基于CSS技术的异步自适应相对时隙分配方法

摘要

本发明提出了一种基于CSS技术的异步自适应相对时隙分配方法，属于CSS技术领域。本发明在多个CSS终端同时向一台CSS基站或者多台CSS基站向一个CSS终端发送测距请求时，设定发送测距请求的装置为发送装置，接收测距请求的装置为接收装置，各发送装置并非随机地向接收装置发送测距请求，而是针对每一发送装置确定唯一的相对时隙，之后每隔一个定位数据刷新周期发送一次测距请求，避免了在数据传输过程中产生干扰和冲突而导致数据传输失败的问题，适用于大规模CSS终端精确定位的CSS定位系统；本发明将接收装置当前的空闲时隙数Cslot idle以广播的形式发送给各发送装置，减少了发送装置无效数据的发送，提高了发送装置的待机时间。

说明书

技术领域

本发明涉及CSS技术领域，尤其涉及一种基于CSS(Chirp Spread Spectrum， 线性调频扩频)技术的异步自适应相对时隙分配方法。

背景技术

为了适应人们对终端精确定位的需求，出现了基于CSS技术的定位系统， 如图1所示，包括CSS终端、CSS基站和CSS位置服务器且该CSS终端和CSS 基站均包括处理器和CSS无线芯片，其中CSS终端通过CSS无线芯片与CSS 基站建立通信，由CSS基站计算出CSS终端与CSS基站之间的距离并将该距离 发送给CSS位置服务器，或者由该CSS终端的处理器计算出CSS终端与CSS 基站之间的距离，通过该CSS无线芯片将该距离发送给该CSS基站并由该CSS 基站转发给该CSS位置服务器，CSS位置服务器根据该距离计算出CSS终端与 CSS基站之间的位置数据，CSS位置服务器根据多个位置数据即可实现CSS终 端的精确定位。

目前，CSS技术采用802.15.4a标准，在2.4G的ISM载频上传输无线信号， 当多个CSS同频信号在空中传播的时候，就会存在干扰问题。特别是多个CSS 终端向同一个CSS基站同时发送数据或者多个CSS基站向同一个CSS终端同时 发送数据时，就会出现干扰和冲突问题，导致当次的数据传输无效。

虽然通用的CSS无线芯片均提供了重传机制，即CSS无线芯片在发送数据 出去之后，会等待对端的确认信号，在等待一定的时候后没有收到确认的话， 将会重新发送未成功发送的数据，重传次数由编程确定。重传机制可以一定程 度上保证数据传输的可靠性，但不能根本上解决干扰和冲突带来的数据传输失 败问题。

事实上，在基于CSS技术的定位系统中，往往需要多个CSS基站才能确定 CSS终端的具体位置，同时实际应用中应用场景更多的是多个CSS终端对应多 个CSS基站，因此在CSS终端的定位过程中就存在多个CSS终端同时向一台 CSS基站发送数据的情况以及多个CSS基站同时向一台CSS终端发送数据的情 况。当这样的情况出现的时候，将会导致某台CSS终端某时刻测距数据无效， 随着终端个数的增多，发生测距无效的概率就会逐步增大，当终端数目增加到 一定的时候，系统将一直处于瘫痪状态。比如，目前CSS无线芯片厂家Nanotron 给出的参考系统设计说明的文件中指出，在4个CSS基站的系统里，最大可能 支持16个CSS终端，如果再增加终端数，冲突概率变大，很快就无法定位。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种 基于CSS技术的异步自适应相对时隙分配方法，避免了在数据传输过程中产生 干扰和冲突而导致数据传输失败的问题，降低了CSS终端功耗，并且提高了接 收装置的容量，适用于大规模CSS终端精确定位的CSS定位系统。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于CSS技术的异步自适 应相对时隙分配方法，包括CSS终端和CSS基站，且该CSS终端和CSS基站 均包括处理器和CSS无线芯片，其中该CSS终端通过CSS无线芯片与CSS基 站建立通信；

在计算该CSS终端与该CSS基站之间距离的过程中可以由该CSS基站向 CSS终端发送测距请求，且该CSS终端将测距数据反馈给该CSS基站，从而由 该CSS基站根据该测距数据计算出该CSS终端与该CSS基站之间的距离；

或者由该CSS终端向该CSS基站发送测距请求，且该CSS基站将测距数据 反馈给CSS终端，从而由该CSS终端根据该测距数据计算出该CSS终端与该 CSS基站之间的距离；

其特征在于：在多个CSS终端同时向一台CSS基站或者多台CSS基站向一 个CSS终端发送测距请求时，设定发送测距请求的装置为发送装置，接收测距 请求的装置为接收装置，并且设定该发送装置与该接收装置之间完成单次测距 的时间为Tmeasure，定位数据刷新周期为Tupdate，该接收装置在定位数据刷新 周期Tupdate内用于测距外其他业务的开销时间为Tmisc；

该方法包括确定各发送装置相对时隙的起始时间点Tslot的步骤：

A1、在该发送装置与该接收装置之间进行测距过程中，该发送装置的处理 器向其CSS无线芯片发送定位请求，并记录当前的时间戳Tsend；

A2、该发送装置中CSS无线芯片向该接收装置发送测距请求；

A3、初始化该发送装置中CSS无线芯片的重传计数器Counter的超时重传 次数Cretransmit_counter为0，其中该重传计数器Counter设定的最大超时重传 次数为N，N为整数；

A4、启动该发送装置中CSS无线芯片的重传计时器Timer，其中该重传计 时器Timer的重传时间间隔为Tretransmit_interval；

A5、判断该发送装置中CSS无线芯片在重传时间间隔Tretransmit_interval 内是否成功接收到接收装置返回的测距数据，如果成功接收到该接收装置返回 的测距数据，则该发送装置的处理器从其CSS无线芯片的重传计数器中读取超 时重传次数Cretransmit_counter，确定该发送装置的CSS无线芯片成功发送测距 请求的时间为Tsend+Tretransmit_interval*Cretransmit_counter，并且将该测距请 求的成功发送时间确定为相对时隙的起始时间点 Tslot=Tsend+Tretransmit_interval*Cretransmit_counter，将相对时隙的结束时间点 确定为Tslot+Tmeasure，由此确定该发送装置的CSS无线芯片下一次发送测距 请求的时间为Tslot+Tupdate，即该发送装置的处理器下一次发送定位请求的时 间为Tslot+Tupdate；

如果未成功接收到该接收装置返回的测距数据，则进一步判断该重传计数 器Counter的超时重传次数Cretransmit_counter是否大于N：在 Cretransmit_counter≤N时该发送装置中CSS无线芯片重新向该接收装置发送测 距请求，且该重传计数器Counter的超时重传次数Cretransmit_counter加1；

A6、重复执行步骤A4～A5。

本发明通过上述方法，在多个CSS终端同时向一台CSS基站或者多台CSS 基站向一个CSS终端发送测距请求时，设定发送测距请求的装置为发送装置， 接收测距请求的装置为接收装置，各发送装置并非随机地向接收装置发送测距 请求，而是针对每一发送装置确定唯一的相对时隙，之后每隔一个定位数据刷 新周期发送一次测距请求，避免了在数据传输过程中产生干扰和冲突而导致数 据传输失败的问题，降低了发送装置功耗，并且提高了接收装置的容量，适用 于大规模CSS终端精确定位的CSS定位系统。

该基于CSS技术的异步自适应相对时隙分配方法还包括该接收装置定期广 播当前的空闲时隙数Cslot_idle的步骤：

B1、在当前的定位数据刷新周期Tupdate内，统计成功接收到测距数据的发 送装置的个数Cterminal_counter；

B2、根据该发送装置与该接收装置之间完成单次测距的时间Tmeasure、定 位数据刷新周期为Tupdate以及该接收装置在定位数据刷新周期Tupdate内用于 测距外其他业务的开销时间为Tmisc，确定接收装置支持的最大发送装置个数 Cmax=(Tupdate-Tmisc)/Tmeasure；

B3、计算出当前的空闲时隙数Cslot_idle=Cmax-Cterminal_counter，并且定 期广播当前的空闲时隙数Cslot_idle。

所述步骤A5中在Cretransmit_counter>N时该发送装置中CSS无线芯片通 知其处理器测距请求发送失败，该处理器进一步判断该接收装置当前的空闲时 隙数Cslot_idle是否大于0：

如果大于0则该处理器重新发送定位请求，从而继续向该接收装置发送测 距请求；

如果等于0则该处理器停止发送定位请求，从而停止向该接收装置发送测 距请求。

本发明将接收装置当前的空闲时隙数Cslot_idle以广播的形式发送给各发送 装置，当CSS无线芯片在该重传计数器Counter设定的最大超时重传次数N内 未成功接收到接收装置返回的测距数据时，首先判断接收装置是否还有接收测 距请求的能力，如果没有则停止发送测距请求，从而减少了发送装置无效数据 的发送，提高了发送装置的待机时间。

该基于CSS技术的异步自适应相对时隙分配方法还包括新增加的发送装置 在申请相对时隙时如果抢占了已有发送装置的相对时隙，则该已有发送装置进 行新一轮的相对时隙抢占过程。

Cmax=k*Cmax，其中k为百分数且0<k<1。

对接收装置的容量设定一个门限值，可以避免新增加的发送装置在申请相 对时隙时可能发生碰撞，确保在新增加的发送装置在接收装置未饱和的情况下 在较短周期内确定其对应的相对时隙。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明在多个CSS终端同时向一台CSS基站发送测距请求或者多台CSS 基站向一个CSS终端发送测距请求时，各CSS终端并非随机地向接收装置发送 测距请求，而是针对每一CSS终端确定唯一的相对时隙，之后每隔一个定位数 据刷新周期发送一次测距请求，避免了在数据传输过程中产生干扰和冲突而导 致数据传输失败的问题，降低了发送装置功耗，并且提高了接收装置的容量， 适用于大规模CSS终端精确定位的CSS定位系统；

2、本发明将接收装置当前的空闲时隙数Cslot_idle以广播的形式发送给各 CSS终端，当CSS无线芯片在该重传计数器Counter设定的最大超时重传次数N 内未成功接收到接收装置返回的测距数据时，首先判断接收装置是否还有接收 测距请求的能力，如果没有则停止发送测距请求，从而减少了发送装置无效数 据的发送，提高了发送装置的待机时间；

3、对接收装置的容量设定一个门限值，可以避免新增加的发送装置在申请 相对时隙时可能发生碰撞，确保在新增加的发送装置在接收装置未饱和的情况 下在较短周期内确定其对应的相对时隙。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描 述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将 变得明显和容易理解，其中：

图1是CSS定位系统架构图；

图2是本发明的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自 始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元 件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能 理解为对本发明的限制。

如图2所示，本发明在多个CSS终端同时向一台CSS基站或者多台CSS基 站向一个CSS终端发送测距请求时，设定发送测距请求的装置为发送装置，接 收测距请求的装置为接收装置，并且设定该发送装置与该接收装置之间完成单 次测距的时间为Tmeasure，定位数据刷新周期为Tupdate，该接收装置在定位数 据刷新周期Tupdate内用于测距外其他业务的开销时间为Tmisc。

该基于CSS技术的异步自适应相对时隙分配方法包括确定各发送装置相对 时隙的起始时间点Tslot的步骤：

A1、在该发送装置与该接收装置之间进行测距过程中，该发送装置的处理 器向其CSS无线芯片发送定位请求，并记录当前的时间戳Tsend；

A2、该发送装置中CSS无线芯片向该接收装置发送测距请求；

A3、初始化该发送装置中CSS无线芯片的重传计数器Counter的超时重传 次数Cretransmit_counter为0，其中该重传计数器Counter设定的最大超时重传 次数为N，N为整数；

A4、启动该发送装置中CSS无线芯片的重传计时器Timer，其中该重传计 时器Timer的重传时间间隔为Tretransmit_interval；

A5、判断该发送装置中CSS无线芯片在重传时间间隔Tretransmit_interval 内是否成功接收到接收装置返回的测距数据，如果成功接收到该接收装置返回 的测距数据，则该发送装置的处理器从其CSS无线芯片的重传计数器中读取超 时重传次数Cretransmit_counter，确定该发送装置的CSS无线芯片成功发送测距 请求的时间为Tsend+Tretransmit_interval*Cretransmit_counter，并且将该测距请 求的成功发送时间确定为相对时隙的起始时间点 Tslot=Tsend+Tretransmit_interval*Cretransmit_counter，将相对时隙的结束时间点 确定为Tslot+Tmeasure，由此确定该发送装置的CSS无线芯片下一次发送测距 请求的时间为Tslot+Tupdate，即该发送装置的处理器下一次发送定位请求的时 间为Tslot+Tupdate；

如果未成功接收到该接收装置返回的测距数据，则进一步判断该重传计数 器Counter的超时重传次数Cretransmit_counter是否大于N：在 Cretransmit_counter≤N时该发送装置中CSS无线芯片重新向该接收装置发送测 距请求，且该重传计数器Counter的超时重传次数Cretransmit_counter加1；

A6、重复执行步骤A4～A5。

本发明通过上述方法，在多个CSS终端同时向一台CSS基站或者多台CSS 基站向一个CSS终端发送测距请求时，设定发送测距请求的装置为发送装置， 接收测距请求的装置为接收装置，各发送装置并非随机地向接收装置发送测距 请求，而是针对每一发送装置确定唯一的相对时隙，之后每隔一个定位数据刷 新周期发送一次测距请求，避免了在数据传输过程中产生干扰和冲突而导致数 据传输失败的问题，降低了发送装置功耗，并且提高了接收装置的容量，适用 于大规模CSS终端精确定位的CSS定位系统。

该基于CSS技术的异步自适应相对时隙分配方法还包括该接收装置定期广 播当前的空闲时隙数Cslot_idle的步骤：

B1、在当前的定位数据刷新周期Tupdate内，统计成功接收到测距数据的发 送装置的个数Cterminal_counter；

B2、根据该发送装置与该接收装置之间完成单次测距的时间Tmeasure、定 位数据刷新周期为Tupdate以及该接收装置在定位数据刷新周期Tupdate内用于 测距外其他业务的开销时间为Tmisc，确定接收装置支持的最大发送装置个数 Cmax=(Tupdate-Tmisc)/Tmeasure；

B3、计算出当前的空闲时隙数Cslot_idle=Cmax-Cterminal_counter，并且定 期广播当前的空闲时隙数Cslot_idle。

在上述步骤A5中在Cretransmit_counter>N时该发送装置中CSS无线芯片 通知其处理器测距请求发送失败，该处理器进一步判断该接收装置当前的空闲 时隙数Cslot_idle是否大于0：

如果大于0则该处理器重新发送定位请求，从而继续向该接收装置发送测 距请求；

如果等于0则该处理器停止发送定位请求，从而停止向该接收装置发送测 距请求。

本发明将接收装置当前的空闲时隙数Cslot_idle以广播的形式发送给各发送 装置，当CSS无线芯片在该重传计数器Counter设定的最大超时重传次数N内 未成功接收到接收装置返回的测距数据时，首先判断接收装置是否还有接收测 距请求的能力，如果没有则停止发送测距请求，从而减少了发送装置无效数据 的发送，提高了发送装置的待机时间。

该基于CSS技术的异步自适应相对时隙分配方法还包括新增加的发送装置 在申请相对时隙时如果抢占了已有发送装置的相对时隙，则该已有发送装置进 行新一轮的相对时隙抢占过程。

新增加的发送装置在申请相对时隙时如果抢占了已有发送装置的相对时 隙，则该已有发送装置进行新一轮的相对时隙抢占过程。由于新增加的发送装 置在申请相对时隙时可能发生碰撞，为了降低这种碰撞的可能性，可以为接收 装置支持的最大CSS终端个数Cmax设定一个门限值，即Cmax=k*Cmax，其 中k为百分数且0<k<1，由此对于新增加的CSS终端，在接收装置未饱和的情 况下均可在较短周期内确定其对应的相对时隙。

在本发明的第一实施例中，以多个CSS终端向一台CSS基站为例，该基于 CSS技术的异步自适应相对时隙分配方法包括确定各CSS终端相对时隙的起始 时间点Tslot的步骤：

A1、在该CSS终端与该CSS基站之间进行测距过程中，该CSS终端的处 理器向该CSS无线芯片发送定位请求，并记录当前的时间戳Tsend。

A2、该CSS无线芯片向该CSS基站发送测距请求。

A3、初始化重传计数器Counter的超时重传次数Cretransmit_counter为0， 其中该重传计数器Counter设定的最大超时重传次数为N，N为整数。

A4、启动该CSS无线芯片中的重传计时器Timer，其中该重传计时器Timer 的重传时间间隔为Tretransmit_interval。

A5、判断该CSS无线芯片在重传时间间隔Tretransmit_interval内是否成功 接收到CSS基站返回的测距数据，如果成功接收到该CSS基站返回的测距数据， 则该CSS终端的处理器从其CSS无线芯片的重传计数器中读取超时重传次数 Cretransmit_counter。

本发明将CSS终端的处理器成功发送定位请求的时间确定为 Tsend+Tretransmit_interval*Cretransmit_counter，并且将该测距请求的成功发送时 间确定为相对时隙的起始时间点 Tslot=Tsend+Tretransmit_interval*Cretransmit_counter，将相对时隙的结束时间点 确定为Tslot+Tmeasure，由此确定该CSS终端的CSS无线芯片下一次发送测距 请求的时间为Tslot+Tupdate，即该CSS终端的处理器下一次发送定位请求的时 间为Tslot+Tupdate；

如果未成功接收到该CSS基站返回的测距数据，则进一步判断该重传计数 器Counter的超时重传次数Cretransmit_counter是否大于N：在 Cretransmit_counter≤N时该CSS无线芯片重新向该CSS基站发送测距请求，并 且该重传计数器Counter的超时重传次数Cretransmit_counter加1；

A6、重复执行步骤A4～A5。

本发明通过上述方法，在多个CSS终端同时向一台CSS基站发送测距请求 时，各CSS终端并非随机地向CSS基站发送测距请求，而是针对每一CSS终端 确定唯一的相对时隙，之后每隔一个定位数据刷新周期发送一次测距请求，避 免了在数据传输过程中产生干扰和冲突而导致数据传输失败的问题，降低了CSS 终端功耗，并且提高了CSS基站的容量，适用于大规模CSS终端精确定位的 CSS定位系统。

该基于CSS技术的异步自适应相对时隙分配方法还包括该CSS基站定期广 播当前的空闲时隙数Cslot_idle的步骤：

B1、在当前的定位数据刷新周期Tupdate内，统计成功接收到测距数据的 CSS终端的个数Cterminal_counter：CSS基站每成功返回一条测距数据给CSS 终端，Cterminal_counter加1。

B2、根据该CSS终端与该CSS基站之间完成单次测距的时间Tmeasure、定 位数据刷新周期为Tupdate以及该CSS基站在定位数据刷新周期Tupdate内用于 测距外其他业务的开销时间为Tmisc，确定CSS基站支持的最大CSS终端个数 Cmax=(Tupdate-Tmisc)/Tmeasure。由于Tmeasure很大程度上取决于CSS定位系 统的处理能力，因此如果CSS终端与CSS基站中处理器的处理能力越高，CSS 基站支持的最大CSS终端个数Cmax越多。

在本实施例中，Tmeasure为5ms，当系统要求定位数据刷新周期Tupdate为 1s，Tmisc为20ms时，Cmax＝(Tupdate-Tmisc)/Tmeasure＝(1000-20)/5=196。

B3、计算出当前的空闲时隙数Cslot_idle=Cmax-Cterminal_counter，并且定 期广播当前的空闲时隙数Cslot_idle。

在上述步骤A5中在Cretransmit_counter>N时表示CSS无线芯片在该重传 计数器Counter设定的最大超时重传次数N内未成功接收到CSS基站返回的测 距数据，CSS无线芯片通知对应的处理器测距请求发送失败，处理器判断该CSS 基站当前的空闲时隙数Cslot_idle是否大于0：如果大于0则该处理器结合设定 的等待策略决定重新发送定位请求的时间，从而继续向该CSS基站发送测距请 求；如果等于0则该处理器停止向该CSS基站发送测距请求。应注意的是：处 理器的等待策略可设定为但不限於每隔一特定时间段重新发送一次定位请求。

本发明将CSS基站当前的空闲时隙数Cslot_idle以广播的形式发送给各CSS 终端，当CSS无线芯片在该重传计数器Counter设定的最大超时重传次数N内 未成功接收到CSS基站返回的测距数据时，首先判断CSS基站是否还有接收测 距请求的能力，如果没有则停止发送测距请求，从而减少了CSS终端无效数据 的发送，提高了CSS终端的待机时间。

新增加的CSS终端在申请相对时隙时如果抢占了已有CSS终端的相对时 隙，则该已有CSS终端进行新一轮的相对时隙抢占过程。由于新增加的CSS终 端在申请相对时隙时可能发生碰撞，为了降低这种碰撞的可能性，可以为CSS 基站支持的最大CSS终端个数Cmax设定一个门限值，即Cmax=k*Cmax，其 中k为百分数且0<k<1，由此对于新增加的CSS终端，在CSS基站未饱和的情 况下均可在较短周期内确定其对应的相对时隙。

相对已有的时隙分配算法，减少CSS终端和CSS基站，CSS基站和CSS基 站之间复杂的时钟同步和严格的时钟一致要求。此外，如果CSS终端带有WIFI， 蓝牙同样使用2.4GHZ的无线模块，该发明为他们分时工作共存提供了必要条 件。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具 体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结 构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中， 对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具 体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适 的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、 替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。