基于電力線通信的室內(nèi)信標(biāo)定位方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于電力線通信的室內(nèi)信標(biāo)定位方 法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，全球定位系統(tǒng)(GPS)在各行各業(yè)中發(fā)揮著重要作用，然而，全球定位系 統(tǒng)(GPS)的明顯不足就是無(wú)法覆蓋室內(nèi)定位或定位精度較差，無(wú)法滿足現(xiàn)行各種應(yīng)用的需 求。隨著基于精確定位的各種應(yīng)用服務(wù)的推廣，全覆蓋，高精確度的定位系統(tǒng)成為人們亟待 解決的問(wèn)題。超寬帶定位、WiFi定位等室內(nèi)定位系統(tǒng)成為人們研究的熱點(diǎn)，然而，上述室內(nèi) 定位系統(tǒng)需要重新布線和部署信標(biāo)，施工較困難。
[0003] 電力線通信(Power Line Communication,化C)是指W電力配電線為介質(zhì)，利用電 力線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。與供電共用一根電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而可W將現(xiàn)有的電力線基礎(chǔ) 設(shè)施利用起來(lái)，而不需要鋪設(shè)新的通信網(wǎng)絡(luò)。電力線通信技術(shù)正在經(jīng)歷快速發(fā)展的階段。若 能夠利用電力線通信技術(shù)和定位技術(shù)，構(gòu)建室內(nèi)定位信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，則有望成為解決室內(nèi)定位 全覆蓋和高精度定位的可行方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有定位系統(tǒng)無(wú)法覆蓋室內(nèi)或需要重新布線等問(wèn)題，提供一 種基于電力線通信的室內(nèi)信標(biāo)定位方法和系統(tǒng)。
[0005] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種基于電力線通信的室內(nèi)信標(biāo)定位方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1、電力線網(wǎng)絡(luò)的仿真;將定位服務(wù)器接入電力線網(wǎng)絡(luò)中，并根據(jù)電力線網(wǎng)絡(luò) 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)仿真得到電力線網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的理論信道參數(shù)，并 將該節(jié)點(diǎn)的理論信道參數(shù)與該節(jié)點(diǎn)的實(shí)際所處的位置信息進(jìn)行一一配對(duì)后存入定位服務(wù) 器中；
[000引步驟2、定位信標(biāo)的部署；
[0009] 步驟2.1、在定位區(qū)域的電力線網(wǎng)絡(luò)中，為了保證覆蓋面積和關(guān)鍵地點(diǎn)的全覆蓋， 首先要選出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)作為預(yù)選節(jié)點(diǎn)；
[0010] 步驟2.2、將預(yù)選節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的理論信道參數(shù)進(jìn)行兩兩比較，當(dāng)兩個(gè)預(yù) 選節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的理論信道參數(shù)之間的差值小于預(yù)設(shè)闊值時(shí)，則替換其中一個(gè)預(yù) 選節(jié)點(diǎn)，直至每?jī)蓚€(gè)預(yù)選節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的理論信道參數(shù)之間的差值均大于等于預(yù) 設(shè)闊值，此時(shí)將運(yùn)些滿足要求的預(yù)選節(jié)點(diǎn)確定為部署節(jié)點(diǎn)；
[0011] 步驟2.3、在電力線網(wǎng)絡(luò)的部署節(jié)點(diǎn)上接入定位信標(biāo)；
[0012] 步驟3、定位初始化；
[0013] 步驟3.1、各個(gè)定位信標(biāo)向定位服務(wù)器發(fā)出位置請(qǐng)求信息，定位服務(wù)器收到各個(gè)定 位信標(biāo)發(fā)出的位置請(qǐng)求信息后，分別測(cè)量各個(gè)定位信標(biāo)與定位服務(wù)器之間的實(shí)際信道參 數(shù)；
[0014] 步驟3.2、將各個(gè)定位信標(biāo)與定位服務(wù)器之間的實(shí)際信道參數(shù)與理論信道參數(shù)進(jìn) 行匹配，并將與實(shí)際信道參數(shù)的差值最小并且小于判決口限Od的理論信道參數(shù)所對(duì)應(yīng)的節(jié) 點(diǎn)的位置信息發(fā)送給該定位信標(biāo)；
[0015] 步驟3.3、定位信標(biāo)接收到定位服務(wù)器返回的位置信息后，停止發(fā)送位置請(qǐng)求信 息，同時(shí)對(duì)外持續(xù)廣播自己的位置信息；
[0016] 步驟4、定位實(shí)現(xiàn)；當(dāng)用戶進(jìn)入到定位區(qū)域，通過(guò)接收最近的定位信標(biāo)所廣播的位 置信息，即可獲知用戶當(dāng)前所處的位置。
[0017] 步驟1中，節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的信道參數(shù)為信道沖擊響應(yīng)。
[0018] 步驟2.2中，通過(guò)歐氏距離、曼哈頓距離、切比雪夫距離或夾角余弦來(lái)衡量?jī)蓚€(gè)預(yù) 選節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的理論信道參數(shù)之間的差值。
[0019] 步驟3.2中，通過(guò)歐氏距離、曼哈頓距離、切比雪夫距離或夾角余弦來(lái)衡量節(jié)點(diǎn)與 定位服務(wù)器之間的實(shí)際信道參數(shù)與該節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的理論信道參數(shù)之間的差值。
[0020] 步驟3.3還進(jìn)一步包括，當(dāng)定位信標(biāo)未接收到定位服務(wù)器返回的位置信息，則持續(xù) 向定位服務(wù)器發(fā)出位置請(qǐng)求信息，直至接收到定位服務(wù)器返回的位置信息。
[0021] 基于上述方法而設(shè)計(jì)的基于電力線通信的室內(nèi)信標(biāo)定位系統(tǒng)，包括電力線網(wǎng)絡(luò)， 還進(jìn)一步包括定位信標(biāo)和定位服務(wù)器；
[0022] 定位信標(biāo):定位信標(biāo)直接和電力線網(wǎng)絡(luò)相連;定位信標(biāo)向定位服務(wù)器發(fā)出位置請(qǐng) 求信息，定位服務(wù)器將最優(yōu)匹配的節(jié)點(diǎn)的位置信息發(fā)送給該定位信標(biāo)，定位信標(biāo)對(duì)外廣播 其收到的位置信息；
[0023] 定位服務(wù)器：定位服務(wù)器與電力線網(wǎng)絡(luò)相連，并處于中樞地位，控制整個(gè)定位系 統(tǒng);根據(jù)室內(nèi)的電力線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的理論 信道參數(shù)，并將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際所處的位置信息與得到的該節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的理論 信道參數(shù)進(jìn)行配對(duì)，并存儲(chǔ)于定位服務(wù)器中；定位服務(wù)器根據(jù)各個(gè)定位信標(biāo)發(fā)出的位置請(qǐng) 求信息測(cè)量定位服務(wù)器與各個(gè)定位信標(biāo)之間的實(shí)際信道參數(shù)，并將與實(shí)際信道參數(shù)的差值 最小并且小于判決口限Od的理論信道參數(shù)所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的位置信息發(fā)送給該定位信標(biāo)。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的基于電力線通信(PLC)的室內(nèi)定位方法和系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)了室內(nèi)的精確定位，同時(shí)利用現(xiàn)有的電力線基礎(chǔ)設(shè)施，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。通 過(guò)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的精確定位，各種基于定位的應(yīng)用才能更好的為大家服務(wù)，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)更多 更便利的服務(wù)。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為一種基于電力線通信的室內(nèi)信標(biāo)定位系統(tǒng)的示意圖。
[0026] 圖2為一種基于電力線通信的信標(biāo)定位方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] -種基于電力線通信的室內(nèi)信標(biāo)定位系統(tǒng)，如圖1所述，由定位信標(biāo)、定位服務(wù)器 和電力線網(wǎng)絡(luò)組成。
[0028] 定位信標(biāo):定位信標(biāo)直接和電力線網(wǎng)絡(luò)相連，整個(gè)室內(nèi)定位系統(tǒng)剛開(kāi)始工作時(shí)，定 位信標(biāo)向定位服務(wù)器發(fā)出位置請(qǐng)求信息，當(dāng)定位服務(wù)器匹配成功，且該定位信標(biāo)收到自己 的位置信息后，停止發(fā)出位置請(qǐng)求信息，同時(shí)通過(guò)自己的無(wú)線發(fā)射端發(fā)送自己的位置信息 供用戶使用，否則，一直發(fā)出位置請(qǐng)求信息，直到接收到自己的位置信息才停止向定位服務(wù) 器發(fā)送位置請(qǐng)求信息。
[0029] 定位服務(wù)器：定位服務(wù)器和電力線網(wǎng)絡(luò)相連，并處于中樞地位，控制整個(gè)定位系 統(tǒng)。首先，根據(jù)室內(nèi)的電力線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的 信道參數(shù)。將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置信息與得到的該節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的信道參數(shù)進(jìn)行 配對(duì)，并存儲(chǔ)于定位服務(wù)器中。在整個(gè)室內(nèi)定位系統(tǒng)的初始化階段，定位服務(wù)器根據(jù)各個(gè)定 位信標(biāo)發(fā)出的位置請(qǐng)求信息測(cè)量定位服務(wù)器與各個(gè)定位信標(biāo)之間信道參數(shù)，根據(jù)歐氏距 離、曼哈頓距離、切比雪夫距離或夾角余弦準(zhǔn)則和判決口限Od對(duì)測(cè)量得到的信道參數(shù)與定 位服務(wù)器中已存的電力線網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的信道參數(shù)進(jìn)行匹配，并把 匹配成功對(duì)應(yīng)的位置信息發(fā)送給對(duì)應(yīng)的定位信標(biāo)。
[0030] 電力線網(wǎng)絡(luò):整個(gè)過(guò)程中原有的電力線基礎(chǔ)設(shè)施保持不變，在保證正常供電的情 況下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的定位。
[0031] 定位信標(biāo)的部署:在室內(nèi)電力線網(wǎng)絡(luò)上部署定位信標(biāo)時(shí)，要根據(jù)室內(nèi)電力線網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到的仿真結(jié)果，確保不同定位信標(biāo)與定位服務(wù)器之間的信道參數(shù)要有顯著的差 另Ij，W避免不同定位信標(biāo)之間的干擾。可通過(guò)歐氏距離、曼哈頓距離、切比雪夫距離或夾角 余弦，來(lái)衡量各個(gè)定位信標(biāo)與定位服務(wù)器之間的信道參數(shù)之間的差別。預(yù)設(shè)一個(gè)距離口限 曰d，確保各個(gè)定位信標(biāo)與定位服務(wù)器之間的信道參數(shù)之間的距離大于距離口限Od, W避免不 同定位信標(biāo)之間的干擾，提高定位信標(biāo)部署的準(zhǔn)確度。
[0032] -種基于電力線通信的信標(biāo)定位方法，如圖2所示，包括如下步驟：
[0033] 步驟1、電力線通信(PLC)網(wǎng)絡(luò)仿真。
[0034] 步驟1.1、首先要得到室內(nèi)的電力線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，W及電力線的分支數(shù)m、每段 電力線的長(zhǎng)度li，i = l，2,. . .，mW及各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載阻抗zi，i = l，2,. . .，m等參數(shù)。
[0035] 步驟1.2、根據(jù)步驟1.1得到的參數(shù)，通過(guò)仿真得到電力線網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)與定位 服務(wù)器之間的信道參數(shù)(信道沖擊響應(yīng)、信號(hào)的衰減和信號(hào)的延時(shí)等）的估計(jì)值，運(yùn)里我們 W信道的沖擊響應(yīng)hi，i = l，2,. . .，m的估計(jì)值為例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，其中hi=(0ii，0i2,...， I^in)。
[0036] 步驟2、信道參數(shù)與節(jié)點(diǎn)位置配對(duì)。
[0037] 步驟2.1、將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置與步驟1.2中得到的該節(jié)點(diǎn)與定位服務(wù)器之間的 信道參數(shù)的估計(jì)值化i=(0il，0i2, . . . ,Pin))進(jìn)行--配對(duì)。
[0038] 步驟2.2、將配對(duì)好的數(shù)據(jù)作為一個(gè)整體存入定位服務(wù)器中，供信標(biāo)部署階段