本发明涉及一种通信技术领域，具体涉及无线有线消息定位技术领域，特别地涉及一种基于tof/tdoa融合定位无线有线消息的方法。
背景技术
实时定位系统，也是就是rtls(realtimelocationsystems)，rtls是一种基于信号的无线电定位手段，可以采用主动式，或者被动感应式。rtls可以让实时了解被定位的财产、人员、车辆或其它定位物体的确切位置。
基于tdoa的rtls：目前基于无线的tdoa的方式，有两个关键的技术，一个基站间的时间同步，第二是标签发送报文，基站根据收到报文的时间，来计算到达时间差，然后采用双曲线算法，来实现二维、三维的定位，定位的精度比较高，最高可以厘米级别。
到达时间差tdoa根据未知标签节点发送的无线信号到达不同定位基站的时间差，根据无线信号的传播速度可以计算出未知标签节点与各个定位基站之间的距离差，这个距离差符合双曲线方程的条件，未知标签节点就在这双曲线的一个分支上。若有三个或三个以上的定位基站，就可以通过求解多条双曲线的交点求出未知节点的位置。tdoa测量法利用多个定位节点来确定未知节点的位置，故不需要向toa那样严格的时间同步，但是仍需要定位节点有精确的时间同步。
基于tof(timeofflight)机制的rtls
tof是指电磁波在空中传播的时间，通过测量两个点之间电磁波的传播时间，再乘以光速，转换为两个设备之间的距离。
在基于tof机制，标签需要和每个基站进行测距。然后通过标签和基站的距离，确定出标签的位置。
在tdoa系统中，采用双曲线算法，有非常大的局限性，是采用该算法无法解决的问题。主要是被定位的设备在基站的范围之外的时候，其精度快速下降，这种精度的快速下降，不是在于tdoa的数据偏差，而是在于算法的本身。
因此为了解决上述的技术问题，专利号为：“cn201410523394.9”提供了一种基于tdoa和tof混合的定位方法，该方法包括：步骤一：服务器选取主基站和从基站并完成基站间时间同步；步骤二：标签广播tdoa报文，通过其到达各基站之间的时间差计算标签与各基站之间的距离差；步骤三：标签通过向特定基站发送tof报文计算其与该基站之间的距离；步骤四：通过步骤二和步骤三的结果计算标签与所有基站之间的距离；步骤五：通过标签与各基站之间的距离计算标签的位置。
上述方法进行定位时，利用时间差进行定位计算，其需要进行时间同步，这就需要每次通信的时候，进行时间同步操作，以保证系统的正常进行，此过程比较繁琐。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的主要目的是提供了一种基于tof/tdoa融合定位无线有线消息的方法。
本发明采用的技术方案为：
一种基于tof/tdoa融合定位无线有线消息的方法，如下步骤：标签节点周期性唤醒并发送blink信号，所述blink信号包含控制字头、标签mac地址信息，锚节点接收该信息后，记录到达时间toa，并将该toa信息通过网络协议数据包传送到定位服务器，定位服务器基于toa信息进行定位分析计算。
还包括锚节点周期性地发送blink数据包，锚节点记录发送时间toe，将toe信息通过以太网传输到定位服务器；其他锚节点接收到该blink信号后，记录信号到达时间toa，也将该toa信息传输到定位服务器，定位服务器基于toa信息进行时钟同步计算。
对于没有以太网网络的锚节点，可以通过其他具有网络连接的锚节点进行转发。
所述定位服务器基于toa信息进行定位分析计算中，还包括tof测距，所述tof测距包括如下步骤：
步骤1)标签节点和锚节点之间进行tof测距；
步骤2)利用tof测距信息进行标签节点的定位。
所述tof测距过程由标签发起，基站作为应答方。
所述tof测距方法如下：
a：标签节点周期性唤醒，并进行探询polling，标签记录发送时间toe，并进行本地存储，标记时间是t1，同时包含标签toe信息的消息格式用f1字头；
b：锚节点接收到标签节点的探询信号以后，记录到达时间toa，并将该信息转发到定位服务器，若锚节点为tdoa节点，采用tdoa的格式；若是tof测距节点，此时标记时间是t2，对应f2信息，必须在网络协议数据包中指明该消息；
c：对于tof锚节点，立即发送应答无线信号，此无线信号的消息字头为0xf3，锚节点记录发送时间toe，并将该信息发送到定位服务器；
d：标签节点接收到无线数据后，记录到达时间toa，此时间即为t4，进行定位时，需要多个tof，标签节点等待多个锚节点应答无线数据包，记录多个t4；
e：标签立即将本地记录的时间t1和t4采用无线数据包发送，无线数据包的字头为0xf4；
f：锚节点接收到f4字头的消息，具有网络连接的且地址最小的锚节点将此信息转发到定位服务器；
g：定位服务器进行时间组合配对，获得标签到多个锚节点的tof和距离；
h：定位服务器进行定位分析计算，与tdoa定位的结果进行融合。
锚节点接收到标签节点的探询信号后，如果存在测距节点，则标签节点嗅探，然后发送，记录本地toe，锚节点记录toa，toa信息既用于tdoa定位，也用于tof定位。
本发明不需要进行将基站之间进行时间同步，只需要记录到达时间toa，对toa进行同步计算即可完成。
附图说明
图1为本发明的框架原理图；
图2为本发明中包含中继转发的tof/tdoa融合定位的框架原理图；
图3为本发明中tof测距的方法图；
图4、图5以及图6为本发明中tof测距的原理框架图；
图7为标签tdoablink无线数据包消息协议格式的一种表达方式；
图8为标签tdoablink无线数据包消息协议格式的另一种表达方式；
图9为标签tof回送t1t4信息的无线数据包消息协议格式；
图10和图11分别为tdoablink无线数据包消息协议格式；
图12为锚节点f3无线数据包消息协议格式。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参照图1至图6，本发明公开了一种基于tof/tdoa融合定位无线有线消息的方法，如下步骤：标签节点周期性唤醒并发送blink信号，所述blink信号包含控制字头、标签mac地址信息，锚节点接收该信息后，记录到达时间toa，并将该toa信息通过网络协议数据包传送到定位服务器，定位服务器基于toa信息进行定位分析计算。
还包括锚节点周期性地发送blink数据包，锚节点记录发送时间toe，将toe信息通过以太网传输到定位服务器；其他锚节点接收到该blink信号后，记录信号到达时间toa，也将该toa信息传输到定位服务器，定位服务器基于toa信息进行时钟同步计算。
对于没有以太网网络的锚节点，可以通过其他具有网络连接的锚节点进行转发。
所述定位服务器基于toa信息进行定位分析计算中，还包括tof测距，所述tof测距包括如下步骤：
步骤1)标签节点和锚节点之间进行tof测距；
步骤2)利用tof测距信息进行标签节点的定位。
所述tof测距过程由标签发起，基站作为应答方。
所述tof测距方法如下：
a：标签节点周期性唤醒，并进行探询polling，标签记录发送时间toe，并进行本地存储，标记时间是t1，同时包含标签toe信息的消息格式用f1字头；
b：锚节点接收到标签节点的探询信号以后，记录到达时间toa，并将该信息转发到定位服务器，若锚节点为tdoa节点，采用tdoa的格式；若是tof测距节点，此时标记时间是t2，对应f2信息，必须在网络协议数据包中指明该消息；
c：对于tof锚节点，立即发送应答无线信号，此无线信号的消息字头为0xf3，锚节点记录发送时间toe，并将该信息发送到定位服务器；
d：标签节点接收到无线数据后，记录到达时间toa，此时间即为t4，进行定位时，需要多个tof，标签节点等待多个锚节点应答无线数据包，记录多个t4；
e：标签立即将本地记录的时间t1和t4采用无线数据包发送，无线数据包的字头为0xf4；
f：锚节点接收到f4字头的消息，具有网络连接的且地址最小的锚节点将此信息转发到定位服务器；
g：定位服务器进行时间组合配对，获得标签到多个锚节点的tof和距离；
h：定位服务器进行定位分析计算，与tdoa定位的结果进行融合。
锚节点接收到标签节点的探询信号后，如果存在测距节点，则标签节点嗅探，然后发送，记录本地toe，锚节点记录toa，toa信息既用于tdoa定位，也用于tof定位。
参照图7，图7为标签tdoablink无线数据包消息协议格式的一种表达方式。
参照图8，图8为标签tdoablink无线数据包消息协议格式的另一种表达方式。
(1)控制和序号：
0x00：总是0xc5；
0x01：序号，每发送一次加一循环；
(2)0x02-0x0964位mac地址
48位mac地址为de:ca:00:00:wx:yz，其中wx:yz为panid
64位mac地址为de:ca:00:ff:fe:00:wx:yz，其中wx:yz为panid
对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:00:00:wx:yz，其中wx:yz为panid。
对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:01:00:wx:yz时，表示anchor。在本系统中后anchor的mac地址后两个字节从0xffff降序使用，标签mac地址后两个字节从0x0000升序使用。
对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:00:00:wx:yz时，表示tag。
(3)crc字段没有使用。
标签tof探询无线数据包的协议格式和tdoablink无线数据包的协议格式一致。消息格式如图7和图8所示。
参照图9：图9为标签tof回送t1t4信息的无线数据包消息协议格式f4，标签tof回送信息包括探询信号发送时间t1和基站应答信号到达时间t4，采用f4报文字头。此消息是可变长度的，长度为16的倍数。
图9的字段说明如下：
字段说明如下：
(1)字节1：控制字头，总是0xf4
总是f4，表示标签回送的本地时间测量信息。
(2字节2，序号字段
标签探询数据包(blink数据包)的序列号，用于匹配。
(3)字节3-10，标签mac地址字段
(4)字节11，总是0xf1，表示其后的5个字节为toe，即t1
(5)字节12-16，5个字节toe，即t1，高字节先发，网络字序
(6)字节17-32：0xf3+序号+anchormac地址(8字节)+0xf3+toa(5字节)，表示一个锚节点信号达到时间。
(7)字节33-48：0xf3+序号+anchormac地址(8字节)+0xf3+toa(5字节)，表示下一个锚节点信号达到时间。
图10和图11分别为tdoablink无线数据包消息协议格式。
格式说明
(1)控制和序号：
0x00：总是0xc5；
0x01：序号，每发送一次加一循环；
(2)0x02-0x0964位mac地址
48位mac地址为de:ca:00:00:wx:yz，其中wx:yz为panid
64位mac地址为de:ca:00:ff:fe:00:wx:yz，其中wx:yz为panid对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:01:00:wx:yz时，表示anchor。在本系统中后anchor的mac地址后两个字节从0xffff降序使用，标签mac地址后两个字节从0x0000升序使用。
对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:81:00:wx:yz时，表示该anchor是一个中继anchor。对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:41:00:wx:yz时，表示该anchor是一个tof测距anchor。
对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:c1:00:wx:yz时，表示该anchor是一个tof测距anchor，同时也具有中继功能。
参照图12：图12为锚节点f3无线数据包消息协议格式，如下：
1)控制和序号：
0x00：总是0xf3
0x01：序号，这个序号要使用标签探询无线数据包中的序号；即与图7中的序号字段一致。
(2)0x02-0x0964位mac地址
48位mac地址为de:ca:00:00:wx:yz，其中wx:yz为panid
64位mac地址为de:ca:00:ff:fe:00:wx:yz，其中wx:yz为panid
对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:01:00:wx:yz时，表示anchor。在本系统中后anchor的mac地址后两个字节从0xffff降序使用，标签mac地址后两个字节从0x0000升序使用。
对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:81:00:wx:yz时，表示该anchor是一个中继anchor。
对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:41:00:wx:yz时，表示该anchor是一个tof测距anchor。
对应的无线射频的64位mac地址为de:ca:00:00:c1:00:wx:yz时，表示该anchor是一个tof测距anchor，同时也具有中继功能。
以上对本发明实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。