基于TDMA的UWB高密度室内精准定位系统的设计与开发

发布时间：2020-03-24 06:41

【摘要】：随着无线通信技术的发展,人们对定位服务的需求从室外定位延伸到了室内定位。近年来,一批无线定位技术如无线局域网技术(WLAN)、无线射频识别技术(RFID)、超宽带技术(UWB)成为了众多研究者研究的热门。其中,超宽带技术凭借传输速率高、抗干扰能力强、定位精准度高的优势,获得了较高的关注度。但是,有关超宽带室内定位研究方向大多集中于定位算法、定位技术融合等,鲜有对节点高密度场景下的研究,例如在物流仓储、化工工厂等场景下对大量人或物进行定位。在节点高密度的场景下,室内定位系统面临链路资源紧张的问题,如果缺乏对链路资源的合理规划,会导致信号频繁在空间发生碰撞,产生很大时延,从而极大地影响定位实时性和准确性。本文针对上述问题,利用无线传感网络的思想,设计与实现了基于TDMA的UWB高密度室内精准定位系统。通过将时间划分成时隙,让节点在时隙中有序地收发数据,使得定位系统可以承载大量定位节点,并且保证定位的实时性和精准度。本文针对定位系统无法适应节点高密度的问题,对定位系统的MAC层进行了如下通信方案的设计:首先基于TDMA协议设计了链路调度模块,包括超帧结构的设计、时隙的设置、时隙时序的安排、数据收发的控制,通过对上述设计使定位系统可以容纳大量定位节点,其次,本文设计了网络控制管理模块,该模块以链路调度模块为基础,控制节点完成同步,入网,出网,从而实现系统中的节点同步工作,达到规划链路资源,保证定位实时性的目的。根据上述设计,本文将MAC层分为MAC控制子层和MAC调度子层进行实现,MAC控制子层提供控制管理服务和数据服务,负责为上层应用提供收发的接口,帧和时隙的管理与分配,存储调度信息。MAC调度子层主要负责时隙的调度,控制射频芯片进行收发以及数据包的解析。两个子层共同完成了协议栈的相关功能。本文对上述提出的MAC协议进行了功能性测试,并对节点高密度场景下的定位系统进行了测试分析。结果表明,基于TDMA的MAC层协议可以支持节点高密度场景下的室内精准定位。
【图文】：

图１－１论文的主要工作与结构框架逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｍａｉｎ邋ｗｏｒｋ邋ａｎｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｆｒａｍｅｗｏｒｋ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐａｐｅｒ逡逑

基于TDMA的UWB高密度室内精准定位系统的设计与开发

图２－１各类无线信号的功率对比图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｐｏｗｅｒ邋ｃｏｎｔｒａｓｔ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｖａｒｉｏｕｓ邋ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋ｓｉｇｎａｌｓ逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN925;TP212.9

【参考文献】