如何實現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)組建，為了保證錨點都能與PAN協(xié)調(diào)器正常通行，一個通信網(wǎng)絡(luò)是必然需要的。同時可以大致分為四個場景：多錨測距場景、數(shù)據(jù)回傳場景、鏈路變化場景、角色移動場景。

在RTLS系統(tǒng)中，需要實時檢測標簽與錨點（Anchor）的距離，并結(jié)合錨點自身的位置，就可以依據(jù)換算算法得到標簽的相對位置。在實際應(yīng)用場景中，需要組建一個錨點檢測網(wǎng)絡(luò)，把檢測到的距離信息回傳到上位機系統(tǒng)，根據(jù)錨點自身相對本地地圖的坐標信息，以及檢測到的距離信息，換算得到指定標簽的位置信息，這樣才能在實現(xiàn)在某一特定范圍檢測指定標簽，此外還行支持標簽自身的位置計算，即標簽可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取錨點的位置信息并結(jié)合測試結(jié)果就能計算出本身位置。

在實際的RTLS系統(tǒng)運行中，可以大致分為四個場景：多錨測距場景、數(shù)據(jù)回傳場景、鏈路變化場景、角色移動場景。具體如圖2-1所示：

圖2-1RTLS系統(tǒng)場景說明圖

如果能保證RTLS系統(tǒng)在這個四個場景中都能安全穩(wěn)定的工作，實現(xiàn)待監(jiān)測區(qū)域構(gòu)建錨點監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)范圍內(nèi)無盲點標簽距離測定和監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳。在這四個場景中大致面臨如下幾個問題需要解決：

1）無線通信網(wǎng)絡(luò)組建

2）標簽位置信息檢測

3）標簽移動時的測量

4）有效檢測和利用率

3.詳細說明與解決

無線通信網(wǎng)絡(luò)組建

問題描述：

為了保證所有的錨點都能與特定錨點（PAN協(xié)調(diào)器）正常通行，就必須要構(gòu)建一個通信網(wǎng)絡(luò)，消息通過點對點或點跳躍路由后到達目的錨點。現(xiàn)有芯片DW1000已經(jīng)實現(xiàn)PHY層和MAC層，這樣錨點就具備了點對點通信的能力，即支持構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。為了構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，我們需要在MAC層上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（路由協(xié)議），這樣就能實現(xiàn)錨點間通信。

方案說明：

針對低速無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議目前比較常見的是AODV算法和他的改進算法，AODV算法旨在多個移動節(jié)點中建立和維護一個動態(tài)的，自啟動的，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改進算法以便更適應(yīng)本方案的通信需求。

方案通信特點說明：

本案中的網(wǎng)絡(luò)通信主要負責(zé)把標簽（tags）測量到的距離信息回傳到上位機，它具有如下特點：

1）目的地址可預(yù)測，位置變化不頻繁。

2）通信方式主要為單方向。

3）通信節(jié)點（錨點），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)點自動添加

因此我們只需要構(gòu)建一個可以保證標簽與錨點原點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)拓撲結(jié)構(gòu)的建立過程，并簡化路由節(jié)點的算法優(yōu)化路由線路構(gòu)建流程。錨點負責(zé)建立維護通信網(wǎng)絡(luò)，標簽觸發(fā)數(shù)據(jù)通信過程，標簽屬于網(wǎng)絡(luò)的臨時節(jié)點，每次發(fā)送消息都需要搜索網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，成功后發(fā)送測量消息。

路由協(xié)議說明：

參考樹形拓撲圖的特點，對每個節(jié)點的路由功能定義如下：

1）節(jié)點需維護自身層數(shù)，父節(jié)點地址，子節(jié)點地址。

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

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

4）節(jié)點與父節(jié)點斷開時，需通知所有子節(jié)點。

5）父節(jié)點為錨點原點或錨點原點的子節(jié)點。

6）根據(jù)層數(shù)選擇最優(yōu)父節(jié)點。

給予此些定義實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲的構(gòu)建，維護和通信功能。

? 網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)建過程

在所有錨點已經(jīng)安裝完成并已經(jīng)選定錨點原點后按如下流程構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓撲：

1）父節(jié)點監(jiān)聽父節(jié)點查詢消息廣播，錨點原點為第一個父節(jié)點

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

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

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

? 網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)建維護過程

在網(wǎng)絡(luò)拓撲建立后，當(dāng)有錨點損壞，移動，添加，移除時的網(wǎng)絡(luò)維護。

1）錨點原點定時廣播你好消息。

2）子節(jié)點定時向父節(jié)點發(fā)送我還在消息。

3）當(dāng)父節(jié)點接收我還在消息超時后，刪除子節(jié)點地址。

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

5）新節(jié)點為自由節(jié)點。

? 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)點向父節(jié)點通信，節(jié)點收到數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給他的父親。

1）所有節(jié)點監(jiān)聽數(shù)據(jù)上報請求消息。

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

3）數(shù)據(jù)上報請求消息由標簽產(chǎn)生。

? 所有消息格式定義

可參考AODV協(xié)議。

標簽位置信息檢測

問題描述和解決辦法

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

方案1：手動測量每一個錨點的位置信息。這個方案的優(yōu)點是誤差可控，缺點是當(dāng)錨點增加或者室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜時，導(dǎo)致測量工作量驟增。

方案2：先手動測量幾個特定錨點的位置信息，然后基于已知錨點位置信息和距離，估測其他錨點信息。優(yōu)點是測量速度快，缺點是測量誤差不可控。

距離測試和數(shù)據(jù)上報流程

標簽與錨點距離的數(shù)據(jù)信息是通過數(shù)據(jù)上報請求消息通過通信網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送給錨點原點，上位機與錨點原點連接，這樣就能根據(jù)上報的數(shù)據(jù)信息，計算出標簽的位置信息。具體流程如下：

1）標簽定時與他周圍所有的錨點執(zhí)行測距流程。

2）標簽在測量結(jié)果中挑選距離它最近的錨點，將測量數(shù)據(jù)封裝到數(shù)據(jù)上報請求消息并發(fā)給它。

標簽移動時的測量

問題描述和解決辦法

當(dāng)標簽移動時會導(dǎo)致與他測距的錨點的變化，可是只要保證定它定時向周圍錨點測距，并由上位機來決定如何使用這些測量結(jié)果時，問題就簡單了。標簽只需要關(guān)心距離它最近的錨點的地址就可以了，此問題可以通過定時測距解決。

有效檢測和利用率

問題描述和解決辦法

在待監(jiān)測區(qū)域確定的情況下，如何確定錨點的分布情況同樣是一個問題。為了提高檢測的精度和減少測試盲點，當(dāng)然需要添加更多的錨點，可以這樣會導(dǎo)正通信網(wǎng)絡(luò)的負責(zé)化，并且增加通信的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)。如果錨點布置的過于稀疏又會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)過少導(dǎo)致位置估算又偏差，甚至出現(xiàn)檢測盲點。暫時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，然后根據(jù)實際的測試效果添加錨點。