应该能够防止由于HN问题所引起的相互干扰的标签设备的同时发送。 如图2A所示，HN问题发生在两个标签设备T1和T2向同一接收器R(例如POD)同时发送信号，而Tl和T2之间无法感测到彼此的流量的情况下。HN问题将导致定位误差和低容量问题。假设Des表示标签设备的载波感测半径，DT表示标签设备的发射距离，则产生HN问题的条件如下式所述i |<" (1)7, -7 |<Z)r 要想克服HN问题，传统做法是增大D^以使得D^ > 2DT。但是，增大载波感测半径可能导致另一严重问题，即随后将描述的暴露节点(EN)问题。另外，关于AUITS系统，其中采用两种物理信号，即RF和US信号，来进行目标跟踪。因此，在进行抗冲突协议设计时，RF和US信道都应该被考虑到。另外，由于RF和US通常是从标签处成对发射的并且US信号的传播速度远远低于RF信号且US信号不能被编码，因此在设计MAC协议的过程中，上述特性都需要被协同考虑。 2.暴露节点(EN)问题 除了要避免信号冲突之外，MAC协议的另一重要需求是效率问题，即，理想的MAC协议应该能够充分利用RF和US信道的时空复用，以便使得AUITS系统能够被允许尽可能多地同时跟踪多个标签设备。为了实现这一点，MAC协议还需要被设计成能够抵抗暴露节点(EN)问题。 如图2B所示，EN问题发生在一条期望的链路由于对当前链路的载波感测而被禁止的情况下。但是，在此情况下，期望的链路实际上不会与当前链路造成冲突。在图2B的示例中，当标签设备T2希望向定位设备R2发送信号时，其感测到标签设备Tl的活动流量。为了避免冲突，T2不再向R2发送信号。实际上，从T2到R2的传输将不会干扰到T1到R1的当前传输。从而，导致了EN问题的发生。EN问题将造成POD资源的浪费和低容量问题。产生EN问题的条件如下式所述 与解决HN问题的方法相反，要想克服EN问题，传统做法是要减小Dcs。因此，利用传统做法将难以找到同时解决HN问题和EN问题的一种有效的平衡方法。 另外，在MAC协议设计中还要考虑另一重要因素，即公平性(fairness)。所谓公平性是允许AUITS中的不同标签设备在统计上具有类似的机会被定位到，而不希望某些标签设备被频繁地定位到，而其他标签设备却很少被定位到。 基于以上分析，在设计和开发MAC协议的过程中，既要确保避免RF和US信号的信号冲突，提高系统的时空复用能力，还要保持AUITS中多标签跟踪的公平性。这也正是本专利技术所要达成的目标。 自1970年以来，针对网络和无线网络通信已经提出过多种MAC协议，例如带有冲突避免的载波感测多路访问(CSMA/CA)、时分复用(TDMA)等等。这些MAC协议设计的动机是要实现移动节点和基站之间的数据通信。这些MAC也可以被应用于单信号定位系统，例如仅基于RF的室内定位系统和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多目标定位系统的基于功率控制的多路访问控制方法，所述多目标定位系统包含多个携带有标签设备的目标和一个或多个用于定位目标的定位设备，其中每个所述标签设备包含存储单元，用于存储定位设备列表，该列表用于记录定位设备的状态信息，所述方法包括：所述标签设备间歇性地广播信道请求分组；接收到所述信道请求分组的空闲定位设备广播信道分配分组，所述信道分配分组被用于向广播所述信道请求分组的标签设备分配信道，并被用于通知关于所述定位设备的信息；接收到所述信道分配分组的各个标签设备根据所述信道分配分组的内容来更新所述定位设备列表；并且所述标签设备通过参考所述定位设备列表来调整所述信道请求分组的发射功率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王永才，赵军辉，
申请(专利权)人：日电中国有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]