一种定位终端维护方法与流程

1.本发明涉及一种工业控制系统的定位技术领域，具体涉及一种定位终端维护方法。


背景技术：

2.工业生产过程中，为保证生厂制造等各工作人员在厂区内的安全，现有工厂大量使用人员定位系统，及时获取在场人员的位置信息，完成监控式定位管理。其中，人员定位系统一般由辅助定位信标、定位终端、通信基站以及上位机地图引擎四部分构成。定位终端采用蓝牙定位的方式，获得位置信息，而后将位置信息以无线通信形式上传至通信基站，基站再根据固定格式对数据进行整理，通过本地以太网上发至服务器存储，供上位机地图调用。
3.一般工业现场占地面积大，厂房多，结构复杂，非常不利于人员定位系统基站的安装，且单基站支持的信号覆盖范围约300米，所以工业现场基站数量普遍较多。在常规通信机制下，基站与服务器点对点通信，每个基站独立维护对应的注册表，并不会交换已注册终端信息，因而会导致每个基站都需确认所有定位终端状态，所以每个基站都需要实时轮询所有定位终端是否在其下属范围内。工业环境一般在场终端数会超过三百，甚至超过1000，这对于通信基站实时轮询是一个极大的考验。基站所需实时轮询的定位终端过多，会导致新进入区域内的终端注册时间过长，同样实时轮询也会占据很大一块的无线资源，因此如何调度终端信息在基站间的通信，提高基站的实时轮询效率，减少系统运行负荷是非常重要的。
4.人员定位系统通常采用蓝牙ibeacon方式进行，基站与定位终端之间需要定时通讯，而通讯方式通常采用基站轮询定位终端上报信息的方式，当终端在附近基站注册上线后，与基站建立稳定的通信连接，当接收到基站的轮询数据包实时回复包含蓝牙位置信息的应答包，对于基站而言将建立了连接的定位终端以id形式按照注册先后顺序依次轮询，以在每个周期内获取每个定位终端位置信息。
5.为了不遗漏终端位置信息，又可以提高整体系统的效率。基站需维护定位终端的注册表。对于已注册的终端，规定时间内读取终端的定位信息。对于其余未注册的终端，基站也会实时进行轮询呼叫，第一时间发现新增的定位终端。现有技术方案下，注册表的维护由各基站独立完成，每隔一定时间依次轮询呼叫工厂所有定位终端设备，若收到终端设备的回复，则记录该终端编码，注册在表，后续每周期进行位置信息传输。若三次位置信息传输失败，则基站认为该定位终端已离开，从注册表中剔除。现在的注册机制即每基站根据自身注册表对未注册终端循环呼叫。
6.但是，现有的技术方案还存在以下问题。
7.1)目前人员定位系统注册表是由各基站独自维护，不与其他基站信息共享。每个基站需要关注工厂所有备案的定位终端是否注册，并持续呼叫所有的终端设备。整体的机制如下所述，基站按照一定时间间隔依次轮询呼叫注册表中所有未注册的定位终端设备，
如在等待时间内收到回复，则视该定位终端在基站有效范围内注册上线，后续进行位置信息传输。该机制对所有定位终端不进行筛选，若工厂有1000个定位终端设备，基站按50ms间隔依次呼叫，单周期轮询需要20s。对于需新进入基站注册上线的设备来说，等待基站呼叫注册时间较长。该机制忽视了定位终端设备可能已经在其他基站上线的可能性，重复呼叫定位终端，造成了资源浪费。
8.2)单定位终端上线机制
9.终端与基站之间建立连接的方式有多种，较为普遍且可行终端定期主动上报或终端被动接收基站轮询的方式。
10.对于终端主动上报的方式而言，终端会定时主动上报给相邻基站自身信息，基站接收到后回复应答信息，终端接收后则成功与基站建立连接，并进入与基站的稳定通讯状态，但是当同一基站覆盖范围内存在大量终端时，会存在上报时的同信道冲突，导致丢包，因此，此方式在终端数量多时存在着建立连接困难的问题。
11.对于终端被动轮询方式而言，终端仅接收基站的轮询数据，终端接收到后基站发送的呼叫包后立即回复应答包，基站收到后则成功建立连接，进入稳定通讯状态，此方法不会存在同信道冲突问题，但存在的一个问题是在实际工况下存在着一定概率的丢包，当终端接收到基站的轮询数据并回复时终端并不知道基站是否成功收到了自身发送的应答回包信息，因此当存在丢包时，此时终端已默认基站收到应答包，进入了稳定通讯状态等待基站信令，而基站并未收到终端的应答包，出现了基站还在发送呼叫注册包而终端已进入稳定通讯状态的现象，而终端需要等待超时后才会再次进入注册状态，浪费了大量的时间导致上线速度变慢。
12.因此，现有技术主要有以下缺点：
13.1)服务器中注册表数量多，占据空间大。
14.2)单循环呼叫定位终端数量多，时间长。
15.3)注册信号一直工作，可能会对其他正常通信产生干扰，造成定位数据丢失。
16.4)若终端设备在某一基站已注册上线，开始定位数据传输，但基站间因信息隔离，其他基站仍会对此终端设备进行注册呼叫，产生时间与信号的资源浪费。
17.5)终端主动上报上线存在大量终端时建立连接困难的问题。
18.6)终端被动轮询方式若产生丢包则会浪费大量的状态切换时间，导致上线速度缓慢。


技术实现要素：

19.本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种定位终端维护方法，采用多基站共同维护统一注册表，减小各基站维护注册表的工作量，基站无需对所有终端轮询，减少了上线信号对信息传输的干扰，提高了定位终端上线的效率和可靠性。
20.本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：一种定位终端维护方法，应用于多基站定位系统，所述多基站定位系统至少包括若干定位终端和若干基站，所述若干基站用于维护同一云注册表，以及用于基于同一云注册表调度呼叫定位终端，所述云注册表至少包括所有基站的已上线和离线的定位终端信息，其特征在于，定位终端维护方法具体包括：基站上报定位终端状态变化信息至云注册表；云注册表基于收到的状态变化信息发送调度
信息至各个基站；各个基站基于收到的调度信息呼叫对应的定位终端；定位终端应答收到的基站呼叫信息，并基于基站发送其它定位终端的呼叫信息，确定是否和基站连接成功，若连接成功，则完成了上线，否则保持离线。
21.所有基站维护同一个云注册表，减小各基站维护注册表的工作量，减少了其对应的任务量。
22.进一步的，基站上报定位终端状态变化信息至云注册表，具体包括：若在第一基站已上线的第一定位终端状态变为离线，则第一基站上报第一定位终端信息至云注册表。
23.进一步的，云注册表基于收到的状态变化信息发送调度信息至各个基站，具体包括：云注册表将第一定位终端信息加入发送至其余基站的调度消息；云注册表基于与第一基站预设距离选择对应基站，并相对应提高调度信息中对应第一定位终端的调度频率。
24.利用多基站协调配合，控制近距离基站重点呼叫临时离线定位终端。
25.进一步的，基站上报定位终端状态变化信息至云注册表，具体包括：若未在第一基站上线的第一定位终端，在第一基站变为上线，则第一基站上报第一定位终端信息至云注册表。
26.进一步的，云注册表基于收到的状态变化信息发送调度信息至各个基站，具体包括：云注册表将第一定位终端信息从其余基站的调度消息中移除。
27.基站不需要对全体定位终端进行呼叫，节约了无线信道资源。
28.进一步的，基站基于收到云注册表的调度信息，呼叫调度信息里包括的定位终端；并在呼叫当前定位终端时通知前面至少一个定位终端，若已收到前面至少一个定位终端的应答，则通知前面至少一个定位终端已收到其应答信息，否则，通知前面至少一个定位终端未收到其应答信息。
29.进一步的，定位终端应答收到的基站呼叫信息，并基于预设时间间隔内收到的基站呼叫信息，确定是否和基站连接成功，若连接成功，则完成了上线，否则保持离线，具体包括：若第一定位终端在预设时间内侦听到基站呼叫的广播信息中包括第一定位终端的应答消息，则第一定位终端和基站建立连接成功，从而上线；若第一定位终端在预设时间内侦听到基站呼叫的广播信息中未包括第一定位终端的应答消息，则为离线状态，第一定位终端等待接受基站的呼叫的注册消息。
30.进一步的，定位终端应答收到的基站呼叫信息，并基于预设时间间隔内收到的基站呼叫信息，确定是否和基站连接成功，若连接成功，则完成了上线，否则保持离线，还包括：若第一定位终端未在预设时间内侦听到基站呼叫的广播信息，则第一定位终端等待接受基站的呼叫的注册消息。
31.离线定位终端设备重新上线注册时间缩短，高了注册效率和终端与基站间建立连接的效率和可靠性。
32.进一步的，所述基站呼叫信息的数据包至少包括syn当前呼叫定位终端id和是否收到之前定位终端应答的ack信息。
33.通过数据包格式的设计，实现了定位终端侦听应答包就能得知基站是否收到自身的ack信息。
34.进一步的，所述云注册表设置在服务器或任一基站上，并以设置云注册表的服务器或基站为中央节点，其余基站或服务器为子节点。
35.改变原有体系下基站间互相独立，信息不流通导致资源浪费的情况。
36.本发明的有益效果是：
37.1、多基站共同维护统一注册表，减小各基站维护注册表的工作量，以及减少了注册表占据空间；
38.2、基站按注册表分配，呼叫指定定位终端的编号，无需对所有终端设备轮询，减少了单次循环定位终端数量，节约了无线信道资源，提高效率；
39.3、减少整个系统注册用无线信号的占比，降低注册信号对信息传输信号的干扰；
40.4、为了提高单定位终端上线的效率和可靠性，优化了上线通信逻辑和流程，保证通信双方的建立连接时握手三次；
41.5、定位终端设备在某一基站已注册上线，其他基站不会对其进行注册呼叫，减少了时间与信号的资源浪费；
42.6、对于离线的定位终端增加呼叫频率，解决了定位终端建立连接困难的问题，缩短了定位终端重新上线注册时间；
43.7、基于云注册表构建星形网络，改变原有体系下基站间互相独立，信息不流通导致资源浪费的情况。
附图说明
44.图1为本发明实施例定位终端维护方法流程示意图；
45.图2为本发明实施例的多基站人员定位系统示意图；
46.图3为本发明实施例中定位终端上线示意图；
47.图4为本发明实施例中定位终端上线示意图；
48.图5为本发明实施例的定位终端上线机制示意图。
具体实施方式
49.为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
50.在描述本发明的一种定位终端维护方法之前，首先对一些专有名词进行解释：
51.人员定位系统：工业现场中，通过一系列技术手段，包括通信技术+蓝牙定位技术，获取现场员工位置信息，完成监控式定位管理的电子网络系统。人员定位系统一般由辅助定位信标、定位终端、通信基站以及上位机地图引擎四部分构成。定位终端采用蓝牙定位的方式，获得位置信息，而后将位置信息以无线通信形式上传至通信基站，基站再根据固定格式对数据进行整理，通过本地以太网上发至服务器存储，供上位机地图调用。
52.通信基站：人员定位系统中的通信终端设备，搜集其范围内所有定位终端的数据并上行发送至服务器。
53.定位终端(终端)：人员定位系统中人员持有的胸卡样设备。主要功能是将其接收的蓝牙信息以自定的无线通信方式上送至基站。
54.云端注册表：人员定位系统中，实时记录所有处于工作状态的定位终端记录表。
55.注册信号：基站向定位终端发送，供定位终端识别该基站并注册的无线信号。
56.信息传输信号：基站与定位终端正常传输定位信息数据的无线信号。
57.呼叫名单：基站后续周期内需点对点下发注册信号的定位终端名单。
58.如图1所示，为本发明本实施例的定位终端维护方法流程图，定位终端维护方法具体包括：基站上报定位终端状态变化信息至云注册表；云注册表基于收到的状态变化信息发送调度信息至各个基站；各个基站基于收到的调度信息呼叫对应的定位终端；定位终端应答收到的基站呼叫信息，并基于基站发送其它定位终端的呼叫信息，确定是否和基站连接成功，若连接成功，则完成了上线，否则保持离线。
59.在本发明的一个实施例中，定位终端维护方法主要应该于多基站定位系统，如图2所示的多基站人员定位系统，包括n个定位终端和8个基站，分别是第一基站
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第八基站，整个系统有统一云注册表，系统内的8个基站共同维护同一云注册表，接受此云注册表调度。云注册表收集所有基站的已注册定位终端信息，并根据定位终端注册和离线情况，指定各基站后续轮询的定位终端。
60.其中，云注册表可以建立在上位机服务器中，也可以指定为某一主基站，采用星形网络的形式，即云注册表变成总节点。改变了原有体系下基站间互相独立，信息不流通导致资源浪费的情况。
61.下面结合具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。本发明的定位终端维护方法的前提是云注册表也已经汇总了基站的已注册终端和已离线终端信息。
62.s1，基站上报定位终端状态变化信息至云注册表。
63.各基站上报已注册终端信息和已离线终端信息，云注册表汇总分析后向各基站下发新轮询终端名单。工厂所有定位终端信息查询与管理只与云注册表相关，与其余各基站无关，减少了基站工作量。
64.在本发明的一个实施例中，基站上报定位终端状态变化信息至云注册表，有以下两种情况，
65.第一种情况，如图3所示，第一定位终端已经在第一基站注册，那么当第一定位终端的状态发生变化时候，即第一定位终端在第一基站从上线变为离线。第一定位终端从第一基站离开，第一基站呼叫第一定位终端后，未收到第一终端回复，则认为该第一定位终端离线，那么第一基站将第一定位终端离线信息发送至云注册表，云注册表将告知所有基站增加第一终端呼叫，并分配呼叫频率，分配值大小与第一基站的距离相关，第一基站的附近基站呼叫频率将大于周边基站。
66.第二种情况是，如图4所示，第一定位终端未在第一基站注册，那么当第一定位终端的状态发生变化时候，即第一定位终端在第一基站从离线变为上线。第一基站呼叫定位终端，收到第一定位终端的回复，且第一基站回复应答消息，第一定位终端认为建立稳定连接，则认为该第一定位终端上线云注册表将告知所有基站删除第一终端呼叫。
67.基站仅仅是将定位终端状态变化才上报至云注册表，若定位终端状态不发生变化，则无需上报至云注册表。
68.在本发明的实施例中，仅以第一定位终端和第一基站为例，实际上，多个定位终端和多个基站上述过程可同时分别进行处理。
69.s2,云注册表基于收到的状态变化信息发送调度信息至各个基站。
70.在本发明的一个实施例中，以步骤s1中的第一种情况为例，在第一基站上线并未离线的第一定位终端，云注册表发送至其余基站的调度信息，不包括第一定位终端。若云注
册表收到了第一定位终端从第一基站离线的消息，则云注册表将第一定位终端信息加入到其余基站的调度消息，用于其余基站呼叫第一定位终端。并且云注册表根据基站的位置信息，提高距离第一基站较近的基站，例如第二基站和第三基站，在距离第一基站的预设距离内。因此，第二基站和第三基站的调度信息中，着重呼叫第一定位终端。
71.在一些实施方式中，固定间隔的的轮询中，第二基站和第三基站提高呼叫第一定位终端的次数和缩短呼叫第一定位终端的时间间隔，等待其注册上线。
72.第四基站
‑
第八基站按照普通固定间隔的轮询方式，呼叫第一定位终端。
73.在本发明的另一个实施例中，以步骤s1中的第二种情况为例，在一些实施方式中，若第一基站发送第一定位终端从离线变为上线的消息至云注册表，那么云注册表向第二至第八基站发送指令，将第一定位终端信息从其余基站的调度消息中移除。
74.在一些实施方式中，若第一定位终端处于一个着重被呼叫的状态，还将第一定位终端的呼叫频率恢复为正常的水平。
75.采用这种方式，避免了已在各基站注册的终端设备，仍在被其他基站呼叫的资源浪费。并且对于基站而言，其呼叫终端数量从所有终端，经注册表处理，大大减少，对于终端设备注册时间是一个极大的缩短。
76.并且对于任一基站，不需导入同一厂区内的所有终端设备，只需根据云注册表下发的终端进行轮询。注册表的终端数量减少，工作量减少。统一注册表，汇总各基站的已注册和已离线终端信息，进行统一整理，对于已注册设备，避免了其他基站的无效呼叫，对于离线设备，根据地理位置，对地理位置相邻基站下发着重呼叫该终端的命令。提高了注册效率。
77.s3，各个基站基于收到的调度信息呼叫对应的定位终端。
78.基站基于收到注册表的调度信息，呼叫对应的终端。例如本发明的一个实施例中，第二基站和第三基站基于调度信息频率较高的呼叫第一定位终端，第四
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第八基站基于调度信息正常频率呼叫第一定位终端。
79.基站在呼叫当前定位终端时通知前一个呼叫的定位终端，若收到前一个定位终端的应答，则通知前一个定位终端已收到其应答信息，否则，通知前一个定位终端未收到其应答信息。
80.s4，定位终端应答收到的基站呼叫信息，并基于预设时间内收到的基站呼叫信息，确定是否和基站连接成功，若连接成功，则完成了上线，否则保持离线状态。
81.在本发明的一个实施例中，如图5所示，基站n基于收到的注册表的调度信息，轮询呼叫定位终端k、定位终端k+1、定位终端k+2和定位终端k+3。
82.以基站n依次轮询定位终端k～定位终端k+3为例，基站发送的数据包同时包含syn终端轮询id和是否收到之前终端应答的ack信息，则当轮询此终端时将通知前终端，基站是否收到之前回复的终端ack信息。
83.当基站n轮询定位终端k时，定位终端k应答且基站n收到定位终端k的应答消息，如图5所示，基站n发送至定位终端k的数据包为“syn终端k”，定位终端k回复“ack终端k”。则基站n在轮询定位终端k+1时，发送的数据包后加上第一定位终端的id，例如如图5所示的“syn终端k+1+ack终端k”。基站n在轮询定位终端k+2时，发送的数据包为“syn终端k+2+ack终端k”。基站n在轮询定位终端k+3时，发送的数据包为“syn终端k+3+ack终端k”。
84.定位终端k侦听到基站n发送至定位终端k+1、k+2或k+3的数据包中包括“ack终端k”，则认为基站n已收到自身回复的应答包，并认为定位终端k和基站n建立连接成功，进入到稳定通讯状态。
85.如果基站n没有收到定位终端k的应答，那么呼叫定位终端k+1、k+2、k+3的数据包不会有“ack终端k”，那么定位终端1侦听到基站n并未收到自身答复的应答包，则直接进入到下一轮等到基站轮询的过程，即相当于定位终端等待接受基站注册信号。
86.在一些实施方式中，还会对定位终端接收基站发送的呼叫信息的时间设置一个阈值，如果超过这个时间阈值，定位终端没有侦听到广播消息，那么定位终端等待接受基站注册信号。
87.采用上述方法减少了状态切换的时间。提高了注册效率和终端与基站间建立连接的可靠性。
88.在一些实施方式中，定位终端侦听数据包次数可以设置为至少一次，可根据系统可靠性需求进行设置。另外，在定位终端多次侦听数据包过程中，如果有1次侦听到自身答复的应答包，也认为基站收到自身回复的应答包。
89.本发明的一种定位终端维护方法，通过统一云注册表合理规划下属所有基站后续轮询的定位终端名单，提高注册效率，避免了基站实时轮询所有终端造成的时间与资源浪费。
90.以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。