CN111090111A - 基于边缘计算的动态差分定位方法及*** - Google Patents
基于边缘计算的动态差分定位方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于边缘计算的动态差分定位方法，所述方法包括以下步骤：在边缘计算服务器上部署动态差分定位解算模块；边缘计算服务器接收来自云计算平台实时播发的区域差分改正值，所述云计算平台基于卫星导航地基增强***；边缘计算服务器接收来自移动终端的基于卫星导航***的观测数据；边缘计算服务器根据区域差分改正值和移动终端的观测数据，通过动态差分定位解算模块进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果并向移动终端发送；移动终端接收来自边缘计算服务器的高精度定位结果。本发明具有毫秒级时延、***容量大、容灾性强、通信协议简单的特点。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种基于边缘计算的动态差分定位方法及***。
背景技术
边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)是近年通信信息领域出现的新名词，直观地来看，就是把那些庞然大物般的数据中心压缩后安装到无线通信基站这样的设备边上，通过在移动网络边缘提供IT服务环境和云计算能力，以减少网络操作和服务交付的时延，其技术特征主要包括“邻近性、低时延、高宽带和位置认知”。
实时动态差分定位技术，基本原理是在一个较大的区域内、较均匀地布设多个卫星导航地面基准站，构成一个地基增强***，借鉴差分定位的基本原理和方法来设法消除或削弱各种卫星导航***误差的影响，获得高精度的定位结果。
基于终端解算的动态差分定位方法，包含如下步骤：(1)移动终端获取基于卫星导航***的观测数据，计算出概略定位信息；(2)移动终端将概略定位信息发送至基于卫星导航地基增强***的差分数据云计算平台；(3)差分数据云计算平台根据此概略定位信息，将区域差分改正值播发给移动终端；(4)移动终端进行差分解算，得到高精度定位结果。
基于云端解算的动态差分定位方法，包含如下步骤：(1)移动终端获取基于卫星导航***的观测数据；(2)移动终端将卫星观测数据发送至基于卫星导航地基增强***的差分数据云计算平台；(3)差分数据云计算平台根据区域差分改正值和移动终端的观测数据，进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果；(4)移动终端接收来自差分数据云计算平台的高精度定位结果。
现有基于终端解算的动态差分定位方法，由于动态差分解算在移动终端内执行，首先要求该终端必须支持差分解算功能，一般需要集成高精度定位芯片和包含差分定位算法的固件，增加了终端的成本，同时，实时差分解算的计算量较大，对移动终端的功耗过高，此外，移动终端需要实时获取区域差分改正数据，下行流量消耗较大。
现有基于云端解算的动态差分定位方法，由于动态差分解算在云计算平台上执行，首先要求移动终端实时上传导航卫星观测数据，并经由移动互联网传输至云计算平台，整个通信链路的时延达到秒级，无法应用于对实时性要求非常高的动态目标的高精度定位，如汽车、无人机等，同时，云计算平台需要同时处理数以亿计的移动终端高精度定位请求，对其通道带宽和计算能力的压力巨大，且存在中心点不稳定性的风险。
发明内容
本发明解决了现有基于终端解算的动态差分定位方法存在的四个主要技术问题：
1)对移动终端的软硬件要求较高；
2)实时差分解算的计算量较大，移动终端的功耗较高；
3)移动终端需要实时获取差分改正数据，流量消耗较大。
本发明还解决了现有基于云端解算的动态差分定位方法存在的两个技术问题：
1)从终端到云端，存在秒级的时延，无法应用于对实时性要求非常高的动态场景，特别是高速运动状态下的移动终端(如汽车、无人机等)。
2)有精准定位需求的移动终端规模非常庞大(亿级)，对云平台的带宽和计算能力压力巨大，且存在不稳定性的风险。
基于此，本发明采用的技术方案如下：
一种基于边缘计算的动态差分定位方法，所述方法包括以下步骤：
在边缘计算服务器上部署动态差分定位解算模块；
边缘计算服务器接收来自云计算平台实时播发的区域差分改正值，所述云计算平台基于卫星导航地基增强***；
边缘计算服务器接收来自移动终端的基于卫星导航***的观测数据；
边缘计算服务器根据区域差分改正值和移动终端的观测数据，通过动态差分定位解算模块进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果并向移动终端发送；
移动终端接收来自边缘计算服务器的高精度定位结果。
进一步地，所述边缘计算服务器为部署在通信基站侧的边缘计算服务器或者自行分区域部署的边缘服务器。
进一步地，所述卫星导航地基增强***接收和处理卫星数据。
进一步地，所述卫星导航地基增强***由卫星导航地面基准站组成。
进一步地，所述云计算平台基于边缘计算服务器所处区域，向边缘计算服务器实时播发区域差分改正值。
进一步地，所述云计算平台通过通信网络向边缘计算服务器实时播发区域差分改正值。
进一步地，所述云计算平台通过卫星向边缘计算服务器实时播发区域差分改正值。
进一步地，所述边缘计算服务器接收来自移动终端的基于卫星导航***的观测数据具体包括以下步骤：
移动终端基于边缘计算通信协议，获知归属的边缘计算服务器，向边缘计算服务器发送定位请求；
边缘计算服务器进行终端鉴权，确认定位请求；
边缘计算服务器开始接收来自移动终端的导航卫星***的观测数据。
进一步地，所述动态差分定位解算模块读取区域差分改正值，基于移动终端的观测数据进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果。
本发明还提供了一种基于边缘计算的动态差分定位***，包括移动终端、卫星导航***、边缘计算服务器、通信网络和差分数据云计算平台；差分数据云计算平台接收和处理卫星数据，实时计算各个区域差分改正值，通过通信网络向边缘计算服务器发送区域差分改正值；移动终端接收卫星导航***下发的数据，并发送到边缘计算服务器；边缘计算服务器根据区域差分改正值和移动终端发送的观测数据进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果并向移动终端发送；移动终端接收来自边缘计算服务器的高精度定位结果。
进一步地，所述差分数据云计算平台包括卫星导航地基增强***和云计算平台，卫星导航地基增强***接收和处理卫星数据，通过云计算平台实时计算各个区域差分改正值。
进一步地，所述移动终端包括手机、可穿戴设备、车辆、无人机、机器人其中任意一种及以上。
进一步地，所述卫星导航***包含GPS、北斗、格洛纳斯、伽利略、区域卫星增强***其中任意一种及以上。
本发明还提供了一种存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序执行如下步骤：
在边缘计算服务器上部署动态差分定位解算模块；
边缘计算服务器接收来自云计算平台实时播发的区域差分改正值，所述云计算平台基于卫星导航地基增强***；
边缘计算服务器接收来自移动终端的基于卫星导航***的观测数据；
边缘计算服务器根据区域差分改正值和移动终端的观测数据，通过动态差分定位解算模块进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果并向移动终端发送；
移动终端接收来自边缘计算服务器的高精度定位结果。
本发明将实时差分解算功能部署在边缘计算服务器上，所有计算工作都在边缘计算服务器上进行，移动终端只需要上传导航卫星的实时观测数据，并从服务器获取高精度定位结果(经度、纬度、高程)，不需要改变终端的硬件结构，且不需要在终端固件内集成和更新差分定位算法，具有低成本、运算简单、信息反馈量小、算法更新方便等特点。
本发明还将实时差分解算功能部署在边缘计算服务器上，云平台只需要根据边缘服务器所处的位置，固定地向其广播相应区域的实时差分改正数据，减轻云平台的接入压力和算力消耗，同时，由大量的分布式边缘计算服务器负责各自所辖区域内的移动终端的差分定位请求，极大的提高了整个***的并向处理能力，而且位于通信基站侧的边缘计算服务器距离移动终端非常近，时延能控制在毫秒级，对于高速度动态场景下的移动终端，也不会影响高精度定位结果，具有毫秒级时延、***容量大、容灾性强、通信协议简单的特点。
本发明与现有技术的参数对比如下：
| 参数 | 现有方法(终端解算) | 现有方法(云端解算) | 本发明方法(边缘解算) |
| 硬件成本 | 增加50元以上/端 | 基本不变 | 基本不变 |
| 功耗 | 定位功耗增加20％以上 | 基本不变 | 基本不变 |
| 时延 | 无 | 数秒 | 数毫秒 |
| 数据流量 | 0.7KB/s | ＜0.05kB/s | ＜0.05kB/s |
| ***容量 | 亿级并发 | 百万级并发 | 亿级并发 |
附图说明
图1为本发明基于边缘计算的动态差分定位方法流程图；
图2为本发明基于边缘计算的动态差分定位***结构图。
具体实施方式
本发明将实时差分解算功能部署在边缘计算服务器上，所有计算工作都在边缘计算服务器上进行，移动终端只需要上传导航卫星的实时观测数据，并从服务器获取高精度定位结果(经度、纬度、高程)，不需要改变终端的硬件结构，且不需要在终端固件内集成和更新差分定位算法，具有低成本、运算简单、信息反馈量小、算法更新方便的特点。本发明中云计算平台只需要根据边缘服务器所处的位置，固定地向其广播相应区域的实时差分改正数据，减轻云平台的接入压力和算力消耗，同时，由大量的分布式边缘计算服务器负责各自所辖区域内的移动终端的差分定位请求，极大的提高了整个***的并向处理能力，而且位于通信基站侧的边缘计算服务器距离移动终端非常近，时延能控制在毫秒级，对于高速度动态场景下的移动终端，也不会影响高精度定位结果，具有毫秒级时延、***容量大、容灾性强、通信协议简单的特点。
下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
实施例一：
本发明提供了一种基于边缘计算的动态差分定位方法，具体实现流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤101，在通信基站侧的分布式边缘计算服务器上，部署动态差分定位解算模块。
步骤102，边缘计算服务器接收来自基于卫星导航地基增强***的云计算平台实时播发的区域差分改正值，具体步骤如下：
a)基于卫星导航地基增强***(由若干个卫星导航地面基准站组成)，云计算平台实时计算区域差分改正值；
b)基于边缘计算服务器所处的位置区域，云计算平台向其实时发送该区域的差分改正值；
c)边缘计算服务器接收和存储本区域的差分改正值。
步骤103，分布式边缘计算服务器接收来自移动终端的基于卫星导航***的观测数据，具体步骤如下：
a)移动终端基于边缘计算通信协议，获知归属的边缘计算服务器(IP和端口)，向其发送定位请求；
b)该边缘计算服务器进行终端鉴权，确认定位请求；
c)边缘计算服务器开始接收来自移动终端的导航卫星***的观测数据。
步骤104，边缘计算服务器根据区域差分改正值和移动终端的观测数据，进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果，具体步骤如下：
a)边缘计算服务器调用动态差分定位解算模块；
b)解算模块读取区域差分改正值；
c)解算模块基于来自于移动终端的观测数据，进行差分解算；
d)解算模块得到移动终端的高精度定位结果；
e)向移动终端发送。
步骤105，移动终端接收来自边缘计算服务器的高精度定位结果。
实施例二：
本发明还提供了一种基于边缘计算的动态差分定位***，具体结构如图2所示，包括：
1)移动终端：所有连网的、具备卫星导航功能的并有高精度定位需求的终端设备，包括手机、可穿戴设备、车辆、无人机、机器人等。
2)卫星导航***：包含GPS、北斗、格洛纳斯、伽利略等GNSS***，及区域卫星增强***；
3)分布式边缘计算服务器：一般由通信运营商提供，部署于通信基站内，在移动网络边缘提供IT服务环境和云计算能力，可面向第三方用户部署各类应用。
4)通信网络：运营商的4G/5G移动通信网络，用于数据传输。
5)差分数据云计算平台：由卫星导航地基增强***(如中国的北斗地基增强***)和云计算平台组成，地基增强***负责接收和处理卫星数据，通过云计算平台实时计算各个子区域的差分改正值。
可选地，本发明除了使用通信基站侧对外提供服务的现有分布式边缘服务器以外，也可以自行分区域部署边缘服务器。
可选地，除了利用通信网络播发区域差分改正值以外，本发明也可以通过通信卫星的方式，在云计算平台端和边缘服务器端分别架设卫星收发装置，实现实时通信。
实施例三：
本发明还提供了一种存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序执行如下步骤：
在边缘计算服务器上部署动态差分定位解算模块；
边缘计算服务器接收来自云计算平台实时播发的区域差分改正值，所述云计算平台基于卫星导航地基增强***；
边缘计算服务器接收来自移动终端的基于卫星导航***的观测数据；
边缘计算服务器根据区域差分改正值和移动终端的观测数据，通过动态差分定位解算模块进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果并向移动终端发送；
移动终端接收来自边缘计算服务器的高精度定位结果。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (14)
1.一种基于边缘计算的动态差分定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在边缘计算服务器上部署动态差分定位解算模块；
边缘计算服务器接收来自云计算平台实时播发的区域差分改正值，所述云计算平台基于卫星导航地基增强***；
边缘计算服务器接收来自移动终端的基于卫星导航***的观测数据；
边缘计算服务器根据区域差分改正值和移动终端的观测数据，通过动态差分定位解算模块进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果并向移动终端发送；
移动终端接收来自边缘计算服务器的高精度定位结果。
2.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的动态差分定位方法，其特征在于，所述边缘计算服务器为部署在通信基站侧的边缘计算服务器或者自行分区域部署的边缘服务器。
3.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的动态差分定位方法，其特征在于，所述卫星导航地基增强***接收和处理卫星数据。
4.如权利要求3所述的一种基于边缘计算的动态差分定位方法，其特征在于，所述卫星导航地基增强***由卫星导航地面基准站组成。
5.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的动态差分定位方法，其特征在于，所述云计算平台基于边缘计算服务器所处区域，向边缘计算服务器实时播发区域差分改正值。
6.如权利要求5所述的一种基于边缘计算的动态差分定位方法，其特征在于，所述云计算平台通过通信网络向边缘计算服务器实时播发区域差分改正值。
7.如权利要求5所述的一种基于边缘计算的动态差分定位方法，其特征在于，所述云计算平台通过卫星向边缘计算服务器实时播发区域差分改正值。
8.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的动态差分定位方法，其特征在于，所述边缘计算服务器接收来自移动终端的基于卫星导航***的观测数据具体包括以下步骤：
移动终端基于边缘计算通信协议，获知归属的边缘计算服务器，向边缘计算服务器发送定位请求；
边缘计算服务器进行终端鉴权，确认定位请求；
边缘计算服务器开始接收来自移动终端的导航卫星***的观测数据。
9.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的动态差分定位方法，其特征在于，所述动态差分定位解算模块读取区域差分改正值，基于移动终端的观测数据进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果。
10.一种基于边缘计算的动态差分定位***，其特征在于，所述***包括移动终端、卫星导航***、边缘计算服务器、通信网络和差分数据云计算平台；差分数据云计算平台接收和处理卫星数据，实时计算各个区域差分改正值，通过通信网络向边缘计算服务器发送区域差分改正值；移动终端接收卫星导航***下发的数据，并发送到边缘计算服务器；边缘计算服务器根据区域差分改正值和移动终端发送的观测数据进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果并向移动终端发送；移动终端接收来自边缘计算服务器的高精度定位结果。
11.如权利要求10所述的一种基于边缘计算的动态差分定位***，其特征在于，所述差分数据云计算平台包括卫星导航地基增强***和云计算平台，卫星导航地基增强***接收和处理卫星数据，通过云计算平台实时计算各个区域差分改正值。
12.如权利要求11所述的一种基于边缘计算的动态差分定位***，其特征在于，所述移动终端包括手机、可穿戴设备、车辆、无人机、机器人其中任意一种及以上。
13.如权利要求11所述的一种基于边缘计算的动态差分定位***，其特征在于，所述卫星导航***包含GPS、北斗、格洛纳斯、伽利略、区域卫星增强***其中任意一种及以上。
14.一种存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序执行如下步骤：
在边缘计算服务器上部署动态差分定位解算模块；
边缘计算服务器接收来自云计算平台实时播发的区域差分改正值，所述云计算平台基于卫星导航地基增强***；
边缘计算服务器接收来自移动终端的基于卫星导航***的观测数据；
边缘计算服务器根据区域差分改正值和移动终端的观测数据，通过动态差分定位解算模块进行差分解算，得到移动终端的高精度定位结果并向移动终端发送；
移动终端接收来自边缘计算服务器的高精度定位结果。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 200438 9 / F, 10 / F, 11 / F, 12 / F, 38 Lane 1688, Guoquan North Road, Yangpu District, Shanghai Applicant after: QIANXUN SPATIAL INTELLIGENCE Inc. Address before: Room j165, 1st floor, building 64, 1436 Jungong Road, Yangpu District, Shanghai, 200433 Applicant before: QIANXUN SPATIAL INTELLIGENCE Inc. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200501 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |