[发明专利]一种信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

近几年来，无线个域网技术成为通信界的热门研究领域之一，得到了越来越多研究机构的关注。这样的发展状况离不开电气电子工程协会(IEEE)对这个领域的贡献和推动。IEEE定义了多种信标无线个域网标准，包括IEEE802.15.1(蓝牙)、IEEE802.15.2(支持无线个域网和无线局域网的共存)、IEEE802.15.3(高速的无线个域网)、IEEE802.15.4(低速的无线个域网，支持Zigbee)。其中，蓝牙技术已经发展相对较为成熟，并广泛应用于移动通讯设备中；高速无线个域网技术目前因为技术和市场上的原因，还没有实现本质的突破；而支持Zigbee技术的IEEE802.15.4低速的无线个域网标准，以其功耗低、寿命长、布点范围广、成本低、可靠性高、安全性能较好、应用开发流程简单等特点，成为许多工业、科学以及家居等领域应用的最佳解决方案。而在无线个域网中的短程测距定位，正是诸多短程测距方法中最能发挥无线个域网超宽带技术优势的应用之一。

无线个域网根据其中心节点是否发送信标帧分为信标无线个域网和非信标无线个域网。而当前的信标无线个域网中的测距技术，是基于一个叫做链路质量指标(LQI)的变量来估计信号发射端和接收端的距离。中国专利申请，申请号200510114212.3和200610097637.2利用的就是这种方法。LQI是通过叫做“接收信号强度指示”(RSSI)的参考量计算得到，但是RSSI非常容易收到环境的影响，使最后测得的结果极为的不可靠。另外，这种方法误差超过了1米，对于工作半径为100米左右的信标无线个域网，这样的精度显得过低。同时，这种测距方式在对多点进行测距的操作中没有将网络资源管理考虑进去。所以，通过LQI原理进行测距的方法，比较适合较少点的区域性定位，即仅能判断目标节点是否处在以发射端为圆心，某工作距离为半径的区域范围以内，而对于设备节点相对准确的坐标位置，基于LQI的办法则显得过于吃力，得到的结果也缺乏足够的可靠性。

信标无线个域网的工作半径在100米左右，根据其应用需要精度比较高的测距结果，尤其是在军事和科研应用中，精度甚至要求达到几毫米的级别。另外，一般来说以低功耗为特点的信标无线个域网各节点不带有衡定外接电源，因此，为了延长整个网络的工作寿命，测距方法和流程必须考虑到网络资源的合理利用。

发明内容

本发明的目的是提出一种信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法，通过合理的测距算法提高节点之间的测距精度和测距效率。同时运用合理的网络资源利用机制，延长整个网络的工作寿命，为信标无线个域网应用领域的测距部分提供了一个可靠而高效的解决方案。

本发明提出的信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法，包括以下步骤：

(1)信标无线个域网中心节点根据网络设定的平均脉冲发射频率、帧发送数据率以及前导域信元重复次数这些测距参数的初始值计算待发送的测距请求信标帧中的网络活跃周期参数，并设信标帧发送周期参数与网络活跃周期参数相等；

(2)中心节点从设备节点地址列表中将需测设备节点的地址复制到待测设备节点地址队列中，并设定测距次数；

(3)中心节点将上述待测设备节点地址队列中的设备节点地址复制到由中心节点向设备节点发送的测距请求信标帧中，并通过广播方式向各设备节点发送该测距请求信标帧；

(4)各设备节点根据上述接收到的测距请求信标帧中包含的设备地址信息，依次在分配给本设备节点的分配时隙中向中心节点发送测距帧；

(5)中心节点若在单位时隙内收到上述测距帧，则记录上述来自设备节点的测距帧的到达时间，若在单位时隙内未收到上述测距帧，就将与该单位时隙相对应的设备节点的地址保存在失败等待队列中，直到所有分配时隙结束，将新的待测设备节点的地址信息从待测设备节点地址队列中复制到测距请求信标帧中；

(6)重复步骤(3)～(5)，完成所有需测设备节点的第一次测距；

(7)重复步骤(3)～(6)，完成所有需测设备节点的第二次测距，并重复测距，重复次数为(2)中设定的测距次数；