如何實現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡組建，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。在實際應用場景中，需要組建一個錨點檢測網(wǎng)絡，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)絡獲取錨點的位置信息并結合測試結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)域構建錨點監(jiān)測網(wǎng)絡，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，就必須要構建一個通信網(wǎng)絡，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，即支持構建通信網(wǎng)絡拓撲結構。為了構建通信網(wǎng)絡，我們需要在MAC層上實現(xiàn)網(wǎng)絡層協(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。但是AODV算法比較復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本方案的通信需求。

方案通信特點說明：

本案中的網(wǎng)絡通信主要負責把標簽（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

6）節(jié)點自動添加

因此我們只需要構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)絡即可。

可以參考AODV的樹狀網(wǎng)絡拓撲結構的建立過程，并簡化路由節(jié)點的算法優(yōu)化路由線路構建流程。錨點負責建立維護通信網(wǎng)絡，標簽觸發(fā)數(shù)據(jù)通信過程，標簽屬于網(wǎng)絡的臨時節(jié)點，每次發(fā)送消息都需要搜索網(wǎng)絡節(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)絡拓撲的構建，維護和通信功能。

? 網(wǎng)絡拓撲構建過程

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建網(wǎng)絡拓撲：

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)絡拓撲構建維護過程

在網(wǎng)絡拓撲建立后，當有錨點損壞，移動，添加，移除時的網(wǎng)絡維護。

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）當父節(jié)點接收我還在消息超時后，刪除子節(jié)點地址。

4）當子節(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?？紤]到實際測量的誤差和計算結果的精度問題，標簽應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，缺點是當錨點增加或者室內(nèi)環(huán)境復雜時，導致測量工作量驟增。

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

當標簽移動時會導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果時，問題就簡單了。標簽只需要關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，當然需要添加更多的錨點，可以這樣會導正通信網(wǎng)絡的負責化，并且增加通信的轉發(fā)次數(shù)。如果錨點布置的過于稀疏又會導致測量數(shù)據(jù)過少導致位置估算又偏差，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。