一种双向测距方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种双向测距方法及系统，能够降低对网络时间同步误差对测距结果的影响，提高定位结果的准确性。所述方法包括：组网后，获取网络中的汇聚节点、簇头节点及簇内节点；利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离；所述汇聚节点依据获取的所述簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置。本发明适用于无线传感器网络定位技术领域。
【专利说明】
一种双向测距方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及无线传感器网络定位技术领域，特别是指一种双向测距方法及系统。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)作为一种新近的信息获取和处理技术，可以在广泛的应用领域内实现复杂的大规模监测和追踪任务，而网络(无线传感器网络简称“网络”)自身定位是大多数应用的基础。
[0003]对于大多数应用，不知道传感器位置而感知的数据是没有意义的。传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置或区域发生了特定事件”，从而实现对外部目标的定位和追踪。另一方面，了解传感器节点位置信息还可以提高路由效率，为网络提供命名空间，向部署者报告网络的覆盖质量，实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自配置。而人工部署和为所有网络节点安装全球定位系统(Global Posit1ning System，CPS)接收器都会受到成本、功耗、扩展性等问题的限制，甚至在某些场合可能根本无法实现，因此必须采用一定的机制与算法实现无线传感器网络的自身定位。
[0004]现有技术中，可以采用基于到达时间(Time of Arrival，T0A)方法实现无线传感器网络的自身定位，但是，TOA方法要求两个节点具有高精度的时间同步，通过发送节点的时间戳和接收节点的时间戳进行比较，计算两个节点信号的传播时间，进而计算距离。TOA算法的精度受网络同步精度影响，因而同步精度不高，导致测距误差大，定位结果不准确。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种双向测距方法及系统，以解决现有技术所存在的易受网络同步精度的影响，导致测距误差大，定位结果不准确的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种双向测距方法，包括:
[0007]组网后，获取网络中的汇聚节点、簇头节点及簇内节点；
[0008]利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离；
[0009]所述汇聚节点依据获取的所述簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置。
[0010]进一步地，所述组网后，获取网络中的汇聚节点、簇头节点及簇内节点之前，还包括:
[0011 ]在网络初始化时，利用随机算法选出汇聚节点；
[0012]由所述汇聚节点广播低功耗自适应分簇算法，网络中除所述汇聚节点外的节点执行所述低功耗自适应分簇算法，选出网络中的簇头节点；
[0013]每个簇头节点广播其他节点加入簇头的信号，其他节点根据接收到的加入簇头节点信号的RSSI值的大小加入RSSI值最大的簇头，成为该簇头对应分簇的簇内节点。
[0014]进一步地，所述利用超宽带技术获取节点之间的距离时，网络中同一时刻只能有一对节点进行测距。
[0015]进一步地，所述利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离，包括:
[0016]所述汇聚节点根据组网后的网络拓扑结构，构建全网节点的测距时隙表；
[0017]依据构建的全网节点的测距时隙表，依次广播节点测距指令，并利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离。
[0018]进一步地，所述依据构建的全网节点的测距时隙表，依次广播节点测距指令，并利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离，包括:
[0019]网络中的每个节点依据接收的所述汇聚节点广播的测距指令，判断接收到的所述测距指令是否是自身节点的测距指令；
[0020]若是自身节点的测距指令，则确定自身节点的节点模式，所述节点模式包括:主节点或从节点；
[0021 ]若所述自身节点是从节点，则获取所述从节点发送测距请求信息的时间Tl;
[0022]若所述自身节点是主节点，则获取所述主节点接收到所述从节点发送的所述测距请求信息的时间T2，并获取所述主节点发送测距响应信息的时间T3;
[0023]获取所述从节点接收到所述主节点发送的所述测距响应信息的时间T4;
[0024]获取所述从节点和主节点之间的平均测距时间t= ((T4-TI) - (T3-T2)) /2，并将所述平均测距时间t与电磁波信号在空气中的传播速度作乘积，作为所述从节点与主节点之间的距离并将所述距离发送至汇聚节点。
[0025]进一步地，所述方法还包括:
[0026]利用超宽带技术获取天线发送延时和天线接收延时；
[0027]所述Tl为所述从节点发送所述测距请求信息后产生的硬件计时和获取的所述天线发送延时的和；
[0028]所述T2为所述主节点接收到所述从节点发送的所述测距请求信息时产生的硬件接收中断并减去获取的所述天线接收延时的差。
[0029]进一步地，所述汇聚节点依据获取的所述簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置，包括:
[0030]获取所述汇聚节点和随机获取两个簇头节点作为三个锚节点，其中，所述两个簇头节点包括:第一簇头节点和第二簇头节点；
[0031 ]建立坐标系，将所述汇聚节点作为所述坐标系的原点，所述第一簇头节点作为X轴上的节点，依据三边定位算法，得到所述三个锚节点的位置；
[0032]所述汇聚节点依据得到的所述三个锚节点的位置，获取网络中其他簇头节点的位置；
[0033]所述汇聚节点依据网络中所述汇聚节点和所有簇头节点的位置，获取网络中所有簇内节点的位置。
[0034]进一步地，所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点包括:位于保护壳内的电路板及固定在所述保护壳外壁上的无线收发天线;其中，所述电路板为四层印制电路板；
[0035]所述电路板包括:超宽带射频模块；
[0036]所述无线收发天线通过天线转接线与所述超宽带射频模块进行通信连接。
[0037]本发明实施例还提供一种双向测距系统，包括:汇聚节点、簇头节点及簇内节点；
[0038]所述簇头节点，用于利用超宽带技术，获取与其他簇头节点和汇聚节点之间的距离；
[0039]所述簇内节点，用于利用超宽带技术，获取与同分簇内每一簇内节点之间的距离；
[0040]每个簇内的随机两个簇内节点，还用于获取与所述汇聚节点之间的距离；
[0041]所述汇聚节点，用于依据获取的簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、同分簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置。
[0042]进一步地，所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点包括:位于保护壳内的电路板及固定在所述保护壳外壁上的无线收发天线;其中，所述电路板为四层印制电路板；
[0043]所述电路板包括:超宽带射频模块；
[0044]所述无线收发天线通过天线转接线与所述超宽带射频模块进行通信连接。
[0045]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0046]上述方案中，通过利用超宽带技术实现簇头节点之间的相互测距，簇头节点与汇聚节点之间的相互测距，簇内的整簇节点之间的相互测距，每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的相互测距，簇间的簇内节点之间不进行测距操作，从而能够减少节点之间的相互测距次数，进而能够减少网络的测距时间和功耗，提高网络工作效率，延长网络的生存周期，在完成测距后，由所述汇聚节点依据获取的所述簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置，这样，在利用超宽带技术进行两个节点的双向测距时，不需要网络时间同步，能够降低对网络时间同步误差对测距结果的影响，从而提高定位结果的准确性。
【附图说明】
[0047]图1为本发明实施例提供的双向测距方法的流程示意图；
[0048]图2为本发明实施例提供的双向测距系统的结构示意图；
[0049]图3为本发明实施例提供的节点测距流程示意图；
[0050]图4为本发明实施例提供的节点的结构示意图；
[0051]图5为本发明实施例提供的节点的详细结构示意图。
【具体实施方式】
[0052]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0053]本发明针对现有的易受网络同步精度的影响，导致测距误差大，定位结果不准确的问题，提供一种双向测距方法及系统。
[0054]实施例一
[0055]参看图1所示，本发明实施例提供的一种双向测距方法，包括:
[0056]步骤101:组网后，获取网络中的汇聚(Sink)节点、簇头(Cluster)节点及簇内(Node)节点;
[0057]步骤102:利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离；
[0058]步骤103:所述汇聚节点依据获取的所述簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置。
[0059]本发明实施例所述的双向测距方法，通过利用超宽带技术实现簇头节点之间的相互测距，簇头节点与汇聚节点之间的相互测距，簇内的整簇节点之间的相互测距，每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的相互测距，簇间的簇内节点之间不进行测距操作，从而能够减少节点之间的相互测距次数，进而能够减少网络的测距时间和功耗，提高网络工作效率，延长网络的生存周期，在完成测距后，由所述汇聚节点依据获取的所述簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置，这样，在利用超宽带技术进行两个节点的双向测距时，不需要网络时间同步，能够降低对网络时间同步误差对测距结果的影响，从而提高定位结果的准确性。
[0060]本发明实施例中，在利用超宽带技术获取簇内节点与汇聚节点之间的距离时，只需获取每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离，不但能够保证簇内节点和网络中其他节点位置坐标的一致性，还能够减少节点之间相互测距的测距次数，进而减少网络的测距时间和功耗，提高网络工作效率，延长网络的生存周期。
[0061]在前述双向测距方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述组网后，获取网络中的汇聚节点、簇头节点及簇内节点之前，还包括:
[0062]在网络初始化时，利用随机算法选出汇聚节点；
[0063]由所述汇聚节点广播低功耗自适应分簇算法，网络中除所述汇聚节点外的节点执行所述低功耗自适应分簇算法，选出网络中的簇头节点；
[0064]每个簇头节点广播其他节点加入簇头的信号，其他节点根据接收到的加入簇头节点信号的RSSI值的大小加入RSSI值最大的簇头，成为该簇头对应分簇的簇内节点。
[0065]本发明实施例中，如图2所示，为了降低网络中节点之间相互测距的次数首先将网络划分为簇，簇间的簇内节点之间不进行测距操作，从而能够减少节点之间的相互测距次数，进而能够减少网络的测距时间和功耗，提高网络工作效率，延长网络的生存周期。
[0066]本发明实施例中，具体的，可以先通过随机算法选择出汇聚节点，所述汇聚节点向全网节点广播低功耗自适应分簇(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy，LEACH)算法控制网络初步组网，网络中除所述汇聚节点外的节点执行所述leach组网算法，并通过阈值判别算法选出网络中5%的节点成为簇头节点，所述簇头节点承担着汇聚节点命令的转发功能，控制全网节点按照测距时限表进行测距。每个簇头节点广播其他节点(除所述汇聚节点和簇头节点)加入簇头的信号，其他节点根据收到的加入簇头节点信号的接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicat1n，RSSI)值的大小加入RSSI值最大的簇头，这样，网络初步选择出汇聚节点、簇头节点和簇内节点。
[0067]本发明实施例中，网络中所述簇头节点周期性检测所述汇聚节点是否存活，若所述汇聚节点死亡，则簇头节点自动执行新一轮的Ieach算法，选取新的汇聚节点。当簇头节点失效时，汇聚节点收不到簇头节点的保活信息，会广播命令，让本分簇内的整簇节点重新执行I each算法，选取新的簇头，然后本分簇内的其他节点加入新的簇头。
[0068]本发明实施例中，在利用超宽带技术进行测距时，超宽带技术对时间要求非常严格，网络中同一时刻只能有一对节点进行测距。
[0069]在前述双向测距方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离，包括:
[0070]所述汇聚节点根据组网后的网络拓扑结构，构建全网节点的测距时隙表；
[0071]依据构建的全网节点的测距时隙表，依次广播节点测距指令，并利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离。
[0072]本发明实施例中，组网完成后，所述汇聚节点根据组网后的网络拓扑结构，分配全网节点的测距时隙，并依据分配的全网节点的测距时隙，依次广播节点测距指令，利用超宽带技术测量两个节点之间的距离。
[0073]在前述双向测距方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述依据构建的全网节点的测距时隙表，依次广播节点测距指令，并利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离，包括:
[0074]网络中的每个节点依据接收的所述汇聚节点广播的测距指令，判断接收到的所述测距指令是否是自身节点的测距指令；
[0075]若是自身节点的测距指令，则确定自身节点的节点模式，所述节点模式包括:主节点或从节点；
[0076]若所述自身节点是从节点，则获取所述从节点发送测距请求信息的时间Tl;
[0077]若所述自身节点是主节点，则获取所述主节点接收到所述从节点发送的所述测距请求信息的时间T2，并获取所述主节点发送测距响应信息的时间T3;
[0078]获取所述从节点接收到所述主节点发送的所述测距响应信息的时间T4;
[0079 ]获取所述从节点和主节点之间的平均测距时间t = ((T4-TI) - (T3-T2)) /2，并将所述平均测距时间t与电磁波信号在空气中的传播速度作乘积，作为所述从节点与主节点之间的距离并将所述距离发送至汇聚节点。
[0080]在前述双向测距方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述方法还包括:
[0081 ]利用超宽带技术获取天线发送延时和天线接收延时，能够保证测距时间的准确性；
[0082]所述Tl为所述从节点发送所述测距请求信息后产生的硬件计时和获取的所述天线发送延时的和；
[0083]所述T2为所述主节点接收到所述从节点发送的所述测距请求信息时产生的硬件接收中断并减去获取的所述天线接收延时的差。
[0084]本发明实施例中，如图3所示，依据构建的全网节点的测距时隙表，依次广播节点测距指令，并利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离，具体包括:网络中的每个节点接收的所述汇聚节点广播的测距指令后，先判断所述测距指令是否是自身节点的测距指令;如果是自身节点的测距指令，则判断所述自身节点是主节点还是从节点;接着，由从节点首先发起测距请求信息，当所述测距请求信息从所述从节点发出后产生硬件计时，加上预先获取的天线发送延时，为所述从节点发送测距请求信息的时间Tl;主节点接收到从节点发送来的测距请求信息产生硬件接收中断，然后减去预先获取的天线接收延时，为所述主节点接收到所述从节点发送的所述测距请求信息的时间T2，然后所述主节点发送测距响应信息，发送时间为T3，所述从节点接收到测距响应信息的时间为T4，所述从节点发送结束信息，发送时间为T5，所述主节点接收到从节点发送的结束后，记录时间为T6。
[0085]本发明实施例中’获取所述从节点和主节点之间的平均测距时间七二“了*-!!)-(T3-T2))/2，并由主节点根据公式d = t*c得到所述从节点与主节点之间的距离，并将得到的距离值通过簇头节点发送至汇聚节点；其中，c为电磁波信号在空气中的传播速度，d表示从节点与主节点之间的距离。这样，利用超宽带技术测量两个节点之间的距离，无需网络时间同步，可以通过各自本地的时间戳相减得出信号的达到时间，从而降低了对网络性能要求，提高了网络的工作效率，且利用超宽带技术能够实现5cm的测距精度。
[0086]在前述双向测距方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述汇聚节点依据获取的所述簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置，包括:
[0087]获取所述汇聚节点和随机获取两个簇头节点作为三个锚节点，其中，所述两个簇头节点包括:第一簇头节点和第二簇头节点；
[0088]建立坐标系，将所述汇聚节点作为所述坐标系的原点，所述第一簇头节点作为X轴上的节点，依据三边定位算法，得到所述三个锚节点的位置；
[0089]所述汇聚节点依据得到的所述三个锚节点的位置，获取网络中其他簇头节点的位置；
[0090]所述汇聚节点依据网络中所述汇聚节点和所有簇头节点的位置，获取网络中所有簇内节点的位置。
[0091]本发明实施例中，所述汇聚节点在接收到所有的测距数据后，选择汇聚节点和随机选择两个簇头节点作为三个锚节点，并建立坐标系，将所述汇聚节点作为坐标系中的原点，将其中一个簇头节点作为X轴上的节点，根据三边定位算法，计算出三个锚节点的位置。
[0092]本发明实施例中，所述汇聚节点根据三个锚节点的位置，计算出其他簇头节点的位置;接着，所述汇聚节点根据簇头节点和汇聚节点的位置，利用三边定位计算出簇内节点的位置，完成全网节点的定位。这样，所述汇聚节点根据三边定位算法，利用全网节点的测距结果，实现全网节点的无锚定位。
[0093]本发明实施例中，完成全网节点的定位之后，还可以利用节点的位置坐标信息对网络结构进行优化调整，具体的，根据全网节点的位置，可以利用leach算法重新调整簇头节点的位置，优化网络结构，提高下次测距效率；当网络中节点移动后，汇聚节点可以根据网络结构快速定位出当前移动节点新的位置。
[0094]在前述双向测距方法的【具体实施方式】中，进一步地，所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点包括:位于保护壳内的电路板及固定在所述保护壳外壁上的无线收发天线;其中，所述电路板为四层印制电路板；
[0095]所述电路板包括:超宽带射频模块；
[0096]所述无线收发天线通过天线转接线与所述超宽带射频模块进行通信连接。
[0097]本发明实施例中，如图4所示，各节点的硬件结构完全一致，可以使每个节点都有能力实现所有节点的功能，节点角色的转换更加灵活，各节点可以通过TDMA协议通信。各节点包括:位于保护壳内的电路板及固定在所述保护壳外壁上的无线收发天线;其中，所述电路板为四层印制电路板，能够充分保证电路信号的完整性，解决部分电路的阻抗匹配问题。电路板放置于保护壳内，无线收发天线固定在保护壳外壁上;每个节点包括:控制模块、超宽带射频模块、电源模块;其中，所述无线收发天线通过天线转接线与所述超宽带射频模块进行通信连接，能够减少某些金属保护壳对无线射频信号的阻挡和干扰，增大信号的强度，使无线传感网络更佳高效稳定。
[0098]本发明实施例中，如图5所示，所述控制模块和超宽带射频模块通过SPI接口相连，控制模块提供主时钟；超宽带射频模块通过天线接口和天线电路相连，无线收发天线采用特制的超宽带天线，通过天线电路和无线收发天线的一致性，保证了无线收发天线的发送时延和接收时延的确定性。控制模块和超宽带射频模块通过3.3V线性电源供电，保证电路的稳定性;控制模块外接串口，保证系统的可调试性。
[0099]实施例二
[0100]本发明还提供一种双向测距系统的【具体实施方式】，由于本发明提供的双向测距系统与前述双向测距方法的【具体实施方式】相对应，该双向测距系统可以通过执行上述方法【具体实施方式】中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述双向测距方法【具体实施方式】中的解释说明，也适用于本发明提供的双向测距系统的【具体实施方式】，在本发明以下的【具体实施方式】中将不再赘述。
[0101]如图2所示，本发明实施例还提供一种双向测距系统，包括:汇聚节点、簇头节点及簇内节点；
[0102]所述簇头节点，用于利用超宽带技术，获取与其他簇头节点和汇聚节点之间的距离；
[0103]所述簇内节点，用于利用超宽带技术，获取与同分簇内每一簇内节点之间的距离；
[0104]每个簇内的随机两个簇内节点，还用于获取与所述汇聚节点之间的距离；
[0105]所述汇聚节点，用于依据获取的簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、同分簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置。
[0106]本发明实施例所述的双向测距系统，通过利用超宽带技术实现簇头节点之间的相互测距，簇头节点与汇聚节点之间的相互测距，簇内的整簇节点之间的相互测距，每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的相互测距，簇间的簇内节点之间不进行测距操作，从而能够减少节点之间的相互测距次数，进而能够减少网络的测距时间和功耗，提高网络工作效率，延长网络的生存周期，在完成测距后，由所述汇聚节点依据获取的所述簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置，这样，在利用超宽带技术进行两个节点的双向测距时，不需要网络时间同步，能够降低对网络时间同步误差对测距结果的影响，从而提高定位结果的准确性。
[0107]在前述双向测距系统的【具体实施方式】中，进一步地，所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点包括:位于保护壳内的电路板及固定在所述保护壳外壁上的无线收发天线;其中，所述电路板为四层印制电路板；
[0108]所述电路板包括:超宽带射频模块；
[0109]所述无线收发天线通过天线转接线与所述超宽带射频模块进行通信连接。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种双向测距方法，其特征在于，包括: 组网后，获取网络中的汇聚节点、簇头节点及簇内节点； 利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离； 所述汇聚节点依据获取的所述簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置。2.根据权利要求1所述的双向测距方法，其特征在于，所述组网后，获取网络中的汇聚节点、簇头节点及簇内节点之前，还包括: 在网络初始化时，利用随机算法选出汇聚节点； 由所述汇聚节点广播低功耗自适应分簇算法，网络中除所述汇聚节点外的节点执行所述低功耗自适应分簇算法，选出网络中的簇头节点； 每个簇头节点广播其他节点加入簇头的信号，其他节点根据接收到的加入簇头节点信号的RSSI值的大小加入RSSI值最大的簇头，成为该簇头对应分簇的簇内节点。3.根据权利要求1所述的双向测距方法，其特征在于，所述利用超宽带技术获取节点之间的距离时，网络中同一时刻只能有一对节点进行测距。4.根据权利要求1所述的双向测距方法，其特征在于，所述利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离，包括: 所述汇聚节点根据组网后的网络拓扑结构，构建全网节点的测距时隙表； 依据构建的全网节点的测距时隙表，依次广播节点测距指令，并利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离。5.根据权利要求4所述的双向测距方法，其特征在于，所述依据构建的全网节点的测距时隙表，依次广播节点测距指令，并利用超宽带技术获取簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与汇聚节点之间的距离，包括: 网络中的每个节点依据接收的所述汇聚节点广播的测距指令，判断接收到的所述测距指令是否是自身节点的测距指令； 若是自身节点的测距指令，则确定自身节点的节点模式，所述节点模式包括:主节点或从节点； 若所述自身节点是从节点，则获取所述从节点发送测距请求信息的时间Tl; 若所述自身节点是主节点，则获取所述主节点接收到所述从节点发送的所述测距请求信息的时间T2，并获取所述主节点发送测距响应信息的时间T3; 获取所述从节点接收到所述主节点发送的所述测距响应信息的时间T4; 获取所述从节点和主节点之间的平均测距时间t = ((T4-TI) - (T3-T2)) /2，并将所述平均测距时间t与电磁波信号在空气中的传播速度作乘积，作为所述从节点与主节点之间的距离并将所述距离发送至汇聚节点。6.根据权利要求5所述的双向测距方法，其特征在于，所述方法还包括: 利用超宽带技术获取天线发送延时和天线接收延时； 所述Tl为所述从节点发送所述测距请求信息后产生的硬件计时和获取的所述天线发送延时的和； 所述T2为所述主节点接收到所述从节点发送的所述测距请求信息时产生的硬件接收中断并减去获取的所述天线接收延时的差。7.根据权利要求1所述的双向测距方法，其特征在于，所述汇聚节点依据获取的所述簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置，包括: 获取所述汇聚节点和随机获取两个簇头节点作为三个锚节点，其中，所述两个簇头节点包括:第一簇头节点和第二簇头节点； 建立坐标系，将所述汇聚节点作为所述坐标系的原点，所述第一簇头节点作为X轴上的节点，依据三边定位算法，得到所述三个锚节点的位置； 所述汇聚节点依据得到的所述三个锚节点的位置，获取网络中其他簇头节点的位置； 所述汇聚节点依据网络中所述汇聚节点和所有簇头节点的位置，获取网络中所有簇内节点的位置。8.根据权利要求1所述的双向测距方法，其特征在于，所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点包括:位于保护壳内的电路板及固定在所述保护壳外壁上的无线收发天线;其中，所述电路板为四层印制电路板； 所述电路板包括:超宽带射频模块； 所述无线收发天线通过天线转接线与所述超宽带射频模块进行通信连接。9.一种双向测距系统，其特征在于，包括:汇聚节点、簇头节点及簇内节点； 所述簇头节点，用于利用超宽带技术，获取与其他簇头节点和汇聚节点之间的距离； 所述簇内节点，用于利用超宽带技术，获取与同分簇内每一簇内节点之间的距离； 每个簇内的随机两个簇内节点，还用于获取与所述汇聚节点之间的距离； 所述汇聚节点，用于依据获取的簇头节点之间的距离、簇头节点与汇聚节点之间的距离、同分簇内的整簇节点之间的距离及每个簇内随机两个簇内节点与所述汇聚节点之间的距离，得到所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点的位置。10.根据权利要求9所述的双向测距系统，其特征在于，所述汇聚节点、簇头节点及簇内节点包括:位于保护壳内的电路板及固定在所述保护壳外壁上的无线收发天线;其中，所述电路板为四层印制电路板； 所述电路板包括:超宽带射频模块； 所述无线收发天线通过天线转接线与所述超宽带射频模块进行通信连接。
【文档编号】G01S5/02GK105954744SQ201610251728
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】张晓彤, 麻付强, 白红英, 徐金梧, 万亚东, 王仕达, 刘方捷, 李林林, 王鹏
【申请人】北京科技大学