用于矿山环境的超宽带并发识别方法及系统

权利要求

1.用于矿山环境的超宽带并发识别方法，其特征在于，所述用于矿山环境的超宽带并发识别方法包括：

通过标签向基站发送数据包；

所述基站判断所述数据包是否为预注册包，以利用空闲时隙发送预注册应答包至所述标签；

所述基站判断所述数据包是否为注册包，以将时间通过分配时隙包发送至所述标签；

所述基站判断所述数据包是否为广播测距包，以在注册表中标注所述标签在所述基站中占用的时隙号；

所述基站判断所述数据包是否为点对点测距包，以更新所述注册表；

所述标签进入测距模式。

2.根据权利要求1所述的用于矿山环境的超宽带并发识别方法，其特征在于，所述基站判断所述数据包是否为预注册包，以利用空闲时隙发送预注册应答包至所述标签的步骤包括：

所述基站判断所述数据包是否为预注册包，若是，则进行判断所述预注册包中的报文信息中是否包括请求自动应答信息的操作，若否，则进行所述基站判断所述数据包是否为注册包的操作。

3.根据权利要求2所述的用于矿山环境的超宽带并发识别方法，其特征在于，所述判断所述预注册包中的报文信息中是否包括请求自动应答信息的操作的步骤包括：

判断所述预注册包中的报文信息中是否包括请求自动应答信息，若是，则自动发送预注册应答包至所述标签，若否，则利用空闲时隙发送预注册应答包至所述标签。

4.根据权利要求1所述的用于矿山环境的超宽带并发识别方法，其特征在于，所述基站判断所述数据包是否为注册包，以将时间通过分配时隙包发送至所述标签的步骤包括：

所述基站判断所述数据包是否为注册包，若是，则进行判断注册表中是否有所述标签的注册信息的操作，若否，则进行所述基站判断所述数据包是否为广播测距包的操作。

5.根据权利要求4所述的用于矿山环境的超宽带并发识别方法，其特征在于，所述判断注册表中是否有所述标签的注册信息的操作的步骤包括：

判断注册表中是否有所述标签的注册信息，若是，则所述标签根据在所述注册表中的位置，以计算所述标签占用的时隙号，若否，且所述注册表为已满状态，则查找空闲时隙，根据所述时隙号计算所述标签的工作时隙，以将时间通过分配时隙包发送至所述标签。

6.根据权利要求1所述的用于矿山环境的超宽带并发识别方法，其特征在于：所述基站判断所述数据包是否为广播测距包，以在注册表中标注所述标签在所述基站中占用的时隙号的步骤包括：

所述基站判断所述数据包是否为广播测距包，若是，则在注册表中标注所述标签在所述基站中占用的时隙号，若否，则进行所述基站判断所述数据包是否为点对点测距包的操作。

7.根据权利要求1所述的用于矿山环境的超宽带并发识别方法，其特征在于：所述标签进入测距模式的步骤包括：

所述标签向基站发送测距包，以接收所述基站反馈的测距应答包；

所述标签根据所述测距应答包，以向所述基站发送测距结束包进行测距。

8.根据权利要求6所述的用于矿山环境的超宽带并发识别方法，其特征在于：所述预注册包和测距包的报文信息中包括所述标签的发射周期和测距信息。

9.根据权利要求7所述的用于矿山环境的超宽带并发识别方法，其特征在于：所述标根据所述发射周期发送测距包。

10.用于矿山环境的超宽带并发识别系统，其特征在于，所述用于矿山环境的超宽带并发识别系统包括：

标签，用于向基站发送数据包，以及用于进入测距模式；

至少一基站，用于判断所述数据包是否为预注册包，以利用空闲时隙发送预注册应答包至所述标签，以及用于判断所述数据包是否为注册包，以将时间通过分配时隙包发送至所述标签，以及判断所述数据包是否为广播测距包，以在注册表中标注所述标签在所述基站中占用的时隙号，以及用于判断所述数据包是否为点对点测距包，以更新所述注册表；

所述基站根据公式Tdelayn＝(2000-tn+5*(n-1))％T，计算出所述标签所分配的时隙以及与当前时刻的最小时间差；其中，tn表示收到所述标签的信息的时刻，n表示所述标签注册信息在注册表中的位置，T表示所述标签的测距周期；

所述基站，用于根据所述标签的发射周期，计算所述标签所需时隙数量，查找间隔时间为标签周期T的空闲时隙。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信及定位系统技术领域，特别是涉及一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法及系统。

背景技术

UWB(超宽带)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，具有很高的时间分辨率，可以实现厘米级精确定位。但如果同一区域标签过多，则会导致通信冲突从而影响测距精度甚至测距失败，因此需要对标签发射时刻进行管理。

通常采用对基站和标签进行严格时间同步。在矿山隧道的应用场景中，隧道狭长、无线信号无法穿透隧道壁，基站与基站处于线性分布。若利用相邻基站之间无线同步，这种逐级传递同步信息包导致系统定位容量大大降低。若基站之间通过有线进行时间同步，则额外增加基站设计成本和系统复杂度。而且基站和标签之间还要进行时间同步，增加了设计复杂度，同时还存在标签从不同位置进出系统覆盖范围时时间同步可能错误的风险，因此迫切需要改进。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法及系统，用于解决现有技术中的对基站和标签进行严格时间同步，系统定位容量降低，增加基站设计成本、系统复杂度以及设计复杂度的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法，所述用于矿山环境的超宽带并发识别方法包括：

通过标签向基站发送数据包；

所述基站判断所述数据包是否为预注册包，以利用空闲时隙发送预注册应答包至所述标签；

所述基站判断所述数据包是否为注册包，以将时间通过分配时隙包发送至所述标签；

所述基站判断所述数据包是否为广播测距包，以在注册表中标注所述标签在所述基站中占用的时隙号；

所述基站判断所述数据包是否为点对点测距包，以更新所述注册表；

所述标签进入测距模式。

在本发明的一实施例中，所述基站判断所述数据包是否为预注册包，以利用空闲时隙发送预注册应答包至所述标签的步骤包括：

所述基站判断所述数据包是否为预注册包，若是，则进行判断所述预注册包中的报文信息中是否包括请求自动应答信息的操作，若否，则进行所述基站判断所述数据包是否为注册包的操作。

在本发明的一实施例中，所述判断所述预注册包中的报文信息中是否包括请求自动应答信息的操作的步骤包括：

判断所述预注册包中的报文信息中是否包括请求自动应答信息，若是，则自动发送预注册应答包至所述标签，若否，则利用空闲时隙发送预注册应答包至所述标签。

在本发明的一实施例中，所述基站判断所述数据包是否为注册包，以将时间通过分配时隙包发送至所述标签的步骤包括：

所述基站判断所述数据包是否为注册包，若是，则进行判断注册表中是否有所述标签的注册信息的操作，若否，则进行所述基站判断所述数据包是否为广播测距包的操作。

在本发明的一实施例中，所述判断注册表中是否有所述标签的注册信息的操作的步骤包括：

判断注册表中是否有所述标签的注册信息，若是，则所述标签根据在所述注册表中的位置，以计算所述标签占用的时隙号，若否，且所述注册表为已满状态，则查找空闲时隙，根据所述时隙号计算所述标签的工作时隙，以将时间通过分配时隙包发送至所述标签。

在本发明的一实施例中，所述基站判断所述数据包是否为广播测距包，以在注册表中标注所述标签在所述基站中占用的时隙号的步骤包括：

所述基站判断所述数据包是否为广播测距包，若是，则在注册表中标注所述标签在所述基站中占用的时隙号，若否，则进行所述基站判断所述数据包是否为点对点测距包的操作。

在本发明的一实施例中，所述标签进入测距模式的步骤包括：

所述标签向基站发送测距包，以接收所述基站反馈的测距应答包；

所述标签根据所述测距应答包，以向所述基站发送测距结束包进行测距。

在本发明的一实施例中，所述预注册包和测距包的报文信息中包括所述标签的发射周期和测距信息。

在本发明的一实施例中，所述标根据所述发射周期发送测距包。

本发明还提供一种用于矿山环境的超宽带并发识别系统，所述用于矿山环境的超宽带并发识别系统包括：

标签，用于向基站发送数据包，以及用于进入测距模式；

至少一基站，用于判断所述数据包是否为预注册包，以利用空闲时隙发送预注册应答包至所述标签，以及用于判断所述数据包是否为注册包，以将时间通过分配时隙包发送至所述标签，以及判断所述数据包是否为广播测距包，以在注册表中标注所述标签在所述基站中占用的时隙号，以及用于判断所述数据包是否为点对点测距包，以更新所述注册表；

所述基站根据公式Tdelayn＝(2000-tn+5*(n-1))％T，计算出所述标签所分配的时隙以及与当前时刻的最小时间差；其中，tn表示收到所述标签的信息的时刻，n表示所述标签注册信息在注册表中的位置，T表示所述标签的测距周期；

所述基站，用于根据所述标签的发射周期，计算所述标签所需时隙数量，查找间隔时间为标签周期T的空闲时隙。

如上所述，本发明的一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法及系统，具有以下有益效果：

本发明的用于矿山环境的超宽带并发识别方法采用时分复用技术，基站可以对标签分配时隙，也可与标签进行测距，标签周围的基站根据收到标签信息的时刻计算标签在本基站所占用时隙，不需要进行时间同步即可实现冲突避让，本发明不需要对基站和标签进行严格时间同步，系统定位容量较高，大大降低了基站设计成本、系统复杂度以及设计复杂度。

本发明的用于矿山环境的超宽带并发识别方法在整个系统周期都分发给标签用于定位，保证了系统载荷的最大化，实现大数量UWB标签的并发识别。

本发明的用于矿山环境的超宽带并发识别方法的基站根据标签的发送周期，计算标签在基站工作周期中所需时隙数，实现不同周期的标签在系统中共存。

本发明的用于矿山环境的超宽带并发识别方法通过自动应答功能，减少了标签等待时间，提高了标签的电池的工作时间。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法的标签为注册模式时工作流程图。

图2为本申请实施例提供的一种用于矿山环境的超宽带并发识别系统的基站与标签注册数据流图。

图3为本申请实施例提供的一种用于矿山环境的超宽带并发识别系统的基站与标签测距数据流图。

图4为本申请实施例提供的一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法的标签处于单个基站无线覆盖范围示意图。

图5为本申请实施例提供的一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法的标签处于多个基站无线覆盖范围示意图。

元件标号说明

1标签

2基站

3预注册包

4预注册应答包

5注册包

6分配时隙包

7测距包

8测距应答包

9测距结束包

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1、图2、图3，图1为本申请实施例提供的一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法的标签为注册模式时工作流程图。图2为本申请实施例提供的一种用于矿山环境的超宽带并发识别系统的基站与标签注册数据流图。图3为本申请实施例提供的一种用于矿山环境的超宽带并发识别系统的基站与标签测距数据流图。本发明提供一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法，所述用于矿山环境的超宽带并发识别方法的标签工作在注册模式，所述用于矿山环境的超宽带并发识别方法包括：S1、通过标签1向基站2发送数据包。具体的，所述数据包包括但不限于预注册包3、注册包5、广播测距包以及点对点测距包。S2、所述基站2判断所述数据包是否为预注册包3，若所述数据包是预注册包3，则执行步骤S3操作，若所述数据包不是预注册包3，则执行步骤S6操作。S3、判断所述预注册包3中的报文信息中是否包括请求自动应答信息，若所述预注册包3中的报文信息中包括请求自动应答信息，则执行步骤S4操作，若所述预注册包3中的报文信息中不包括请求自动应答信息，则执行步骤S5操作。S4、系统硬件自动发送预注册应答包4至所述标签1。S5、利用空闲时隙发送预注册应答包4至所述标签1。S6、所述基站2判断所述数据包是否为注册包5，若所述数据包是注册包5，则执行步骤S7操作，若所述数据包不是注册包5，则执行步骤S12操作。S7、判断注册表中是否有所述标签1的注册信息，若注册表中有所述标签1的注册信息，则执行步骤S9操作，若注册表中没有所述标签1的注册信息，则执行步骤S8操作。S9、所述标签1根据在所述注册表中的位置，以计算所述标签1占用的时隙号。S8、判断所述注册表是否为未满状态，若所述注册表为未满状态，则执行步骤S10操作，若所述注册表为已满状态，则结束任务。S10、查找空闲时隙，根据所述时隙号计算所述标签1的工作时隙。步骤S9或步骤S10执行结束后，进行步骤S11操作，S11、将时间通过分配时隙包发送至所述标签1。S12、判断所述数据包是否为广播测距包，若所述数据包为广播测距包，则进行步骤S13操作，若所述数据包不为广播测距包，则进行步骤S14操作。S13、在注册表中标注所述标签1在所述基站2中占用的时隙号。S14、判断所述数据包是否为点对点测距包，若所述数据包为点对点测距包，则执行步骤S15操作，若所述数据包不为点对点测距包，则结束任务。所述标签1的注册模式结束后，所述标签1进入测距模式。本发明的用于矿山环境的超宽带并发识别方法可以但不限于应用于矿山环境中。

请参阅图1、图2、图3，所述标签1进入测距模式后，首先所述标签1向基站2发送测距包7，以接收所述基站2反馈的测距应答包8。具体的，所述基站2接收到来自于所述标签1的测距包7后，输出测距应答包8，并将所述测距应答包8发送至所述标签1。所述标签1根据所述测距应答包8，以向所述基站2发送测距结束包9进行测距。具体的，所述基站2以所述标签1的最大发射周期为工作周期，将工作周期切成一个个时间片。所述标签1在长时间未注册成功时，使能请求自动应答，未收到所述基站2自动应答信息，则进入休眠模式。所述标签1在注册模式时，所述标签1发送预注册包3申请时隙，所述标签1在测距模式时，依次发送测距包7、等待所述基站2的测距应答包8、发送测距结束包9进行测距。在与所述基站2测距前需要已被分配时隙，即在某一所述基站2上完成注册。当任一所述标签1进入所述基站2的无线覆盖范围内，所述标签1根据是否已注册，发送预注册包3或者测距包7，所述预注册包3和测距包7的报文信息中包括所述标签1的发射周期和测距信息。所述标签1的发射周期指所述标签1多长时间发射一次，所述预注册包3只有在所述标签1未注册时才周期发送，若所述标签1已注册，则所述标签1周期发送测距包7。所述基站2接收到所述标签1发送的预注册包3，则根据所述标签1的发射周期，计算所需时隙数量，查找未使用的空闲时隙，并将所述空闲时隙置为被所述标签1占用，计算所述标签1所分配时隙与当前时刻的时间差，在所述空闲时隙内将时间差和时隙号通过分配时隙包6发送至所述标签1。所述标签1收到分配时隙报文后，休眠所述时间差后，按照自身的工作周期发送测距包7。所述标签1周边的基站2收到所述标签1的广播测距包时，根据接收到的广播测距包的时刻，以及所述标签信息包中发射周期信息，计算所述标签1在所述基站2内所占用的时隙，并将所述时隙设置为已被所述标签1占用，不再分配给新注册标签。所述基站2周期更新注册表中时隙占用信息，对长时间未通信的标签1，清除其占用的时隙。所述基站2在收到预注册包3申请时隙或广播测距包进行应答时，随机延时避免冲突，所述标签1在重启，以及申请时隙失败时在下一周期发送数据时进行随机，避免长期冲突碰撞。

请参阅图2、图3，与本发明的一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法的原理相似的是，本发明还提供一种用于矿山环境的超宽带并发识别系统，所述用于矿山环境的超宽带并发识别系统包括：标签1以及至少一基站2。具体的，所述基站2与所述标签1之间采用非对称双边双向测距(ADS-TWR)，所述标签1用于向基站2发送数据包，以及用于进入测距模式。所述基站2用于判断所述数据包是否为预注册包3，以利用空闲时隙发送预注册应答包4至所述标签1，以及用于判断所述数据包是否为注册包5，以将时间通过分配时隙包6发送至所述标签1，以及判断所述数据包是否为广播测距包，以在注册表中标注所述标签1在所述基站2中占用的时隙号，以及用于判断所述数据包是否为点对点测距包，以更新所述注册表，本发明的用于矿山环境的超宽带并发识别系统可以但不限于应用于矿山环境中。

请参阅图4、图5，图4为本申请实施例提供的一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法的标签处于单个基站无线覆盖范围示意图。图5为本申请实施例提供的一种用于矿山环境的超宽带并发识别方法的标签处于多个基站无线覆盖范围示意图。所述基站2接收到所述标签1发送的预注册包3，则根据所述标签1的发射周期计算所需时隙数量，查找相应的未使用空闲时隙，并将这些所述空闲时隙置为被所述标签1占用。例如所述用于矿山环境的超宽带并发识别系统中允许所述标签1的最大发射周期为2s，所述标签1和每个基站2的测距时间在2ms内，则所述基站2每个时间片为5ms，共有400个时间片，即每台所述基站2的无线覆盖范围内并发识别所述标签1的数量为400。所述基站2根据公式Tdelayn＝(2000-tn+5*(n-1))％T，tn表示收到所述标签1的信息的时刻，n表示所述标签1注册信息在注册表中的位置，T表示所述标签1的测距周期，计算出所述标签1所分配的时隙以及与当前时刻的最小时间差，根据所述标签1的发射周期，计算所述标签1所需时隙数量，查找间隔时间为标签周期T的空闲时隙。在所述空闲时隙内将时间差通过分配时隙报文发送给所述标签1。如若所述标签1工作频率为1Hz，则其可被分配2个时隙：Sx和Sx+400。所述标签1收到分配时隙报文后，休眠所述时间差后按照自身的工作周期发送测距包7，所述标签1在每个发射周期至少和两个所述基站2测距。标签Tag1处于仅处于基站A无线覆盖范围内，则Tag1在其分配的时隙内，先与基站A点对点测距，然后通过发送广播测距包，周围无其他基站2则结束本周期测距。当所述标签1移动到基站B覆盖范围内时，其在基站B上申请分配时隙，按照分配的时隙与基站B测点对点距。若所述标签1处于多个基站2无线覆盖范围内，如图5所示，标签Tag2处于基站A、B、C基站无线覆盖范围内，若标签Tag2的时隙为基站B所分配，则Tag2在其分配的时隙内，先与基站B测距，然后发送广播测距包。基站A、C根据接收到的信息包时刻和标签Tag2信息包中发射周期信息，计算标签Tag2在自身内所占用的时隙号，并将该时隙设置为已被标签Tag2占用，不再分配给新注册标签，直至标签Tag2与其通信中断或更改了时隙。基站A、C收到广播测距包时随机延时一段时间后应答标签Tag2，标签Tag2选择其中一个基站完成测距。所述基站2周期更新注册表中时隙占用信息，对长时间未通信的标签1，清除其占用的时隙。所述基站2在收到预注册包3申请时隙或广播测距包进行应答时，随机延时避免冲突，所述标签1在重启以及申请时隙失败时在下一周期发送数据时进行随机，避免长期冲突碰撞。

综上所述，本发明的用于矿山环境的超宽带并发识别方法采用时分复用技术，基站2可以对标签1分配时隙，也可与标签1进行测距，标签1周围的基站2根据收到标签1信息的时刻计算标签1在本基站2所占用时隙，不需要进行时间同步即可实现冲突避让，本发明不需要对基站2和标签1进行严格时间同步，系统定位容量较高，大大降低了基站2设计成本、系统复杂度以及设计复杂度。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。