如何實(shí)現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)組建，為了保證錨點(diǎn)都能與PAN協(xié)調(diào)器正常通行，一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)是必然需要的。同時(shí)可以大致分為四個(gè)場(chǎng)景：多錨測(cè)距場(chǎng)景、數(shù)據(jù)回傳場(chǎng)景、鏈路變化場(chǎng)景、角色移動(dòng)場(chǎng)景。

在RTLS系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)標(biāo)簽與錨點(diǎn)（Anchor）的距離，并結(jié)合錨點(diǎn)自身的位置，就可以依據(jù)換算算法得到標(biāo)簽的相對(duì)位置。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，需要組建一個(gè)錨點(diǎn)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，把檢測(cè)到的距離信息回傳到上位機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)錨點(diǎn)自身相對(duì)本地地圖的坐標(biāo)信息，以及檢測(cè)到的距離信息，換算得到指定標(biāo)簽的位置信息，這樣才能在實(shí)現(xiàn)在某一特定范圍檢測(cè)指定標(biāo)簽，此外還行支持標(biāo)簽自身的位置計(jì)算，即標(biāo)簽可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取錨點(diǎn)的位置信息并結(jié)合測(cè)試結(jié)果就能計(jì)算出本身位置。

在實(shí)際的RTLS系統(tǒng)運(yùn)行中，可以大致分為四個(gè)場(chǎng)景：多錨測(cè)距場(chǎng)景、數(shù)據(jù)回傳場(chǎng)景、鏈路變化場(chǎng)景、角色移動(dòng)場(chǎng)景。具體如圖2-1所示：

圖2-1RTLS系統(tǒng)場(chǎng)景說明圖

如果能保證RTLS系統(tǒng)在這個(gè)四個(gè)場(chǎng)景中都能安全穩(wěn)定的工作，實(shí)現(xiàn)待監(jiān)測(cè)區(qū)域構(gòu)建錨點(diǎn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)無盲點(diǎn)標(biāo)簽距離測(cè)定和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)回傳。在這四個(gè)場(chǎng)景中大致面臨如下幾個(gè)問題需要解決：

1）無線通信網(wǎng)絡(luò)組建

2）標(biāo)簽位置信息檢測(cè)

3）標(biāo)簽移動(dòng)時(shí)的測(cè)量

4）有效檢測(cè)和利用率

3.詳細(xì)說明與解決

無線通信網(wǎng)絡(luò)組建

問題描述：

為了保證所有的錨點(diǎn)都能與特定錨點(diǎn)（PAN協(xié)調(diào)器）正常通行，就必須要構(gòu)建一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，消息通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)跳躍路由后到達(dá)目的錨點(diǎn)?，F(xiàn)有芯片DW1000已經(jīng)實(shí)現(xiàn)PHY層和MAC層，這樣錨點(diǎn)就具備了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的能力，即支持構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，我們需要在MAC層上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（路由協(xié)議），這樣就能實(shí)現(xiàn)錨點(diǎn)間通信。

方案說明：

針對(duì)低速無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議目前比較常見的是AODV算法和他的改進(jìn)算法，AODV算法旨在多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)中建立和維護(hù)一個(gè)動(dòng)態(tài)的，自啟動(dòng)的，多跳路由的專屬網(wǎng)絡(luò)。但是AODV算法比較復(fù)雜而且考慮到本案中需求的特殊性，因此也需要定義一個(gè)改進(jìn)算法以便更適應(yīng)本方案的通信需求。

方案通信特點(diǎn)說明：

本案中的網(wǎng)絡(luò)通信主要負(fù)責(zé)把標(biāo)簽（tags）測(cè)量到的距離信息回傳到上位機(jī)，它具有如下特點(diǎn)：

1）目的地址可預(yù)測(cè)，位置變化不頻繁。

2）通信方式主要為單方向。

3）通信節(jié)點(diǎn)（錨點(diǎn)），位置變化不頻繁。

4）通信數(shù)據(jù)為無連接模式。

5）鏈路可修復(fù)

6）節(jié)點(diǎn)自動(dòng)添加

因此我們只需要構(gòu)建一個(gè)可以保證標(biāo)簽與錨點(diǎn)原點(diǎn)無連接的單向的通信網(wǎng)絡(luò)即可。

可以參考AODV的樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立過程，并簡化路由節(jié)點(diǎn)的算法優(yōu)化路由線路構(gòu)建流程。錨點(diǎn)負(fù)責(zé)建立維護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)簽觸發(fā)數(shù)據(jù)通信過程，標(biāo)簽屬于網(wǎng)絡(luò)的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，每次發(fā)送消息都需要搜索網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，成功后發(fā)送測(cè)量消息。

路由協(xié)議說明：

參考樹形拓?fù)鋱D的特點(diǎn)，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由功能定義如下：

1）節(jié)點(diǎn)需維護(hù)自身層數(shù)，父節(jié)點(diǎn)地址，子節(jié)點(diǎn)地址。

2）節(jié)點(diǎn)可以把子節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給父節(jié)點(diǎn)。

3）節(jié)點(diǎn)可以把父節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)（廣播數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)發(fā)給所有子節(jié)點(diǎn)。

4）節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)斷開時(shí)，需通知所有子節(jié)點(diǎn)。

5）父節(jié)點(diǎn)為錨點(diǎn)原點(diǎn)或錨點(diǎn)原點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。

6）根據(jù)層數(shù)選擇最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)。

給予此些定義實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建，維護(hù)和通信功能。

? 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建過程

在所有錨點(diǎn)已經(jīng)安裝完成并已經(jīng)選定錨點(diǎn)原點(diǎn)后按如下流程構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

1）父節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽父節(jié)點(diǎn)查詢消息廣播，錨點(diǎn)原點(diǎn)為第一個(gè)父節(jié)點(diǎn)

2）沒有父節(jié)點(diǎn)的錨點(diǎn)（自由節(jié)點(diǎn)）廣播父節(jié)點(diǎn)查詢消息并攜帶自身地址

3）父節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽到父節(jié)點(diǎn)查詢消息廣播后，向查詢節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身地址和層數(shù)信息。

4）子節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的層數(shù)信息決定父節(jié)點(diǎn)，記錄父節(jié)點(diǎn)地址并向父節(jié)點(diǎn)發(fā)送子節(jié)點(diǎn)添加信息。

? 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建維護(hù)過程

在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣⒑?，?dāng)有錨點(diǎn)損壞，移動(dòng)，添加，移除時(shí)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。

1）錨點(diǎn)原點(diǎn)定時(shí)廣播你好消息。

2）子節(jié)點(diǎn)定時(shí)向父節(jié)點(diǎn)發(fā)送我還在消息。

3）當(dāng)父節(jié)點(diǎn)接收我還在消息超時(shí)后，刪除子節(jié)點(diǎn)地址。

4）當(dāng)子節(jié)點(diǎn)接收你好消息超時(shí)后或收到變成自由節(jié)點(diǎn)消失時(shí)，向所有子節(jié)點(diǎn)發(fā)送變成自由節(jié)點(diǎn)消息，且自身變成自由節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行自由節(jié)點(diǎn)尋找父節(jié)點(diǎn)流程。

5）新節(jié)點(diǎn)為自由節(jié)點(diǎn)。

? 數(shù)據(jù)通信過程

網(wǎng)絡(luò)中的所有數(shù)據(jù)通信的方向都是子節(jié)點(diǎn)向父節(jié)點(diǎn)通信，節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給他的父親。

1）所有節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽數(shù)據(jù)上報(bào)請(qǐng)求消息。

2）節(jié)點(diǎn)將收到的數(shù)據(jù)上報(bào)消息傳遞給父節(jié)點(diǎn)。

3）數(shù)據(jù)上報(bào)請(qǐng)求消息由標(biāo)簽產(chǎn)生。

? 所有消息格式定義

可參考AODV協(xié)議。

標(biāo)簽位置信息檢測(cè)

問題描述和解決辦法

根據(jù)位置測(cè)量原理可知，計(jì)算標(biāo)簽位置信息依賴于標(biāo)簽與錨點(diǎn)的距離和錨點(diǎn)自身的位置信息?？紤]到實(shí)際測(cè)量的誤差和計(jì)算結(jié)果的精度問題，標(biāo)簽應(yīng)盡可能多的把他與周邊錨點(diǎn)的距離信息上報(bào)。此問題的難點(diǎn)是錨點(diǎn)位置的確定，即如果定位網(wǎng)絡(luò)中的錨點(diǎn)位置。目前想到的辦法有如下幾個(gè)，但各有優(yōu)缺點(diǎn)：

方案1：手動(dòng)測(cè)量每一個(gè)錨點(diǎn)的位置信息。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是誤差可控，缺點(diǎn)是當(dāng)錨點(diǎn)增加或者室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜時(shí)，導(dǎo)致測(cè)量工作量驟增。

方案2：先手動(dòng)測(cè)量幾個(gè)特定錨點(diǎn)的位置信息，然后基于已知錨點(diǎn)位置信息和距離，估測(cè)其他錨點(diǎn)信息。優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量速度快，缺點(diǎn)是測(cè)量誤差不可控。

距離測(cè)試和數(shù)據(jù)上報(bào)流程

標(biāo)簽與錨點(diǎn)距離的數(shù)據(jù)信息是通過數(shù)據(jù)上報(bào)請(qǐng)求消息通過通信網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送給錨點(diǎn)原點(diǎn)，上位機(jī)與錨點(diǎn)原點(diǎn)連接，這樣就能根據(jù)上報(bào)的數(shù)據(jù)信息，計(jì)算出標(biāo)簽的位置信息。具體流程如下：

1）標(biāo)簽定時(shí)與他周圍所有的錨點(diǎn)執(zhí)行測(cè)距流程。

2）標(biāo)簽在測(cè)量結(jié)果中挑選距離它最近的錨點(diǎn)，將測(cè)量數(shù)據(jù)封裝到數(shù)據(jù)上報(bào)請(qǐng)求消息并發(fā)給它。

標(biāo)簽移動(dòng)時(shí)的測(cè)量

問題描述和解決辦法

當(dāng)標(biāo)簽移動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致與他測(cè)距的錨點(diǎn)的變化，可是只要保證定它定時(shí)向周圍錨點(diǎn)測(cè)距，并由上位機(jī)來決定如何使用這些測(cè)量結(jié)果時(shí)，問題就簡單了。標(biāo)簽只需要關(guān)心距離它最近的錨點(diǎn)的地址就可以了，此問題可以通過定時(shí)測(cè)距解決。

有效檢測(cè)和利用率

問題描述和解決辦法

在待監(jiān)測(cè)區(qū)域確定的情況下，如何確定錨點(diǎn)的分布情況同樣是一個(gè)問題。為了提高檢測(cè)的精度和減少測(cè)試盲點(diǎn)，當(dāng)然需要添加更多的錨點(diǎn)，可以這樣會(huì)導(dǎo)正通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)責(zé)化，并且增加通信的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)。如果錨點(diǎn)布置的過于稀疏又會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)過少導(dǎo)致位置估算又偏差，甚至出現(xiàn)檢測(cè)盲點(diǎn)。暫時(shí)也沒有比較好的辦法解決此問題，能想到的辦法也就是先少量不錨點(diǎn)，然后根據(jù)實(shí)際的測(cè)試效果添加錨點(diǎn)。