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    重庆时时彩精准五星预测: 一种分布式室内移动目标导航系统及其工作方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201410204597.1

    申请日:

    2014.05.14

    公开号:

    CN103971144A

    公开日:

    2014.08.06

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06K 17/00申请日:20140514|||公开
    IPC分类号: G06K17/00 主分类号: G06K17/00
    申请人: 南京大学
    发明人: 谢磊; 姬浩; 殷亚凤; 陆桑璐
    地址: 210000 江苏省南京市汉口路22号
    优先权:
    专利代理机构: 江苏圣典律师事务所 32237 代理人: 贺翔
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410204597.1

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.01.11|||2014.09.03|||2014.08.06

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种分布式室内移动目标导航系统及其工作方法。系统硬件包括部署在室内关键位置的射频识别标签,每个标签对应物理空间的一个位置,标签通过存储事件消息来记录移动个体的位置信息、发生时刻;通过存储请求消息来记录搜索的目标、发起时刻。每个移动个体携带一个微型射频识别读写器。当移动个体从标签旁经过,读写器将事件消息写入标签,当需要寻找一个移动目标时,读写器将请求消息写入标签。其他移动个体经过标签时,读出消息,并携带、存储、转发到其他标签。消息在由射频识别标签组成的网络中传输。本发明利用射频识别标签具有计算和存储能力的特点,实现基于机会传输的室内移动目标导航。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种分布式室内移动目标导航系统,其特征在于包括:
    射频识别标签:大量射频识别标签被部署在室内的关键位置,每个射频识别标签都对应物理空间中的一个位置,通过射频识别标签的唯一标识符来表示位置信息;射频识别标签还具有存储能力,通过存储事件消息来记录每个经过其附近的移动个体的位置信息、发生时刻;通过存储请求消息来记录要搜索的目标个体、发起时刻;
    微型射频识别读写器:每个移动个体都携带一个微型射频识别读写器,当移动个体从射频识别标签旁经过时,微型射频识别读写器将一个事件消息写入射频识别标签,以记录一次经过事件,表示在某个时刻的位置信息;当某个移动个体需要寻找一个目标个体时,微型射频识别读写器将一个请求消息写入射频识别标签,请求消息记录了目标个体的标识符以及发起时刻;当系统中其他移动个体经过相同的射频识别标签时,其携带的微型射频识别读写器就会读出标签内存储的事件消息和请求消息,并携带、存储、转发到其他射频识别标签上。

    2.  根据权利要求1所述的分布式室内移动目标导航系统,其特征在于,本系统中的消息类型分为两种:
    (1)事件消息:事件消息是一个三元组,表示一次经过事件,其中包括移动的人或物体的唯一标识符、射频识别标签的唯一标示符和发生事件的时刻;
    (2)请求消息:请求消息也是一个三元组,表示一次搜索请求,其中包括请求发起者的唯一标示符、目标人或物体的唯一标示符和发起请求的时刻。

    3.  根据权利要求1或2所述的分布式室内移动目标导航系统,其特征在于,移动个体有三种不同类型的角色:
    (1)搜索角色:搜索角色是指那些已经在系统中发布了请求消息,并正在搜索目标人个体的移动个体,其不断在系统中搜索目标个体留下的事件消息,并利用这些信息对目标位置进行估算;
    (2)目标角色:目标角色是指那些被其他移动个体作为寻找目标的个体。
    (3)帮助角色:帮助角色是指那些接收到请求消息的移动个体,系统中的每个移动个体的初始状态都是处于帮助角色,帮助角色的移动个体负责收集环境中的事件消息,并在需要的情况下,将这些事件消息转发给需要帮助的搜索角色。

    4.  权利要求1至3任何一项所述的分布式室内移动目标导航系统的工作方法,其特征在于包括以下步骤:
    1)当系统中的每个移动个体从射频识别标签旁经过时,其所携带的微型射频读写器将该移动个体该次经过事件以事件消息的形式写入该标签;同时,将该射频识别标签上存储的所有事件消息读取出来,按照最近消息价值最高的原则,同步更新移动个体和射频识别标签上的事件消息;
    2)当系统中的某个移动个体需要寻找另一个移动个体时,即搜索角色寻找目标角色时,搜索角色所携带的微型射频识别读写器将一个请求消息写入其经过的每一个射频识别标签中,该请求消息记录了目标角色的标识符以及该请求的发起时刻;
    3)当系统中其他的移动个体从某个射频识别标签中读出上述请求消息后,从之前的事件消息记录中检索与目标匹配事件消息,并将匹配的事件消息写入周围的标签;
    4)搜索角色不断地收集目标角色的事件消息,并根据收集到的事件消息估算目标角色的位置区域,计算导航路径代价,选择逼近目标角色的下一步移动路径直至找到目标角色。

    5.  根据权利要求4所述的分布式室内移动目标导航系统的工作方法,其特征在于,步骤1)在写入射频识别标签过程中,如果该标签存储空间已满,按照标签存储空间的管理方法进行相应的替换操作;具体为:
    (1)事件消息最近替换机制:即对同一个移动个体,在标签上只存储该移动个体最新的事件消息,标签上有关该移动个体更早的事件消息将会被替换;
    (2)事件消息先进先出替换机制:即对射频识别标签上存储的事件消息按照最早被存储、最先被替换的原则进行替换;
    (3)信息量衰减淘汰机制:当系统中的事件和请求消息的时间戳大于一定阈值后,被当作无效消息,所占用的存储空间被释放作为可用存储资源;
    (4)概率转发机制:系统中的消息以概率的方式进行转发,转发概率和当前标签的可用存储空间比例呈正相关性。

    6.  根据权利要求4所述的分布式室内移动目标导航系统的工作方法,其特征在于步骤4)中估算目标角色的位置区域方法为:根据收集到的事件消息,利用公式-1计算被选择作为目标位置估算的事件消息的重要程度。在公式-1中,变量αi表示目标事件消息eventi的重要程度,变量ti表示事件消息eventi的发生时间,变量tnow表示当前时间。显然,ti与当前时间tnow越接近,该消息的重要性就越大。
    (公式-1)。

    7.  根据权利要求6所述的分布式室内移动目标导航系统的工作方法,其特征在于,步骤4)计算导航路径代价,选择逼近目标角色的下一步移动路径直至找到目标角色的具体过程为:使用公式-2实时地计算路径代价,选择代价最小的邻居节点作为下一步搜索方向
    (公式-2)
    (公式-3)
    公式中使用到的符号意义如下:υs表示搜索者当前位置,υj表示搜索者当前位置的一个邻居结点,w[υs][υj]表示结点υs和结点υj在物理空间中的距离,u1,u2,u3...un表示搜索者收集到目标最近的n个事件消息,d[υj][ui]表示结点υj和节点ui在物理空间中的距离,公式中用到的αi和α分别由公式-1和公式-3定义。

    说明书

    说明书一种分布式室内移动目标导航系统及其工作方法
    技术领域
    本发明涉及室内移动目标导航技术领域,特别是一种基于射频识别技术的室内移动目标导航系统及其工作方法。
    背景技术
    室内导航一直是学术界和工业界关注的焦点和难点问题。传统应用于室外的全球定位系统(Global Position System)在室内环境下会受到建筑物(如高楼、墙壁反射等)的影响,定位误差难以满足室内定位的需求。而现有室内定位与导航技术,如Wi-Fi、Bluetooth技术则具有节点部署成本高、节点消耗电池能量大的缺点;红外线技术受限于视距范围探测等缺点。因此,传统应用于室外以及现有应用于室内的定位和导航技术,都没有很好地解决在局部性、异构性和复杂性高度集中的室内环境下定位和导航问题。近年来,随着“物联网”、“群智感知”等概念的提出,以及射频识别技术的迅速发展,借助大量分布在环境中成本低廉的射频识别标签,很多传统问题有了新的解决思路,尤其是结合射频识别技术和传统计算机网络技术的各种创新应用受到广泛关注。本发明基于上述背景,面向室内移动目标导航问题,设计并实现一个基于机会传输的室内移动目标导航系统框架,通过利用由射频识别标签和移动个体组成的特殊机会网络,来实现目标运动信息记录、位置估算和追踪,为室内环境的移动目标导航提供了一种分布式的解决方案。
    发明内容
    本发明所要解决的技术问题是提供一种分布式的室内移动目标导航系统及其工作方法,本发明通过充分利用射频识别标签具有计算和存储能力的特点,结合分布式、机会性、群体智能实现室内移动目标的导航。
    为了实现上述目的,本发明提供了一种分布式室内移动目标导航系统,其包括:
    射频识别标签:大量射频识别标签被部署在室内的关键位置,每个射频识别标签都对应物理空间中的一个位置,通过射频识别标签的唯一标识符来表示位置信息;射频识别标签还具有存储能力,通过存储事件消息来记录每个经过其附近的移动个体的位置信息、发生时刻;通过存储请求消息来记录要搜索的目标个体、发起时刻;
    微型射频识别读写器:每个移动个体都携带一个微型射频识别读写器,当移动个体从射频识别标签旁经过时,微型射频识别读写器将一个事件消息写入射频识别标签,以记录一次经过事件,表示在某个时刻的位置信息;当某个移动个体需要寻找一个目标个体时,微型射频识别读写器将一个请求消息写入射频识别标签,请求消息记录了目标个体的标识符以及发起时刻;当系统中其他移动个体经过相同的射频识别标签时,其携带的微型射频识别读写器就会读出标签内存储的事件消息和请求消息,并携带、存储、转发到其他射频识别标签上。
    本系统中的消息类型分为两种:
    (1)事件消息:事件消息是一个三元组,表示一次经过事件,其中包括移动的人或物体的唯一标识符、射频识别标签的唯一标示符和发生事件的时刻;
    (2)请求消息:请求消息也是一个三元组,表示一次搜索请求,其中包括请求发起者的唯一标示符、目标人或物体的唯一标示符和发起请求的时刻。
    移动个体有三种不同类型的角色:
    (1)搜索角色:搜索角色是指那些已经在系统中发布了请求消息,并正在搜索目标人个体的移动个体,其不断在系统中搜索目标个体留下的事件消息,并利用这些信息对目标位置进行估算;
    (2)目标角色:目标角色是指那些被其他移动个体作为寻找目标的个体。
    (3)帮助角色:帮助角色是指那些接收到请求消息的移动个体,系统中的每个移动个体的初始状态都是处于帮助角色,帮助角色的移动个体负责收集环境中的事件消息,并在需要的情况下,将这些事件消息转发给需要帮助的搜索角色。
    本发明还提供了该分布式室内移动目标导航系统的工作方法,包括以下步骤:
    1)当系统中的每个移动个体从射频识别标签旁经过时,其所携带的微型射频读写器将该移动个体该次经过事件以事件消息的形式写入该标签;同时,将该射频识别标签上存储的所有事件消息读取出来,按照最近消息价值最高的原则,同步更新移动个体和射频识别标签上的事件消息;
    2)当系统中的某个移动个体需要寻找另一个移动个体时,即搜索角色寻找目标角色时,搜索角色所携带的微型射频识别读写器将一个请求消息写入其经过的每一个射频识别标签中,该请求消息记录了目标角色的标识符以及该请求的发起时刻;
    3)当系统中其他的移动个体从某个射频识别标签中读出上述请求消息后,从之前的事件消息记录中检索与目标匹配事件消息,并将匹配的事件消息写入周围的标签;
    4)搜索角色不断地收集目标角色的事件消息,并根据收集到的事件消息估算目标角色的位置区域,计算导航路径代价,选择逼近目标角色的下一步移动路径直至找到目标角色。
    步骤1)在写入射频识别标签过程中,如果该标签存储空间已满,按照标签存储空间的管理方法进行相应的替换操作;具体为:
    (1)事件消息最近替换机制:即对同一个移动个体,在标签上只存储该移动个体最新的事件消息,标签上有关该移动个体更早的事件消息将会被替换;
    (2)事件消息先进先出替换机制:即对射频识别标签上存储的事件消息按照最早被存储、最先被替换的原则进行替换;
    (3)信息量衰减淘汰机制:当系统中的事件和请求消息的时间戳大于一定阈值后,被当作无效消息,所占用的存储空间被释放作为可用存储资源;
    (4)概率转发机制:系统中的消息以概率的方式进行转发,转发概率和当前标签的可用存储空间比例呈正相关性。
    步骤4)中估算目标角色的位置区域的过程为:根据收集到的事件消息,利用公式-1计算被选择作为目标位置估算的事件消息的重要程度。在公式-1中,变量αi表示目标事件消息eventi的重要程度,变量ti表示事件消息eventi的发生时间,变量tnow表示当前时间。显然,ti与当前时间tnow越接近,该消息的重要性就越大;
    αi=1tnow-ti]]>(公式-1)
    步骤4)计算导航路径代价,选择逼近目标角色的下一步移动路径直至找到目标角色的具体过程为:使用公式-2实时地计算路径代价,选择代价最小的邻居节点作为下一步搜索方向
    f(υj)=w[υs][υj]+Σi=1nαiα×d[υj][υi]]]>(公式-2)
    α=Σi=1nαi]]>(公式-3)
    公式中使用到的符号意义如下:υs表示搜索者当前位置,υj表示搜索者当前位置的一个邻居结点,w[υs][υj]表示结点υs和结点υj在物理空间中的距离,u1,u2,u3...un表示搜索者收集到目标最近的n个事件消息,d[υj][ui]表示结点υj和节点υi在物理空间中 的距离,公式中用到的αi和α分别由公式-1和公式-3定义。
    本发明通过分布在室内环境的射频标签存储移动个体(包括人或物体)的位置信息,并通过移动个体之间的相遇传输消息,最终通过收集到的目标(包括人或物体)的事件消息对目标进行定位和追踪,为室内环境中的移动个体提供导航服务。该的系统的特点是分布式、机会性、群体智能,具体体现在:
    1)分布式:本系统中没有集中式的服务器实时保存所有个体的当前位置信息,系统中个体的位置信息都是以事件消息的形式存放在分布式的射频识别标签网络中,是一种经典的分布式计算模型。
    2)机会性:系统中的消息何时传播、从哪个源地址传递到哪个目的地址等都和个体的移动行为有关,消息的传播具有偶然性和不确定性,但是从群体的移动行为来看,又具有内在的统计规律性。
    3)群体智能:系统中的每个个体在为其他的个体的导航请求提供帮助的同时,也能从其他个体那里得到导航帮助。
    附图说明
    图1场景结构示意图,
    图2基于目标位置区域的导航路径选择示意图,
    图3用户与标签的数据交互示意图,其中:
    图3(1)搜索者A遇到标签v1,
    图3(2)目标者B遇到标签v2,
    图3(3)帮助者H遇到标签v2,
    图3(4)帮助者H遇到标签v1,
    图3(5)帮助者H遇到标签v3,
    图4标签存储空间管理示意图。
    具体实施方式
    1、系统场景
    图1是系统场景结构图,主要由基于机会传输的消息分发、收集和移动目标导航路径计算两个部分组成?;诨岽涞南⒎址?、收集又由射频识别标签和微型射频识别读写器两部分组成。各组成部分功能如下:
    射频识别标签:大量成本低廉的射频识别标签被部署在楼宇的关键位置,如出入口、楼道拐角、电梯口、卫生间、会议室房门等。每个射频识别标签都对应物理空间中的一 个位置,通过射频识别标签的唯一标识符来表示位置信息。此外,射频识别标签还具有存储能力,通过存储事件消息来记录移动的人(或物体)的位置信息、发生时刻;通过存储请求消息来记录搜索的目标人(或物体)、发起时刻。为了提高标签存储资源的利用效率,本发明设计了一组管理标签存储资源的办法。例如,根据当前标签空闲存储资源的比例,以一定的概率来控制对标签的写操作。当前空闲存储资源越大,向标签中添加新消息的概率就越大;反之,标签当前空闲存储资源越小,向标签中添加新消息的概率就越小。
    微型射频识别读写器:每个移动的人(或物体)都携带一个微型射频识别读写器。当移动的人(或物体)从射频识别标签旁经过时,微型射频识别读写器将一个事件消息写入标签,以记录一次经过事件,表示在某个时刻的位置信息。当某个人(或物体)需要寻找一个移动目标时,微型射频识别读写器将一个请求消息写入标签,请求消息记录了目标的标识符以及发起时刻。当系统中其他移动的人(或物体)经过相同的标签时,微型射频识别读写器就会读出标签内存储的事件消息和请求消息,并携带、存储、转发到其他标签上。此外,本发明还将系统中人(或物体)的工作状态分为两种:普通模式和搜索模式。其中,普通模式是所有人(或物体)的初始状态,工作在该状态下的人(或物体)通过向周围附近的标签发布事件消息,来记录位置信息,通过搜集请求消息向搜索者提供帮助;搜索模式下的人(或物体)利用搜集到目标的事件消息,来估算目标当前的位置区域以及计算下一步路径。
    移动目标导航路径计算:本发明提出了一种基于目标区域的导航策略。由于目标处在不断的移动过程中,为了尽快地将搜索者导航到目标。在最初的情况下,对目标位置的精确估算并不是十分必要,此时保证搜索者总体移动方向的正确才是最重要的??悸堑绞夷诨肪诚氯?或物体)的移动行为通常具有局部性,在较短的时间范围内的所有事件消息都是有价值的,仅使用目标最后留下的事件消息,在室内环境下往往不能够反映室内环境下的移动规律特点。为此,本发明通过收集到的目标事件消息,设计了一个合理的逼近目标区域的导航算法。目标不同时刻留下的事件消息价值不同,导航路径在计算不同路径代价时,提出了基于时间戳的权重计算方法,在兼顾效率的情况下,综合考虑所获得的目标事件消息。
    本发明使用公式-1计算被选择作为目标位置估算的事件消息的重要程度。即对事件消息αi其重要程度通过消息的时间戳ti反映。ti与当前时间越接近,该消息的重要性就 越强。在公式-1中,变量αi表示目标事件消息eventi的重要程度,变量ti表示事件消息eventi的发生时间,变量tnow表示当前时间。
    αi=1tnow-ti]]>(公式-1)
    本发明使用公式-2计算导航路径的代价,公式中使用到的符号意义如下:υs表示搜索者当前位置,υj表示搜索者当前位置的一个邻居结点,w{υs][υj]表示结点υs和结点υj在物理空间中的距离,u1,u2,u3...un表示搜索者收集到目标最近的n个事件消息,d[υj][υi]表示结点υj和节点ui在物理空间中的距离。公式中用到的αi和α分别由公式-1和公式-3定义。在进行路径选择时,导航算法会实时地计算路径代价,选择代价最小的邻居节点作为下一步搜索方向。
    f(υj)=w[υs][υj]+Σi=1nαiα×d[υj][υi]]]>(公式-2)
    α=Σi=1nαi]]>(公式-3)如图2基于目标位置区域的导航路径选择示意图所示。搜索者当前的位置是v3,搜索者当前收集到的目标区域的集合是{v17,v18,v19},通过上述所述的路径代价计算方法,搜索者最终选择邻居节点v11作为下一步移动的位置。图3是用户与标签的数据交互示意图,该示意图详细的展示了系统中事件消息和请求消息是如何产生和分发的。图3(1)中搜索者A每经过一个标签,都会留下两个消息:事件消息E<A,v1,t1>表示A在t1时刻经过节点v1,请求消息R<A,B,t1>表示A在t1时刻发出寻找B的请求;图3(2)中目标B在经过标签v2时,会留下自己的事件消息E<B,v2,t2>以表示该次经过事件;图3(3)中帮助者C在经过标签v2时,会将B的事件消息记录并携带;图3(4)中帮助者C在经过A留下的请求消息节点v1处,发现A正在寻找B,即将B的事件消息转发到节点v1处,并携带该请求消息到更远的节点处。图3(5)中帮助者C将B的事件消息和A的请求消息转发给更远的节点v3。图4是标签存储空间管理示意,标签的存储空间分成两个部分,事件消息和请求消息分别从两端开始存储,直到无可用存储空间为止。
    本发明具体应用途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于 本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进,这些改进也应视为本发明的?;し段?。

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    一种 分布式 室内 移动 目标 导航系统 及其 工作 方法
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