室內綜合定位平臺及定位方法與流程
2023-08-06 04:20:16 2
本發明涉及定位領域，具體而言，涉及一種室內綜合定位平臺及方法。
背景技術：
在現有技術中，對於大面積監控場景，要達到對人員的位置監控以及準確的運動軌跡監控，往往需要在環境中布設大量的定位節點，從而通過多種角度實現定位，而如果同時要達到對樓體等上下位置上的定位，即將二維定位與三維定位結合，則需要布設更多的定位節點，大大增加了系統的整體成本。
此外，在現有技術中，為了達到通過rfid技術進行較精確的室內定位，往往會結合其他無線發射源的信號特徵，或者標籤信號強度的檢測作為輔助，例如通過預先存儲不同參考位置上的信號強度，在接收到實時的標籤信號強度後，與已存儲的信號強度進行比較，從而進行相對位置範圍的確定，但是這一技術需要存儲大量的位置信號強度信息，在面對大面積的應用環境時，例如地區範圍以及多樓宇時，其位參考位置強度信息的存儲數據量大，可操作性不強。在又如其採用在任何一定位點，都完全達到至少三個發射器覆蓋時，對標籤位置進行定位，並依據三角定位算法，獲得標籤的確切位置，但是，這種天線及基站的布設方式，同樣面積較大，在不需要進行多個發射源覆蓋的區域，會造成設備資源的浪費。因此，如何在大面積場景應用中合理布設rfid設備，實現對不同精度要求的定位及軌跡跟蹤，成為了現實市場中的一項重要需求。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種室內綜合定位平臺及方法，用以克服現有技術中存在的至少一個技術問題。
為了實現上述目的，本發明提供了一種，所述室內綜合定位平臺包括：系統軟體層、設備接入層、服務層、業務綜合層、業務軟體層和表現層；所述各層子系統通過所述服務層執行各子系統數據的處理；光纖通信網絡系統及基於rfid的信號採集系統通過所述設備接入層，實現對不同子系統數據的導入，以及各子系統與所述室內綜合定位平臺的數據交互；室內綜合定位平臺採用蜂巢結構組網，每個設備通過多個方向與網關通信，每個設備還具有無線信號中繼功能。
為達到上述目的，本發明還提供了一種室內外綜合定位方法，其特徵在於，該定位方法依託於上述定位平臺，該定位方法包括如下步驟：
設p為讀寫器j到待定位標籤k的幾何距離，可用位於同一坐標系的空間直角坐標表示為：
由於誤差的存在，測量值d，並不完全等於理論計算值p，它們之間的換算關係如下：
d』＝d+σd(1.2)
考慮方程(1.1)，可獲得偽距定位的基本模型：
根據待定位標籤的近似坐標(xk0,yk0,zk0)對式(1.3)進行線性化得：
令，lkj＝-(rkj0-r')j＝1,2,3,4則式(3.4)寫成矩陣的形式為:
當同時觀測的讀寫器數等於4時，可求出未知參數的唯一解：
x＝a-1l
當同時觀測的讀寫器數目大於4時，可採用最小二乘法求解：
x＝(ata)-1atl
[xk＝xk0+σxk,yk＝yk0+σyk,zk＝zk0+σzk]
精度為：
d＝σ2q＝m2(ata)-1
優選地，採用二維空間的算法進行初步位置估計，然後將相關準三維的定位估計結果作為迭代計算的起點。
優選地，上述定位方法還包括射線跟蹤步驟，具體包括射線徑的辨認和相應電磁場向量貢獻的評估：射線徑的辨認遍歷一切連續收發射位置之間的路徑集，其中路徑的盡頭必定位於牆或繞射段的內部，且必須具有最小長度；路徑上段的最大數目是一個依賴環境的可調的輸入值；當經過一個不可穿透的牆時，路徑被廢棄；通過環境數據的幾何預處理，刪除一些不可能的路徑，加速搜索過程；然後按照每條射線在接收點的電場向量估計對總場強的貢獻。每條射線對總場強的貢獻依賴於極化屬性和發射的輻射方式。當找到一條路徑後，電磁場傳播就作為經過諸如反射、透射、繞射等多次現象的平面波來評估。
優選地，復向量域的成分可按反射、透射的經典幾何光學來計算。
優選地，實際環境中，由於多徑、障礙物、繞射等隨機因素存在，無線信號傳輸中普遍採用的模型為：
pl(d)＝pl(d0)+10nlg(d/d0)+x0(1.4)
式中，pl(d)為經過距離d後的路徑損耗；pl(d0)為經過單位距離後的路徑損耗；d0為單位距離，通常為1m；x0為均值為0的隨機數並服從高斯分布，其標準差範圍是4～10；n是信號衰減因子，範圍為2～4。
接收端收到的信號強度為：
pr(d)＝pt+gt-pl(d)(1.5)
式中，pr(d)是接收信號強度指示即rssi；pt為發射信號的功率；gt為發射天線增益。基於該原理，ieee802.15.4標準給出了簡化後的信號衰減模型：
但考慮到環境、成本、定位精度要求等因素，所以實際測量中測距模型可以進一步簡化為：
rssi＝-10nlgd-a(1.7)
式中，n為信號衰減因子，範圍一般為2～4；d為定位節點與參考節點之間的距離；a為定位節點與參考節點之間的距離d為1m時測得rssi值，式(1.7)就是rssi測距的經典模型，得到了rssi和d的函數關係，故已知接收機接收到的rssi值就可以算出與發射機之間的距離,a和n都是經驗值和具體使用的硬體節點以及無線傳播的環境有關，因此在不同的實際環境中a和n參數不同其測距模型也不同。
優選地，繞射的一致性理論用於繞射中，用平面的不連續性代表邊緣和楔子，生成的射線數是每條射線允許經過的最大發射繞射數目的函數，對於場源r，發出ⅳ條射線，經過ⅳ次反射、繞射或透射，假設無線傳播環境由六面牆閉合而成，並認為牆為理想的反射面，即r＝-1，該長方體區域的長、寬和高分別為la，lb，lc，第j個讀寫器的坐標為xj，yj，zj，待定位標籤的幾何坐標為xk，yk，zk；如果eo為距離信號發射器d。處的電場，則對於d>d。的區域，直接視距傳播的信號以及經過六個反射面作用的信號疊加，在信號接收端相應電場為：
本發明的室內綜合定位平臺及定位方法具有如下有益效果：
(1)低功耗:由於的傳輸速率低，發射功率僅為1mw，而且採用了休眠模式，功耗低，因此室內綜合定位平臺設備非常省電。據估算，設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間，這是其它無線設備望塵莫及的。
(2)成本低：室內綜合定位平臺模塊的初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.5—2.5美元，並且室內綜合定位平臺協議是免專利費的。低成本對於也是一個關鍵的因素。
(3)時延短:通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms，休眠激活的時延是15ms，活動設備信道接入的時延為15ms。因此室內綜合定位平臺技術適用於對時延要求苛刻的無線控制(如工業控制場合等)應用。
(4)網絡容量大：一個星型結構的室內綜合定位平臺網絡最多可以容納254
個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在最多100個室內綜合定位平臺網絡，而且網絡組成靈活。
(5)可靠:採取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避開了發送數據的競爭和衝突。mac層採用了完全確認的數據傳輸模式，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如傳輸過程中出現問題可進行重發。
(6)安全：室內綜合定位平臺提供了基於循環冗餘校驗(crc)的數據包完整性檢查功能，支持鑑權和認證，採用了aes-128的加密算法，各個應用可以靈活確定其安全屬性。
附圖說明
圖1為根據本發明一個實施例的三點定位算法示意圖；
圖2為根據本發明一個實施例的建立網絡原語過程示意圖；
圖3為根據本發明一個實施例的終端設備和路由設備發現網絡以及加入網絡示意圖；
圖4為根據本發明一個實施例的加入網絡原語過程示意圖；
圖5為根據本發明一個實施例的輔助地磁慣性導航模型示意圖；
圖6為根據本發明一個實施例的加速度慣性導航坐標圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
在本發明一個實施例中，室內綜合定位平臺設置有六個層級，分別為：系統軟體層、設備接入層、服務層、業務綜合層、業務軟體層和表現層；上述各子系統通過所述服務層執行個子系統數據的處理；光纖通信網絡系統及基於rfid的信號採集系統通過所述設備接入層，實現對不同子系統數據的導入，以及各子系統與所述室內綜合定位平臺的數據交互。用aes加密(高級加密系統)，其次，室內綜合定位平臺採用蜂巢結構組網，每個設備不僅能通過多個方向與網關通信，保障網絡的穩定性；每個設備還具有無線信號中繼功能，可以接力傳輸通訊信息把無線距離傳到1000米以外。室內綜合定位平臺的基礎是ieee802.15.4。但ieee僅處理低級mac層和物理層協議，因此室內綜合定位平臺擴展ieee。
室內綜合定位平臺的每個ip連接，每秒處理3000條以上數據能力；每條數據18個字節；每臺伺服器100個讀卡器連接，每秒30萬數據；平臺穩定性能持續運行三個月，期間無閃退，無中斷等不穩定性；socket為長連接狀態，始終保持連接，出現中斷，平臺重新連接；提供軌跡跟蹤服務；提供視頻聯動服務；提供實時位置展示服務；提供數據集成能力，提供多點定位方法；為用戶提供無線數據傳輸功能。提供慣性導航服務，即從一已知點的位置根據連續測得的運載體航向角和速度推算出其下一點的位置.因而可連續測出運動體的當前位置。
例如，每個ip連接，每秒處理3000條以上數據能力，即負責將分布的、異構數據源中的數據如關係數據、平面數據文件等抽取到臨時中間層後進行清洗、轉換、集成，最後加載到數據倉庫或數據集市中，成為聯機分析處理、數據挖掘的基礎。
優選地，所述資料庫模塊還包含數據清洗模塊，用於對將要存入資料庫模塊中的數據進行異常數據清洗，主要包括：依據不同數據類型，調用異常數據清洗規則，對數據進行清洗，刪除異常數據；所述異常數據清洗規則至少包含變化閾值規則。
優選地，所述變化閾值規則具體為：對數據進行間隔時間t的採樣，獲取數據的連續n個採樣值a1,a2,…,an，該被採樣的數據為同類型數據，設該數據包含數據元素為a1,a2,…,ak，分別計算該n個採樣值中相鄰兩個採樣值以及首、尾兩採樣值之間的各數據元素的均方根，即
並將計算後的均方根值依序排列存儲，首、尾兩採樣值之間的均方根排在末尾，其中i，j分別表示第i個和第j個採樣數據；
計算相鄰各均方根b之間的差值b'及均值並計算各個當超過預設的閾值時，刪除相鄰的兩均方根b中共同的採樣值。
與現有技術相比，本發明技術方案能夠很好地將不同類型的大型系統進行有效整合，並通過光纖網絡保證不同系統間的海量數據傳輸，並且依據不同的系統類型，在不同地點進行系統穿插和聯動，例如在倉庫監控中，將視頻、報警、環境監測進行融合，很好地實現了對範圍內場地的有效監控和預警，能夠很好地適應大範圍場地管理、監控的需求。
以從低安全網絡/域(簡稱之為"外網")向高安全網絡/域(簡稱之為"內網")為例，數據採集的方式，常見的c/s架構中，一般都在server端開放固定的埠，然後由client端主動推送數據，以達到數據採集的目的。
為保證安全性，數據交換系統一般採用主動方式獲取數據，即以client端的身份主動向相應的伺服器獲取數據，這樣避免開放固定埠，安全性得到了保證。
為保證數據交換系統uas和tas之間數據交換的保密性，一般通過兩類方式，一種是uas和tas之間使用私有協議傳輸數據，由於私有協議不對外公布，只是內部使用，其安全性能得到保證。
例如，每臺伺服器100個讀卡器連接，每秒30萬數據。
穩定性主要原理是在s右半平面的閉環極點個數z＝p-2n，式中，p為s右半平面開環極點數，n為開環nyquist曲線逆時針包圍(-1,j0)點的圈數，且有n＝n+－n-
其中n+為：正穿越與半次正穿越次數的和。
其中n-為：負穿越與半次負穿越次數的和。
例如，平臺採用socket連接，socket為長連接狀態，始終保持連接，出現中斷，平臺重新連接。
為保證安全性，數據交換系統一般採用主動方式獲取數據，即以client端的身份主動向相應的伺服器獲取數據，這樣避免開放固定埠，安全性得到了保證。
為保證內網安全，對傳輸至內網的數據要進行細粒度的安全檢查，常見的有數據落地病毒查殺，細粒度的內容過濾、安全格式檢查等，保證應用數據傳輸的安全性。
這樣保證了僅傳輸規定的數據類型、數據格式，並保證傳輸的數據的安全性。如果內部串聯安全隔離網閘，將剝離所有的通訊協議，使得攻擊、木馬等失去生存的空間，安全性得到極大的提升。
例如，所述軌跡跟蹤獲取來自所述基於rfid的信號採集系統的rfid信息，以及所述視頻聯動子系統的視頻信息，並對所述rfid信息和/或所述視頻信息進行處理，獲取跟蹤軌跡信息，並依據所述跟蹤軌跡信息進行判定，並在判定滿足預設條件時，向所述室內綜合定位平臺發送報警信號，並在所述室內綜合定位平臺的可視化界面上對報警軌跡中的位置點進行標示。在所述rfid信息數據滿足預設條件時，和/或來自所述傳感器設備發送的數據滿足預設條件時，向所述控制指揮中心發送報警信息，並在所述控制指揮中心的可視化界面上對報警區域進行標示。具體為：①獲取標籤在一時間段t內的位置數據，並將所述位置數據依時間順序記錄；②設置一斜率取值範圍，並通過隨機方式，在所述取值範圍內選取一確定的斜率作為初始值；③基於所述初始值，以t內的第一位置數據為起點，計算相鄰兩位置數據點的二次曲線。④設置時間t內的總二次曲線，記為：y＝ai,1x2+ai,2x+ai,3，其中ai,1,ai,2,ai,3分別為曲線的係數，i為自然數；
依據所述初始值，以及所述位置數據，確定各所述位置數據點的斜率，具體為：
其中b、c為係數，xi,yi分別為第i個位置數據的橫、縱坐標，xi+1,yi+1分別為第i+1個位置數據的橫、縱坐標，ki+1、ki分別為第i+1和第i個位置數據處點的斜率；
對於第i個所述位置數據，其對應點為起點的二次曲線的係數分別為：
其中0<d<1，ai2＝ki，ai3＝yi；
例如，具有基帶晶片的應用終端,可以接收和解算定位信號,通過移動通信網絡將自己的位置信息上傳給綜合服務平臺。
例如，所述視頻聯動子系統包含設置於平臺監控範圍內的視頻監控設備，並且通過所述控制指揮中心，獲取來自其他子系統的監控信息，並在接收到特定位置處的異常信息時，實時調取所述特定位置處的視頻數據，並進行顯示，以展示所述特定位置處的實時鏡像，實現視頻聯動。
例如，所述軟體層中，包含資料庫模塊，所述資料庫模塊接收來自各子系統的數據，並對數據進行集成，依據數據的更新，對數據進行清洗並存儲；與所述資料庫模塊配合設置有數據調配模塊，用於對資料庫模塊中存儲的數據進行調配。
例如，所述對數據進行集成主要包括：接收來自各子系統的數據，並將數據進行轉換，將數據格式進行統一，並將轉換後的數據導入消息隊列；為數據建立主鍵，以及變更標記鍵，建立數據存儲表；所述變更標記鍵用於表示其對應的數據元素發生變化，以及變化的數據位置；定時從消息隊列中提取數據，將消息隊列中的數據分配入存儲表，並在主鍵中存入對應的數據類型，然後將數據存儲入資料庫模塊；通過所述數據調配模塊，依據平臺控制指揮中心以及各子系統的數據調配請求，對資料庫模塊中的數據進行調配，並發送。
例如，所述存儲表分為與所述主鍵的數據類型對應的不同的存儲表，以存儲對應的數據類型；所述數據調配模塊依據所述數據調配請求，生成數據採集表，所述數據採集表至少包含需調配數據的類型、數據時限要求、目的地；所述數據調配模塊依據所述數據採集表，通過所述存儲表，調配對應的數據。
例如，所述平臺進行標籤定位，包括兩點定位和多點定位，所述多點定位為通過三個或三個以上定位節點進行標籤定位。
例如，所述兩點定位具體為：在地圖上，將兩點定位區域等分為若干個子區域，所述子區域面積相等；分別以各個子區域的中心點坐標作為各子區域的標識點；記錄各子區域標記點距離該子區域最近的兩定位節點的直線距離，並計算兩個所述直線距離的比值；所述比值的計算依據定位節點的設置位置，按照固定順序進行依序計算；將所述比值，以及參與計算的兩定位節點序列號，共同記錄為對應的子區域的id；當標籤進入識別區域時，採集信號最強烈的兩定位節點的序列號及信號強度，依據所述固定順序，計算該兩定位節點信號強度的比值；依據該兩定位節點的序列號查找對應的子區域群；將所述信號強度的比值與所述子區域群的所述比值進行比較，選取差值最小的子區域為目標子區域，並將所述目標子區域的中心點作為標籤的當前位置。
例如，在可靠性方面，室內綜合定位平臺有很多方面進行保證。物理層採用擴頻技術，能夠在一定程度上抵抗幹擾，mac應用層(aps部分)有應答重傳功能。mac層的csma機制使節點發送前先監聽信道，可以起到避開幹擾的作用。當室內綜合定位平臺網絡受到外界幹擾，無法正常工作時，整個網絡可以動態的切換到另一個工作信道上。
例如，時延由於室內綜合定位平臺室內綜合定位平臺採用隨機接入mac層，且不支持時分復用的信道接入方式，因此不能很好的支持一些實時的業務。
例如，能耗特性是室內綜合定位平臺的一個技術優勢。通常室內綜合定位平臺節點所承載的應用數據速率都比較低。處於需要通信狀態時，節點進入低功耗休眠狀態，此時能耗可能只有正常工作狀態下的千分之一。由於一般情況下，休眠時間佔總運行時間的大部分，有時正常工作的時間還不到百分之一，因此達到很高的節能效果。
組網和路由性——網絡層特性，室內綜合定位平臺大規模的組網能力——每個網絡65000個節點。底層採用直擴技術，如採用非信標模式，網絡可進行擴展，因不需同步而且節點加入網絡和重新加入網絡的過程可以做到1秒以內，藍牙通常需要3秒。在路由方面，室內綜合定位平臺支持可靠性高的網狀網的路由，故可以布置範圍很廣的網絡，支持多播和多點定位移動特性。
室內外定位平臺是一種物聯網無線數據終端，利用網絡為用戶提供無線數據傳輸功能。採用高性能的工業級方案，提供smt與dip接口，可直接連接ttl接口設備，實現數據透明傳輸功能；低功耗設計，最低功耗小於1ma；提供6路i/o，可實現數字量輸入輸出、脈衝輸出；其中有3路i/o可實現模擬量採集、脈衝計數等功能。
例如，室內綜合定位平臺使用網內專用地址，主要是因為整個專網的任意兩個節點之間的連接優於傳統專網所需的端到端的物理鏈路，是架構在公用網絡服務商所提供的網絡平臺，如internet、atm(異步傳輸模式〉、framerelay(幀中繼)等之上的邏輯網絡，用戶數據在邏輯鏈路中傳輸。它涵蓋了跨共享網絡或公共網絡的封裝、加密和身份驗證連結的專用網絡的擴展。地址為16位或者64位，地址有限，網際網路主機無法訪問。
優選地，所述室內兩點定位算法，基於標籤和節點之間的衰減值的測距方法，其是已知節點的信號衰減值，根據信號的傳播時間計算節點間的距離。節點接收到多個相鄰的節點信息後，利用兩點定位法來確定標籤的位置，利用慣性導航進行標籤的活動觀察。
優選地，所述室內外三點定位算法，優化傳統三點定位算法，採用的定位算法是基於接收信號強度的算法(即landmarc算法)，並在landmarc算法的後面利用三點定位算法，使其更準確。
假設圖1中三個圓的圓心a、b、c是對應的三個ap的位置。其對應的坐標分別為(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)。三個圓的交點d即為待定位的移動終端位置，坐標為(x，y)。對應測量點與各個無線接入點的距離為d1，d2，d3。根據幾何關係可知:
將式(1.1)最後式減去前兩式，可得：
由式(1.2)得到終端的位置坐標：
優選地，所述室內外矩陣定位算法，除卻三點定位算法，根據實際情況和現場環境不同，合理選擇室內外矩陣定位算法實現人員定位。室內外矩陣定位算法自動識別組成三角(三點)的定位節點，使其標籤一直處於三點位置，從而達到精確定位標籤位置。
建立網絡是一個自動的過程，定位節點在應用指定的網絡信道範圍內進行能量掃描，通過在各個信道上進行監聽，獲取各信道能量水平。定位節點會選擇一個幹擾和衝突最少的信道建立網絡。確定了工作信道後，設備可以進一步設置其餘網絡參數，包括pan標識，網絡地址，擴展pan標識等。
如圖2、圖4所示，應用層通過nlme-network-formation.request觸發網絡層進行網絡建立過程。原語包括掃描信道，掃描時間，信標階，超幀階，電池壽命擴展標誌等參數。網絡建立的具體過程：調用mac層mlme-scan原語先後進行能量掃描和主動掃描，在選擇好信道、pan標識等參數後調用nlme-set原語先後對參數進行設置，最後通過mlme-start原語啟動定位節點。
如圖3所示，新節點加入網絡優先搜索周圍存在的網絡，發現網絡，過程和建立網絡直接調用mac層的主動掃描，即發送mac層信標請求命令，然後進行監聽是否收到信標。
信標幀，一種特殊的幀，由定位節點發送，攜帶網絡相關的信息，用於通告網絡信息，以便其他設備加入網絡或者了解網絡的狀況。mac淨荷部分包括2位元組的超幀規格，gts域，緩存地址域，和信標規格。
例如，超幀結構規定定位節點與周圍設備通信時間。超幀結構包括：信標階(bo)，超幀階(so)，競爭接入時期的結束時間，預留位，發送信標設備是否為pan定位節點，定位節點是否允許其他設備進行關聯。so或bo參數的設置對於網絡的特性有很大的影響，bo越大，信標周期越大，新設備需要監聽更長的時間才能獲取信標，因此加入網絡的時間越長。
例如，實驗中情況：採用非信標方式，mac層支持沒有超幀結構的信道接入方式，信標不周期性地發送而採取按需發送的方式，即收到信標請求的時候才發信標。此時bo＝15，so的值沒有意義。
例如，信標中所攜帶淨荷包括協議標識，協議棧子集，協議版本，數據採集器接受標誌，設備深度(0x0表示作為樹根的定位節點)，末端設備接受標識，擴展pan標識，信標時間偏移，網絡更新標識。協議棧子集又稱為特性集(featureset)，指定了對協議棧各可選擇性的選擇以及參數範圍。協議棧針對多種多樣的應用，難免過於複雜，選項繁多，而特性集通常針對於幾類應用，可以縮小可選項的範圍，定義更加適合這些應用的功能和參數範圍。數據採集器接受標誌表示是否接受數據採集器設備加入網絡。
例如，新節點收到信標之後，決定加入哪個網絡，然後確定是否以數據採集器的身份加入，確定通過哪個節點加入，之後，發送mac層關聯請求命令，如果得到成功的關聯響應命令，那麼節點根據命令當中攜帶的地址來設置自己的網絡地址。如果新節點以末端節點身份加入，那麼新節點的加入過程就此完成；但如果新節點以數據採集器身份加入的話，新節點還需要發起網絡層nlme-start-router原語，控制mac層mlme-start原語，把pan標識，邏輯信道，信標階和超幀階設置成跟父節點對應參數相同的值。
例如，應用層通過nlme-ntework-discovery.request請求mac層進行網絡掃描，參數包括掃描信道和掃描時間。mac層通過mlme-scan原語完成信道掃描後，網絡層再通過nlme-ntework-discovery.confirm原語把結果告訴應用層。
應用層通過nlme-join.request請求網絡層加入網絡開始，原語包括擴展pan標識，加入網絡方式，掃描信道，掃描時間，能力信息，安全標誌等參數。完成加入網絡過程之後，父節點的網絡層通過nlme-join.indication通知應用層子節點加入的結果，原語包括子節點的網絡地址，擴展地址，能力信息，加入網絡方式，安全標誌等參數。而子節點的網絡層通過nlme-join.confirm通知應用層加入的結果，原語包括狀態，分配的網絡地址，擴展pan標識，工作信道等參數。
例如，室內綜合定位平臺的底層技術基於ieee802.15.4，即其物理層和媒體訪問控制層直接使用了ieee802.15.4的定義。負責制定室內綜合定位平臺的物理層和媒體介質訪問層。ieee802.15.4規範是一種經濟、高效、低數據速率(選擇一個頻道和panid，組建網絡
>允許路由和標籤加入這個網絡
>對網絡中的數據進行路由
>必須常電供電，不能進入睡眠模式
>可以為睡眠的標籤保留數據，至其喚醒後獲取
(2)數據採集器的功能特點
>在進行數據收發之前，必須首先加入一個室內綜合定位平臺網絡
>本身加入網絡後，允許路由和標籤加入
>加入網絡後，可以對網絡中的數據進行路由
>必須常電供電，不能進入睡眠模式
>可以為睡眠的標籤保留數據，至其喚醒後獲取。
(3)標籤的功能特點
>在進行數據收發之前，必須首先加入一個室內綜合定位平臺網絡
>不能允許其他設備加入
>必須通過其父節點收發數據，不能對網絡中的數據進行路由
>可由電池供電，進入睡眠模式
定位節點在選擇頻道和panid組建網絡後，其功能將相當於一個數據採集器。定位節點或者數據採集器均允許其他設備加入網絡，並為其路由數據。
標籤通過定位節點或者某個數據採集器加入網絡後，便成為其「子節點」；對應的數據採集器或者定位節點即成為「父節點」。由於標籤可以進入睡眠模式，其父節點便有義務為其保留其他節點發來的數據，直至其醒來，並將此數據取走。
優選地，本發明提供室內定位平臺涉及協議方式，主要：室內綜合定位平臺標準採用ieee802.15.4標準作為其phy層和mac層協議。因此，遵循室內綜合定位平臺的設備也同樣遵循ieee802.15.4標準。在家庭和工廠內使用無線通信來收集信息或執行既定控制任務的概念對人們來說並不陌生。縱觀幾種短距離無線網絡通信的標準，包括ieee802.11無線區域網(wirelesslocalareanetworkwlan)和藍牙(bluetooth).每個標準都有其在特定領域應用的優勢，而則主要是為低成本、低數據速率、超低功耗的無線網絡應用開發的。通過簡化通信協議和降低數據速率，室內綜合定位平臺標準有助於降低應用成本。和其他的標準例如ieee802.11相比，滿足和ieee802.15.4標準的最低需求相對輕鬆，這同時也降低了室內綜合定位平臺應用複雜度和成本。佔空比是指設備活躍時的時間與總時間的比值。例如，若一個設備每分鐘喚醒一次，工作60ms後繼續休眠。那麼它的佔空比為0.001或0.1％。在許多室內綜合定位平臺應用中，為了保證電池能工作數年以上，設備的佔空比都在1％以下。
優選地，本發明提供室內外定位標準的遠程監控、控制和傳感器網絡應用平臺，主要：滿足人們對支持低數據速率、低功耗、安全性和可靠性，而且經濟高效的標準型無線網絡解決方案的需求，室內綜合定位平臺標準應運而生。核心市場是消費類電子產品、能源管理和效率、醫療保健、家庭自動化、電信服務、樓宇自動化以及工業自動化。圍繞室內綜合定位平臺晶片技術推出的外圍電路，稱之為「室內綜合定位平臺模塊」，常見的室內綜合定位平臺模塊都是遵循ieee802.15.4的國際標準，並且運行在2.4ghz的頻段上，另外，歐洲的標準是868mhz、北美是915mhz。
(1)概念介紹
室內綜合定位平臺是一種基於802.15.4物理層協議、支持自組網、多點中繼，可實現網狀拓撲的複雜的組網協議，加上其低功耗的特點，使得網絡間的設備必須各司其職，有效地協同工作。
網絡的設備類型
在室內綜合定位平臺網絡中，有三種不同類型的設備，分別叫做：定位節點、數據採集器和標籤：
(2)panid
pan的全稱為personalareanetworks，即個域網。每個個域網都有一個獨立的id號，即稱為panid。整個個域網中的所有設備共享同一個panid。室內綜合定位平臺設備的panid可以通過程序預先指定，也可以在設備運行期間，自動加入到一個附近的pan中。
(3)室內綜合定位平臺設備的地址類型
室內綜合定位平臺設備有兩種不同的地址：16位短地址和64位ieee地址。其中64位地址是全球唯一的地址，在設備的整個生命周期內都將保持不同，它由國際ieee組織分配，在晶片出廠時已經寫入晶片中，並且不能修改。而短地址是在設備加入一個室內綜合定位平臺網絡時分配的，它只在這個網絡中唯一，用於網絡內數據收發時的地址識別。但由於短地址有時並不穩定，由於網絡結構的變化會發生改變，所以在某些情況下必須以ieee地址作為通訊的目標地址，以保證數據有效送達。
(4)fbee的地址分配方法
fbee採用的是最新的室內綜合定位平臺pro的協議棧，在此版本的協議棧中：首先，在任何一個pan中，短地址0x0000都是指定位節點。而其他設備的短地址是隨機生成的。當一個設備加入網絡之後，它從其父節點獲取一個隨機地址，然後向整個網絡多點定位移動一個包含其短地址和ieee地址的「設備聲明」(deviceannounce)，如果另外一個設備收到此多點定位移動後，發現與自己地址相同，它將發出一個「地址衝突」(addressconflict)的多點定位移動信息。有地址衝突的設備將全部重新更換地址，然後重複上述過程，直至整個網絡中無地址衝突。
(5)fbee設備的短地址變化說明
在fbee的「透傳」、「採集」與「控制」幾大功能中，設備地址是至關重要的一個參數，只有地址設置正確，通訊才能按照預期進行。在此有必要對地址的使用進行詳細的說明。
(6)定位節點和數據採集器的短地址
定位節點的短地址為0x0000，不會發生變化。而fbee的數據採集器短地址，是在其第一次上電時，按照上文2的規則，由其父節點成功分配一次之後，保存在內部flash中，以後無論如何開關機都將保持不變。
值得一提的是，正是由於這種簡單的網絡結構，用戶可以選擇一個定位節點+n個數據採集器的方式來組成一個無「低功耗」需求的網絡，進行「無線透傳」等應用，簡單地使用短地址即可保證數據送達至正確的設備。
(7)標籤的短地址
上述定位節點+數據採集器的方式可以滿足部分應用，但無法體現室內綜合定位平臺自組網與低功耗的優勢。這時就要發揮標籤的特點。fbee標籤的使用，將在後續章節中詳細說明，此處僅介紹其短地址變化規律與長地址的使用。
fbee標籤可實現室內綜合定位平臺的「自組」、「自愈」功能。每次打開標籤的電源，它將自動檢查其附近的數據採集器/定位節點與其連接的信號質量，選擇信號質量最好的路由為其父節點加入網絡。在加入網絡之後，它將周期性地發送數據請求(macdatarequests)，如果其父節點沒有對其請求進行響應，並且重試幾次後，仍無響應，則判定為父節點丟失，此時標籤將重複上述過程，重新尋找並加入網絡。
註：由於fbee遵循的是室內綜合定位平臺pro的規範，重新加入新的父節點後，其短地址將保持不變。但在室內綜合定位平臺2007協議中，由於採用的是樹型的固定地址方式，在更換父地址後，節點短地址會發生變化。
(8)利用節點的長地址進行尋址
由於短地址的可變性，在具備可移動節點(enddevice)的網絡中，最好使用長地址進行通訊，以確保數據送到正確的設備中。fbee模塊可實現設備的長地址尋址，僅需一個簡單的atdl指令即可。
本發明的室內綜合定位平臺具有以下特徵：
每個ip連接，每秒處理3000條以上數據能力；每條數據18個字節；每臺伺服器100個讀卡器連接，每秒30萬數據；平臺穩定性能持續運行三個月，期間無閃退，無中斷等不穩定性；socket為長連接狀態，始終保持連接，出現中斷，平臺重新連接；提供軌跡跟蹤服務；提供實時位置展示服務；提供視頻聯動服務；提供數據集成能力，提供多點定位方法；為用戶提供無線數據傳輸功能。提供慣性導航服務，即從一已知點的位置根據連續測得的運載體航向角和速度推算出其下一點的位置.因而可連續測出運動體的當前位置。
在一個室內綜合定位平臺網絡中，至少存在一個ffd充當整個網絡的定位節點，即pan定位節點，室內綜合定位平臺中也稱作室內綜合定位平臺定位節點。一個室內綜合定位平臺網絡只有一個pan定位節點。通常，pan定位節點是一個特殊的ffd，它具有較強大的功能，是整個網絡的主要控制者，它負責建立新的網絡、發送網絡信標、管理網絡中的節點以及存儲網絡信息等。ffd和rfd都可以作為標籤加入室內綜合定位平臺網絡。此外，普通ffd也可以在它的個人操作空間(pos)中充當定位節點(路由)，但它仍然受pan定位節點的控制。中每個定位節點最多可連接255個節點，一個室內綜合定位平臺網絡最多可容納65535個節點。
室內綜合定位平臺網絡的拓撲結構主要有三種，星型網、網狀(mesh)網和混合網。
星型網是由一個pan定位節點和一個或多個標籤組成的。pan定位節點必須是ffd，它負責發起建立和管理整個網絡，其它的節點(標籤)一般為rfd，分布在pan定位節點的覆蓋範圍內，直接與pan定位節點進行通信。星型網通常用於節點數量較少的場合。
mesh網一般是由若干個ffd連接在一起形成，它們之間是完全的對等通信，每個節點都可以與它的無線通信範圍內的其它節點通信。mesh網中，一般將發起建立網絡的ffd節點作為pan定位節點。mesh網是一種高可靠性網絡，具有「自恢復」能力，它可為傳輸的數據包提供多條路徑，一旦一條路徑出現故障，則存在另一條或多條路徑可供選擇。
mesh網可以通過ffd擴展網絡，組成mesh網與星型網構成的混合網。混合網中，標籤採集的信息首先傳到同一子網內的定位節點，再通過網關節點上傳到上一層網絡的pan定位節點。混合網都適用於覆蓋範圍較大的網絡。
室內綜合定位平臺中，只有pan定位節點可以建立一個新的室內綜合定位平臺網絡。當室內綜合定位平臺pan定位節點希望建立一個新網絡時，首先掃描信道，尋找網絡中的一個空閒信道來建立新的網絡。如果找到了合適的信道，室內綜合定位平臺定位節點會為新網絡選擇一個pan標識符(pan標識符是用來標識整個網絡的，因此所選的pan標識符必須在信道中是唯一的)。一旦選定了pan標識符，就說明已經建立了網絡，此後，如果另一個室內綜合定位平臺定位節點掃描該信道，這個網絡的定位節點就會響應並聲明它的存在。另外，這個室內綜合定位平臺定位節點還會為自己選擇一個16bit網絡地址。室內綜合定位平臺網絡中的所有節點都有一個64bitieee擴展地址和一個16bit網絡地址，其中，16bit的網絡地址在整個網絡中是唯一的，也就是802.15.4中的mac短地址。
室內綜合定位平臺定位節點選定了網絡地址後，就開始接受新的節點加入其網絡。當一個節點希望加入該網絡時，它首先會通過信道掃描來搜索它周圍存在的網絡，如果找到了一個網絡，它就會進行關聯過程加入網絡，只有具備路由功能的節點可以允許別的節點通過它關聯網絡。如果網絡中的一個節點與網絡失去聯繫後想要重新加入網絡，它可以進行孤立通知過程重新加入網絡。網絡中每個具備數據採集器功能的節點都維護一個路由表和一個路由發現表，它可以參與數據包的轉發、路由發現和路由維護，以及關聯其它節點來擴展網絡。
室內綜合定位平臺品採用高性能的工業級室內綜合定位平臺方案，提供smt與dip接口，可直接連接ttl接口設備，實現數據透明傳輸功能；低功耗設計，最低功耗小於1ua；提供5路i/o，可實現數字量輸入輸出、脈衝輸出；其中有3路i/o還可實現模擬量採集、脈衝計數等功能。
簡單的說，室內綜合定位平臺是一種高可靠的無線數傳網絡，類似於cdma和gsm網絡。數傳模塊類似於行動網路基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公裡，並且支持無限擴展。
室內綜合定位平臺是一個由可多到65535個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，在整個網絡範圍內，每一個室內綜合定位平臺網絡數傳模塊之間可以相互通信，每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。
與移動通信的cdma網或gsm網不同的是，室內綜合定位平臺網絡主要是為工業現場自動化控制數據傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。而移動通信網主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個室內綜合定位平臺「基站」卻不到1000元人民幣。
每個室內綜合定位平臺網絡節點不僅本身可以作為監控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數據採集和監控，還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料。除此之外，每一個室內綜合定位平臺網絡節點(ffd)還可在自己信號覆蓋的範圍內，和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點(rfid)無線連接。
當兩個讀卡器讀到標籤時，本發明平臺會判斷兩個設備的衰減值，當某點設備衰減值大的，人員默認向衰減值大的設備移動；
針對fbee模塊現有的數據發送方式，我們重點介紹室內綜合定位平臺的兩點定位移動和多點定位移動兩種方式。兩點定位移動模式下面，數據由一個源設備，發送至一個目標設備；而多點定位移動模式，數據是由一個源設備，發送至很多，或者是所有的設備。
(1)兩點定位移動方式
兩點定位移動方式下，數據由源設備發出，直接或者經過幾級中轉後，發送至目的地址。加入室內綜合定位平臺網絡的所有設備之間都可以進行兩點定位移動傳輸，可用16位短地址或者64位長地址進行尋址。具體路由關係由定位節點/數據採集器進行維護、查詢。路由表的相關內容將在後續fbeeapi模式的章節中進行介紹。
(2)多點定位移動方式
多點定位移動方式是由一個設備發送信息至整個室內綜合定位平臺網絡的所有設備，其目標短地址使用0xffff。另外，0xfffd與0xfffc也可作為多點定位移動地址。其區別如下：
0xffff:多點定位移動數據發送至所有設備，包括睡眠節點
0xfffd:多點定位移動數據發送至正在睡眠的所有設備
0xfffc:多點定位移動數據發送至所有定位節點和數據採集器
提到「多點定位移動」，可能不少人會認為室內綜合定位平臺的多點定位移動就像村裡的大喇叭，一個人講一遍，所有的人豎著耳朵聽一次，就完成任務了。其實並不是這樣的，室內綜合定位平臺的多點定位移動更像是「傳悄悄話」，一傳十、十傳百，一點點「蔓延」出去的。在一個房間裡布置多臺讀卡節點，進行信號全覆蓋，多臺節點讀取到標籤後，默認選擇兩個節點最大衰減值，移動時，哪一方設備衰減值大，就會向哪方移動；舉個最簡單的例子：
一個網絡中，有abc三個設備，a是b的鄰居；b是c的鄰居；但a和c不是鄰居。a--------->b-------->c
當a要發多點定位移動給整個網絡的時候，由於距離關係，a無法直接發送給c，那麼a首先多點定位移動給它的鄰居(此例中只有b)，b再多點定位移動給它的鄰居(此例中有a和c)，a此時收到b的多點定位移動數據，與自己發送的多點定位移動數據對比後得知：自己已經將信息多點定位移動給了b，且b已經成功中繼此多點定位移動數據，此時a完成任務，並不再繼續接受多點定位移動。
同理，c收到b的多點定位移動後，再多點定位移動給它的鄰居(此例中只有b)，b收到c的多點定位移動後，得知c也已經收到了自己的多點定位移動信息，且成功中繼。
以此類推，任何一個數據多點定位移動都可以以這種方式，一步步往外蔓延，最終每個節點都成功收到信息，而且保證信息不會無止境地在網絡間傳播。
這種多點定位移動方式成功地將通訊範圍擴大至整個網絡，但由於這種信息在網絡間頻繁地轉發，導致網絡負擔陡增，所以建議不要過分使用多點定位移動方式，而且每次多點定位移動的數據儘可能少，發送的時間間隔儘量不要太短！
優化傳統三點定位算法，採用的定位算法是基於接收信號強度的算法(即landmarc算法)，並在landmarc算法的後面利用三點定位算法，設置三個已知點，三個點的信號衰減值相較於某個點，並知道其位置，並以對未知點距離為半徑做圓，三個圓相較於某點，某點就是人員所在的位置；
所述室內外矩陣定位算法，根據實際情況和現場環境的不同，可選擇運用室內外矩陣定位算法實現人員定位。該算法自動識別組成三角(三點)的定位節點，使其標籤一直處於三點位置，從而達到精確定位標籤位置。
在實際的系統搭建中，標籤可以採用例如rfid腕帶、rfid卡、rfid肩章等形式。
定位節點主要用於室內房間、走廊、樓梯、電梯等區域定位，可對房間或室內大區域的rfid標籤進行實時監控，根據各個定位節點掃描到標籤的衰減值，並利用多點定位的計算方式，可判斷標籤處於的實時位置。定位節點讀取到標籤信息後，會通過485或網絡傳輸方式傳輸給數據採集器，實現通訊。
優選地，所述定位節點讀取到標籤信息後，通過485或網絡傳輸方式將所述標籤信息傳輸給所述數據採集器。
在一個具體的實施方式中，在同層室內，採用多點定位，在單個房間內設置至少一個定位節點；因為房間內的結構比較複雜，所以採用的是多點定位的方法，這樣才能夠在距離較短的房間內實現定位的功能。如在房間內採用多點定位形式，在單個房間中，各設置一個定位節點，該定位節點可以完全覆蓋單個房間的空間，這樣，在該多房間環境中，在任何一點上，就可以覆蓋多個定位節點，通過例如三點定位、四點定位、rssi定位等定位方法，即可以實現對標籤的精確定位。
在一個具體的實施方式中，在樓梯內，採用二維定位方法，在每兩樓層之間設置一個定位節點；建築內樓梯處的人員定位在整個系統的定位體系中也佔有很大的比重。
每4至6個定位節點配備一個數據採集器。當然，該定位節點與數據採集器的搭配比例，可以依據定位精度、場地面積、儀器數據處理性能等進行適當的調整。
在一個具體的實施方式中，所述控制平臺還包括位置計算模塊、軌跡計算模塊；所述位置計算模塊基於所述數據採集器傳輸的數據，進行標籤定位；所述軌跡計算模塊基於所述定位，獲取所述標籤的軌跡。
在一個具體的實施方式中，所述控制平臺還包括報警模塊、可視化模塊；所述報警模塊基於所述定位及所述軌跡信息，在滿足預設判定條件時，發送報警信號；所述可視化模塊，基於所述報警信號，在地圖中對報警位置進行標示。
在一個具體的實施方式中，所述判定條件包括：在規定時間內是否處於規定範圍，和/或連續軌跡是否超出預設軌跡的閾值範圍。
在一個具體的實施方式中，在標籤密度較大的環境中，可以結合標籤信息的管理，採用如下方式避免標籤讀取衝突。
在一個具體的實施方式中，所述進行標籤定位，包括兩點定位和多點定位，所述多點定位為通過三個或三個以上定位節點進行標籤定位。當然，具體的定位方法，也可以採用本領域中已有的現有技術進行替代，例如常規的三點定位方式，rssi定位方式等等。
在另一個具體的實施例中，我們可以採用特定的兩點定位方法，以及依據標籤的離散位置，確定標籤運動軌跡的方法。例如：
在地圖上，將兩點定位區域等分為若干個子區域，所述子區域面積相等；子區域的形狀可以根據設置習慣、場地情況、計算便利需求等進行設定，可以設定為多邊形、圓形等，而在例如樓道等縱向空間中，可以縱向進行劃分，即該劃分的二維面是縱向的。而在三維空間中該，則可以設置為立體的子空間，例如球體、多面體等。
分別以各個子區域的中心點坐標作為各子區域的標識點；
記錄各子區域標記點距離該子區域最近的兩定位節點的直線距離，並計算兩個所述直線距離的比值；所述比值的計算依據定位節點的設置位置，按照固定順序進行依序計算；所述固定順序為樓層從高到底的排序或者，地面由南向北的排序等，只要將定位節點能夠按照一定的邏輯順序進行排序，且便於位置確定即可。
將所述比值以及參與計算的兩定位節點序列號，共同記錄為對應的子區域的id；
當標籤進入識別區域時，採集信號最強烈的兩定位節點的序列號及信號強度，依據所述固定順序，計算該兩定位節點信號強度的比值；
依據該兩定位節點的序列號查找對應的子區域群；
將所述信號強度的比值與所述子區域群的所述比值進行比較，選取差值最小的子區域為目標子區域，並將所述目標子區域的中心點作為標籤的當前位置。
在一個具體的實施方式中，所述獲取所述標籤的軌跡，具體為：
(一)獲取標籤在一時間段t內的位置數據，並將所述位置數據依時間順序記錄；
(二)設置一斜率取值範圍，並通過隨機方式，在所述取值範圍內選取一確定的斜率作為初始值；
(三)基於所述初始值，以t內的第一位置數據為起點，計算相鄰兩位置數據點的二次曲線。
在一個具體的實施方式中，所述(三)中，具體為：
設置時間t內的總二次曲線，記為：
y＝ai,1x2+ai,2x+ai,3
其中ai,1,ai,2,ai,3分別為曲線的係數，i為自然數；
依據所述初始值，以及所述位置數據，確定各所述位置數據點的斜率，具體為：
其中b、c為係數，xi,yi分別為第i個位置數據的橫、縱坐標，xi+1,yi+1分別為第i+1個位置數據的橫、縱坐標，ki+1、ki分別為第i+1和第i個位置數據處點的斜率；
對於第i個所述位置數據，其對應點為起點的二次曲線的係數分別為：
其中0<d<1，ai2＝ki，ai3＝yi；
將各段二次曲線按順序前後銜接，組成標籤運動軌跡路徑。
室內綜合定位平臺是一種無線連接，可工作在2.4ghz(全球流行)、868mhz(歐洲流行)和915mhz(美國流行)3個頻段上，分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的範圍內，但可以繼續增加。作為一種無線通信技術，室內綜合定位平臺具有如下特點：
(1)低功耗:由於的傳輸速率低，發射功率僅為1mw，而且採用了休眠模式，功耗低，因此室內綜合定位平臺設備非常省電。據估算，設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間，這是其它無線設備望塵莫及的。
(2)成本低：室內綜合定位平臺模塊的初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.5—2.5美元，並且室內綜合定位平臺協議是免專利費的。低成本對於也是一個關鍵的因素。
(3)時延短:通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms，休眠激活的時延是15ms，活動設備信道接入的時延為15ms。因此室內綜合定位平臺技術適用於對時延要求苛刻的無線控制(如工業控制場合等)應用。
(4)網絡容量大：一個星型結構的室內綜合定位平臺網絡最多可以容納254
個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在最多100個室內綜合定位平臺網絡，而且網絡組成靈活。
(5)可靠:採取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避開了發送數據的競爭和衝突。mac層採用了完全確認的數據傳輸模式，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如傳輸過程中出現問題可進行重發。
(6)安全：室內綜合定位平臺提供了基於循環冗餘校驗(crc)的數據包完整性檢查功能，支持鑑權和認證，採用了aes-128的加密算法，各個應用可以靈活確定其安全屬性。
最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和範圍。