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感測器/MEMS  

利用群組無線電提升地理位置定位效率

上網時間: 2014年02月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:地理位置定位  群組無線電  避免碰撞  位置意識  CAS 

作者:Gunter Fischer、Thomas Forste與Frank Schlichting,Nanotron Technologies

在無線感測器網路中,群組(swarm)的概念用於描述一個群組中的成員之間如何相互作用。群組中的各個成員必須知道彼此間的相對位置。透過在無線感測器網路中增加位置意識(location awareness),群組成員就能測量彼此之間的距離,並使用這些資訊進行決策。通訊和位置意識共同催生了一種全新的地理位置定位(geolocation)應用。

群組平台技術

低功耗群組無線電即獨立的2.4GHz線性調頻擴頻無線節點,是基本的群組建構模組(見圖1)。它們能夠廣播和交換消息,同時監測與群組中其它成員之間的距離,這是實現協調群組行為的關鍵功能。無線群組中的每個成員都包含一個群組無線電,並透過其應用程式設計介面(API)接受主機的控制。有多個種類的API指令(見圖2)。

Nanotron公司低功耗的迷你型群組無線電。
圖1:Nanotron公司低功耗的迷你型群組無線電。

舉例來說,RangeTo指令可返回至其它節點的距離。位置感知的品質取決於兩項基本參數:精密度和延遲。精密度是測量距離與實際距離之差,通常可用一個固定偏移以及結果的擴展來表示,如圖3。延遲規定了獲得測距結果所需的時間,它對應用的即時特性有很大的影響。訊息簡短以及快速回應有助於大幅減少延遲,進而實現最大的傳輸量。典型的群組無線電要求1.8ms的空中時間用於執行一個SDS-TWR週期──Nanotron公司專利的對稱性雙邊雙向測距。廣播它的ID只需要350ms。

Nanotron公司的群組API指令總覽。
圖2:Nanotron公司的群組API指令總覽。

群組無線電的最大可用距離決定群組中的成員距離多遠仍能正常互動。最大距離很大程度上取決於應用環境。在理想的視距條件下,距離可能超過500公尺。然而,由於障礙、反射、以及來自其它無線電訊號的干擾、天線未對準等原因,實際可用距離要短得多。

測距精密度以偏移量和結果擴展表示。
圖3:測距精密度以偏移量和結果擴展表示。實際距離分別是50、100和150公尺。

圖4顯示一個實際應用例子,其中一個群組無線電安裝在汽車中,另一個由行人攜帶。透過在汽車外部配置天線或者將天線安裝在頭盔上(而不是腰帶上),則可有效擴展距離。

不同群組無線電之間測得的距離。
圖4:在配備迷你型群組無線電的行人,以及安裝在汽車儀錶板的另一台群組無線電之間測得的距離。

(下一頁繼續:避免碰撞解決方案)


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