CN109257701B - 一种基于sx1280的广域物联网节点定位方法及其*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法及其***;其中,基于SX1280的广域物联网节点定位方法,包括以下步骤:S1,节点分别向周围网关发送测距广播请求信息,得到网关的响应之后,记录响应的网关id;S2,节点对其中一个网关发送测距请求,打开网关天线,向节点发送测距请求确认响应;S3,节点对该网关发起测距,网关收到数据后,根据空中飞行时间,得到天线测得的与该节点距离,并记录该天线接收时的RSSI值;S4,对其他网关进行相应的测距操作;S5,对所有网关进行相应测距完成后,得到该节点与其周围网关的距离,选取最近的两个网关作为该节点的定位基准。本发明降低了节点复杂程度,节点定位的成本和功耗。
Description
技术领域
本发明涉及广域物联网节点定位技术领域,更具体地说是指一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法及其***。
背景技术
传统的定位方法有wifi定位、蓝牙定位、ZigBee定位、UWB定位、基站定位和GPS定位。对于WiFi、蓝牙、ZigBee和UWB定位主要应用在短距离传输的应用场景,定位范围在几百米范围之内,对于广域物联网的应用场景不适用;而对于基站定位距离虽然满足要求,但是对于偏远山区等无基站信号覆盖区域内,无法实现定位;而对于GPS定位距离和应用场景都符合,也是在传统广域物联网中常用的定位解决方案,做法就是在节点上安装GPS定位模块,对节点进行定位,但这样不仅增加了节点的复杂程度,更增加了节点的功耗和成本,无法满足需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法及其***。
为实现上述目的,本发明采用于下技术方案:
一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法,包括以下步骤:
S1,节点分别向周围网关发送测距广播请求信息,得到网关的响应之后,记录响应的网关id;
S2,节点对其中一个网关发送测距请求,该网关得到测距请求后,打开网关天线,向节点发送测距请求确认响应;
S3,节点对该网关发起测距,网关收到数据后,根据空中飞行时间,得到天线测得的与该节点距离,并记录该天线接收时的RSSI值;
S4,对其他网关进行相应的测距操作;
S5,对所有网关进行相应测距完成后,得到该节点与其周围网关的距离,选取最近的两个网关作为该节点的定位基准。
其进一步技术方案为:所述S2中,测距请求中包含节点id信息。
其进一步技术方案为:所述网关天线包括四根定向天线,分别为1、2、3、及4号天线,且指向正东、正南、正西、及正北方向。
其进一步技术方案为:所述S2中,打开网关天线为打开1号天线,关闭2、3、4号天线。
其进一步技术方案为:所述S3中,首先得到1号天线测得的与该节点距离,并记录1号天线接收时的RSSI值;网关将1、3、4号天线关闭,采用同样的操作,得到2号天线测得的与该节点距离,并记录2号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、4号天线关闭,采用同样的操作,得到3号天线测得的与该节点距离,并记录3号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、3号天线关闭,采用同样的操作,得到4号天线测得的与该节点距离,并记录4号天线接收时的RSSI值。
其进一步技术方案为:所述S3之后,还包括:该网关得到四根天线测得的距离及RSSI值,选取RSSI值最大的天线测出的距离作为最终距离,并将该天线号、距离、网关id和节点id发送至服务器,然后该网关向该节点发送测距完成响应。
其进一步技术方案为:所述S4中,节点收到测距完成响应后,然后采用同样的方法依次与其他网关进行相应的测距操作。
其进一步技术方案为:所述S5之后,还包括:对被测节点进行位置计算,得到该节点的位置信息,最终在web端显示。
一种基于SX1280的广域物联网节点定位***,包括发送响应单元,请求响应单元,发起记录单元,操作单元,及选取单元;
所述发送响应单元,用于节点分别向周围网关发送测距广播请求信息,得到网关的响应之后,记录响应的网关id;
所述请求响应单元,用于节点对其中一个网关发送测距请求,该网关得到测距请求后,打开网关天线,向节点发送测距请求确认响应;
所述发起记录单元,用于节点对该网关发起测距,网关收到数据后,根据空中飞行时间,得到天线测得的与该节点距离,并记录该天线接收时的RSSI值;
所述操作单元,用于对其他网关进行相应的测距操作;
所述选取单元,用于对所有网关进行相应测距完成后,得到该节点与其周围网关的距离之后,选取最近的两个网关作为该节点的定位基准。
其进一步技术方案为:所述网关天线包括四根定向天线,分别为1、2、3、及4号天线,且指向正东、正南、正西、及正北方向;所述请求响应单元中打开网关天线为打开1号天线,关闭2、3、4号天线;所述发起记录单元中,首先得到1号天线测得的与该节点距离,并记录1号天线接收时的RSSI值;网关将1、3、4号天线关闭,采用同样的操作,得到2号天线测得的与该节点距离,并记录2号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、4号天线关闭,采用同样的操作,得到3号天线测得的与该节点距离,并记录3号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、3号天线关闭,采用同样的操作,得到4号天线测得的与该节点距离,并记录4号天线接收时的RSSI值;该网关得到四根天线测得的距离及RSSI值,选取RSSI值最大的天线测出的距离作为最终距离,并将该天线号、距离、网关id和节点id发送至服务器,然后该网关向该节点发送测距完成响应。
本发明与现有技术相比的有益效果是:通过SX1280的测距功能得到网关与各个节点之间、节点与节点之间以及两个相邻网关之间的距离,节点通过网关向服务器上报与周边节点距离,网关也将与各个节点、与周边网关距离信息上报至服务器,服务器得到节点与网关、节点与其周围节点以及相邻网关之间的距离信息,通过使用两个网关的位置和部分距离信息得到节点位置信息,进而实现每个节点部署的位置信息,为网络节点提供实时的位置管理,为网络部署提供高效便捷的参考,大大降低了节点复杂程度,大大降低了节点定位的成本和节点功耗,能够更好地满足需求。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法的流程图;
图2为SX1280广域物联网的结构示意图;
图3为网关与节点部署的示意图;
图4为定位场景简易模型示意图;
图5为定位场景数学模型示意图;
图6为节点测距流程示意图;
图7为一种基于SX1280的广域物联网节点定位***的方框图。
10 发送响应单元 20 请求响应单元
30 发起记录单元 40 操作单元
50 选取单元
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容,下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明,但不局限于此。
如图1到图7所示的具体实施例,其中,如图1至图6所示,本发明公开了一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法,包括以下步骤:
S1,节点分别向周围网关发送测距广播请求信息,得到网关的响应之后,记录响应的网关id;
S2,节点对其中一个网关发送测距请求,该网关得到测距请求后,打开网关天线,向节点发送测距请求确认响应;
S3,节点对该网关发起测距,网关收到数据后,根据空中飞行时间,得到天线测得的与该节点距离,并记录该天线接收时的RSSI值;
S4,对其他网关进行相应的测距操作;
S5,对所有网关进行相应测距完成后,得到该节点与其周围网关的距离,选取最近的两个网关作为该节点的定位基准。
其中,RSSI为Received Signal Strength Indication的缩写,表示信号强度。
其中,如图2所示,对于SX1280广域物联网,主要有节点、网关和服务器三部分组成,节点通过LoRa扩频技术将节点采集的信息传给网关,网关再将节点信息传给服务器,其中网关位置信息已知。
其中,在S2中,测距请求中包含节点id信息,且此时网关已经得到节点id信息。
其中,网关天线包括四根定向天线,分别为1、2、3、及4号天线,且指向正东、正南、正西、及正北方向。
其中,在S2中,打开网关天线为打开1号天线,关闭2、3、4号天线。
其中,在S3中,首先得到1号天线测得的与该节点距离,并记录1号天线接收时的RSSI值;网关将1、3、4号天线关闭,采用同样的操作,得到2号天线测得的与该节点距离,并记录2号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、4号天线关闭,采用同样的操作,得到3号天线测得的与该节点距离,并记录3号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、3号天线关闭,采用同样的操作,得到4号天线测得的与该节点距离,并记录4号天线接收时的RSSI值。
其在,在S3之后,还包括:该网关得到四根天线测得的距离及RSSI值,选取RSSI值最大的天线测出的距离作为最终距离,并将该天线号、距离、网关id和节点id发送至服务器,然后该网关向该节点发送测距完成响应。
其中,在S4中,节点收到测距完成响应后,然后采用同样的方法依次与其他网关进行相应的测距操作。
其中,在S5之后,还包括:对被测节点进行位置计算,得到该节点的位置信息,最终在web端显示,为可视化操作和节点位置统一管理提供帮助。
具体地,如图3至图5所示,网关1分别使用1、2、3、4号天线分别对待测节点进行测距操作,并将每个天线的测距的的RSSI的值记录下来,取出RSSI最大的值以及对应的测距信息作为最终的距离信息,最终将节点id、网关id、距离信息和对应天线号发送至服务器,网关2也使用同样的方法得到与该节点的距离信息和对应的天下线号,并将节点id、网关id、距离信息和对应天线号发送至服务器;最终服务器得到该被测节点与临近的的两个网关1和网关2的距离信息和其对应的天线号,然后对该节点进行定位。
具体地,图4至图5所示,为说明本发明的方法,将模型简化如下:由抽象出数学模型所示,其中B、C为网关,位置坐标已知,假设B(XB,YB)、C(XC,YC),AC、AB相互之间的距离也为已知,分别为b、c,其中B、C的天线分别使用的是3和4号天线;求A点坐标(X,Y)。
由方程组:
有此解得【d是AA’的距离,原来的a是BC的距离】
其中,
由于,使用的的是B网关的4号天线,C网关的3号天线,故A节点应该在BC线的左下方,即应满足
XB<x0,故排除②;
因此最终得到A节点位置坐标
对于整个网络中的其他节点使用同样方法进行定位,最终实现整个广域物联网的节点定位。
其中,如图6所示,节点测距流程为:
a.节点向网关发送测距请求(包含该节点的id信息);
b.网关开启1号定向天线,关闭2、3、4号天线,并向该节点发送测距请求确认响应;
c.节点向网关发送测距数据;
d.网关收到数据,根据空中飞行时间,计算得出距离信息,读取RSSI值并存储,关闭1号天线,开启2号天线,向节点发送继续测距指令;
e.节点向网关发送测距数据;
f.网关收到数据,根据空中飞行时间,计算得出距离信息,读取RSSI值并存储,关闭2号天线,开启3号天线,向节点发送继续测距指令;
g.节点向网关发送测距数据;
h.网关收到数据,根据空中飞行时间,计算得出距离信息,读取RSSI值并存储,关闭3号天线,开启4号天线,向节点发送继续测距指令;
i.节点向网关发送测距数据,网关收到数据,根据空中飞行时间,计算得出距离信息,读取RSSI并存储;
j.网关选取RSSI值最大的天线测出的距离作为最终距离,并将该天线号、距离、网关id和节点id发送至服务器;
k.网关向该节点发送测距完成响应。
本发明的定位方法采用的是基于SX1280的无线射频芯片,在实现节点功能的同时还支持测距功能,为物联网的定位提供了可能,同时SX1280支持LoRa扩频技术,大大提高了传输距离,完全满足广域物联网的需要,本发明定位方法大大降低了节点成本,减少额外定外模块的电能消耗,降低了节点的复杂程度。
如图7所示,本发明公开了一种基于SX1280的广域物联网节点定位***,包括发送响应单元10,请求响应单元20,发起记录单元30,操作单元40,及选取单元50;
发送响应单元10,用于节点分别向周围网关发送测距广播请求信息,得到网关的响应之后,记录响应的网关id;
请求响应单元20,用于节点对其中一个网关发送测距请求,该网关得到测距请求后,打开网关天线,向节点发送测距请求确认响应;
发起记录单元30,用于节点对该网关发起测距,网关收到数据后,根据空中飞行时间,得到天线测得的与该节点距离,并记录该天线接收时的RSSI值;
操作单元40,用于对其他网关进行相应的测距操作;
选取单元50,用于对所有网关进行相应测距完成后,得到该节点与其周围网关的距离之后,选取最近的两个网关作为该节点的定位基准。
其中,网关天线包括四根定向天线,分别为1、2、3、及4号天线,且指向正东、正南、正西、及正北方向;所述请求响应单元中打开网关天线为打开1号天线,关闭2、3、4号天线;所述发起记录单元中,首先得到1号天线测得的与该节点距离,并记录1号天线接收时的RSSI值;网关将1、3、4号天线关闭,采用同样的操作,得到2号天线测得的与该节点距离,并记录2号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、4号天线关闭,采用同样的操作,得到3号天线测得的与该节点距离,并记录3号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、3号天线关闭,采用同样的操作,得到4号天线测得的与该节点距离,并记录4号天线接收时的RSSI值;该网关得到四根天线测得的距离及RSSI值,选取RSSI值最大的天线测出的距离作为最终距离,并将该天线号、距离、网关id和节点id发送至服务器,然后该网关向该节点发送测距完成响应。
本发明通过SX1280的测距功能得到网关与各个节点之间、节点与节点之间以及两个相邻网关之间的距离,节点通过网关向服务器上报与周边节点距离,网关也将与各个节点、与周边网关距离信息上报至服务器,服务器得到节点与网关、节点与其周围节点以及相邻网关之间的距离信息,通过使用两个网关的位置和部分距离信息得到节点位置信息,进而实现每个节点部署的位置信息,为网络节点提供实时的位置管理,为网络部署提供高效便捷的参考,大大降低了节点复杂程度,大大降低了节点定位的成本和节点功耗,能够更好地满足需求,为***网络可视化管理、监测提供帮助。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容,以便于读者更容易理解,但不代表本发明的实施方式仅限于此,任何依本发明所做的技术延伸或再创造,均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,节点分别向周围网关发送测距广播请求信息,得到网关的响应之后,记录响应的网关id;
S2,节点对其中一个网关发送测距请求,该网关得到测距请求后,打开网关天线,向节点发送测距请求确认响应;
S3,节点对该网关发起测距,网关收到数据后,根据空中飞行时间,得到天线测得的与该节点距离,并记录该天线接收时的RSSI值;
S4,对其他网关进行相应的测距操作;
S5,对所有网关进行相应测距完成后,得到该节点与其周围网关的距离,选取最近的两个网关作为该节点的定位基准;
所述S2中,测距请求中包含节点id信息;所述网关天线包括四根定向天线,分别为1、2、3、及4号天线,且指向正东、正南、正西、及正北方向。
2.根据权利要求1所述的一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法,其特征在于,所述S2中,打开网关天线为打开1号天线,关闭2、3、4号天线。
3.根据权利要求2所述的一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法,其特征在于,所述S3中,首先得到1号天线测得的与该节点距离,并记录1号天线接收时的RSSI值;网关将1、3、4号天线关闭,采用同样的操作,得到2号天线测得的与该节点距离,并记录2号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、4号天线关闭,采用同样的操作,得到3号天线测得的与该节点距离,并记录3号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、3号天线关闭,采用同样的操作,得到4号天线测得的与该节点距离,并记录4号天线接收时的RSSI值。
4.根据权利要求3所述的一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法,其特征在于,所述S3之后,还包括:该网关得到四根天线测得的距离及RSSI值,选取RSSI值最大的天线测出的距离作为最终距离,并将该天线号、距离、网关id和节点id发送至服务器,然后该网关向该节点发送测距完成响应。
5.根据权利要求4所述的一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法,其特征在于,所述S4中,节点收到测距完成响应后,然后采用同样的方法依次与其他网关进行相应的测距操作。
6.根据权利要求1所述的一种基于SX1280的广域物联网节点定位方法,其特征在于,所述S5之后,还包括:对被测节点进行位置计算,得到该节点的位置信息,最终在web端显示。
7.一种基于SX1280的广域物联网节点定位***,其特征在于,包括发送响应单元,请求响应单元,发起记录单元,操作单元,及选取单元;
所述发送响应单元,用于节点分别向周围网关发送测距广播请求信息,得到网关的响应之后,记录响应的网关id;
所述请求响应单元,用于节点对其中一个网关发送测距请求,该网关得到测距请求后,打开网关天线,向节点发送测距请求确认响应;
所述发起记录单元,用于节点对该网关发起测距,网关收到数据后,根据空中飞行时间,得到天线测得的与该节点距离,并记录该天线接收时的RSSI值;
所述操作单元,用于对其他网关进行相应的测距操作;
所述选取单元,用于对所有网关进行相应测距完成后,得到该节点与其周围网关的距离之后,选取最近的两个网关作为该节点的定位基准;
所述网关天线包括四根定向天线,分别为1、2、3、及4号天线,且指向正东、正南、正西、及正北方向;所述请求响应单元中打开网关天线为打开1号天线,关闭2、3、4号天线;所述发起记录单元中,首先得到1号天线测得的与该节点距离,并记录1号天线接收时的RSSI值;网关将1、3、4号天线关闭,采用同样的操作,得到2号天线测得的与该节点距离,并记录2号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、4号天线关闭,采用同样的操作,得到3号天线测得的与该节点距离,并记录3号天线接收时的RSSI值;网关将1、2、3号天线关闭,采用同样的操作,得到4号天线测得的与该节点距离,并记录4号天线接收时的RSSI值;该网关得到四根天线测得的距离及RSSI值,选取RSSI值最大的天线测出的距离作为最终距离,并将该天线号、距离、网关id和节点id发送至服务器,然后该网关向该节点发送测距完成响应。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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