专利名称：利用互联网协议第六版实现汽车三维网络跟踪定位的方法
技术领域：
本发明涉及通信网络技术和智能交通技术领域，特别是一种利用因特网络协议第六版和自组织网络技术MANET(Mobile ad hoc network)、GIS(geographic information system)等联合实现汽车地理位置三维精确定位的方法，这种方法可以在IPv6(Internet Protocol Version 6)网络和智能交通网络体系ITS(Intelligent Traffic Systems)中利用IPv6地址或其它可通过联机或联网方式进行访问的特定标识，利用通信网络系统、自组织网络节点定位技术和GIS实现汽车三维地理位置的精确定位。同时这种定位不需要依赖于任何GPS设备，具有很强的扩展性和灵活性。
背景技术：
近年来，随着人民生活水平的提高，汽车成了人们家中必备的交通工具，同时随着通信网络技术的飞速发展，人们在车中也能实现对互联网络的访问。与此相应的时出现了各种各样的定位方法及相应的服务，例如导航服务，只是当前提供的定位服务只是被动的告知车内的人他现在什么地方，周围有些什么设施和服务。如果汽车失窃，那么怎么样才能跟踪找到汽车成为一大难题。目前实现汽车定位主要采用GPS(Global PositioningSystem)的方法，它利用一组卫星对使用者进行定位。由于受美国的影响，这种定位精度较低，误差在几百米。后来人们提出了A-GPS(NetworkAssisted GPS)方法，A-GPS是利用固定的、拥有规律间隔(通常是200-400公里)的GPS接收器来接收那些终端信息的辅助数据，有了这些辅助数据，接收器就可以定时地测量与卫星的距离，而不必对实际接收的信息进行再解码。随着电信通信网的发展，人们又提出了E-OTD——增强差分观测(Enhanced Observed Time Difference简称E-OTD)技术，E-OTD仅利用终端软件。为了保证终端在闲置状态(终端没有处理呼叫信息)和工作状态(终端正在处理呼叫信息)下都能进行E-OTD相关运算，新的电话必须嵌入另外的处理电源和存储设备。E-OTD在程序设计上是利用从周围的基站获取的信息与收到的信息进行比较，而时间上的差别被用来计算终端与基站之间的相对位置。这个过程要求基站的位置是已知的，从不同方位发出的信号也应当是同步的。最通常的使信号同步的办法是利用固定的GPS接收器，而计算的过程既可以由终端来完成，也可以由网络来进行。这种解决方案的误差大约在125米左右，与GPS相比其最大的优势是不会受到如GPS一样的美国政府的干扰。CGI-TA——信元全程身份识别系统(Cell Global Identity简称CGI)是又一种定位方法，它是利用通信网络链路中每一个信元(每个基站所能覆盖的范围)的特性来对使用者进行定位，在这个过程中经常利用前向定时(Timing Advance简称TA)信息来进行补充。TA是在无线帧开始发出时与数据流出现的一霎那这两者之间的一段可测量时间。前向定时信息已经被嵌入到网络中，当信元很小的时候，这些信息的准确性会非常高。对于那些只要求大致位置的定位服务(比如，告诉我这个区域中哪有饭馆)，CGI是一个成本较低而又实用的解决方案。这种方案的精确性依赖于信元的大小，误差范围从10米到500米不等。另一个定位技术是TOA——卫星上行链路到达时间(Uplink Timeof Arrival，简称TOA)，这种定位技术与E-OTD的工作方式接近，不同的是其上行链路数据是可测量的(因为数据是由终端发出的)，由基站对终端发出的信号到达时间进行测算。在这个过程中需要至少三个监测用的基站来完成测算。这些基站对时间差异进行记录，并与GPS标准时刻相结合。E-OTD与TOA看起来似乎十分接近，但是关键的不同是TOA支持终端延续。这是一个至关重要的方面，因为它保证了所有的终端设备制造商都有时间对他们的软件进行更改。TOA的最大缺点是它需要所有的基站都要安装可用的监测设备。对于操作者来说，这可能是成本最高的一种定位解决方案。
以上方案对使用者来说最大的困难一是用户终端费用高，升级不易；另一个就是需要专业技术知识才能看懂定位信息，而且这些技术都不能实现用户对失窃汽车的跟踪，同时用户需要另加通信设施才能联入互联网，实现用户对网络的访问；最后就是以上定位都只是二维平面定位，而不能实现三维定位。随着互联网络技术特别是IPv6技术、移动通信技术、自组织网络技术的发展，定位已经可以充分利用地面通信网络实现，而且可以让汽车用户和公安管理部门对汽车进行网络跟踪。
发明内容
有鉴于现有汽车定位实现方式的不足，本发明的主要目的在于充分采用IPv6网络通信技术、MANET技术、GIS技术等提供的支持，提出一种融合IPv6技术与现有的其它通信技术的新方法来实现可网络化访问跟踪定位的汽车网络三维地理空间定位方法。特别提出一种利用互联网络协议第六版实现汽车三维网络跟踪定位的方法。
本发明是通过如下的技术方案实现的在汽车电子设备或汽车某部位中嵌入网络部件，该网络部件支持有线和无线方式访问，支持的联网方式可以是移动IPv6技术和自组织网络技术，也可以是GSM/GPRS(Global System for Mobile Communications/General Packet Radio Service)、3G(The Third Generation mobilecommunication)等等有线无线通信，该网络部件可通过特定手段分配一个全球唯一的不变的IPv6网络地址或其它特别的号码和信息，如果为IPv6地址，则该地址本身是全球唯一的，可以作为一个网络的地址标识而进行网络跟踪定位，还可以此作为网络地址联接到互联网上。如果是其它特别的号码和信息，例如是车辆管理部门分配的汽车牌照号码，这些号码信息也将写入到汽车电子标识网络部件中去，只是需要再增加其它转换机制实现号码与IPv6网络地址的对应，从而转成可以从网络上进行访问的IPv6网络地址，例如分配给汽车一个网络域名。除支持联网、联机功能外，该嵌入式的汽车电子标识用的网卡还提供接口支持常规有线或无线电子读卡方式读出其IPv6地址或其它标识号码，以便于交管部门的检查。我们在无线通信网的基站中存储有GIS地理信息系统，基站本身能精确标明自己的地理位置区域，并以此与其它基站和汽车网络部件一起为用户提供联网查询的三维空间定位。具体定位的实现过程如附图1和附图2所示。
在图1所示的定位实现方法中，我们是用互联网络协议第六版实现汽车三维网络跟踪定位的，实现是通过在汽车电子设备或汽车某部位中加入网络部件，该网络部件支持有线和无线方式联接到通信网络上，可通过网络进行访问，该网络卡可通过特定手段写入全球唯一的IPv6地址或其它特别的号码和信息，如果为IPv6地址，则该地址本身是全球唯一的，可以作为汽车的标识，还可以此作为网络地址联接到互联网上，如果是其它特别的号码和信息，车辆管理部门分配的汽车牌照号码，这些号码信息也将写入到汽车电子标识网卡中去，只是需要再增加其它转换机制实现号码与IPv6网络地址的对应，从而转成可以从网络上进行访问的网络地址标识，另外标识也可以是作为互联网络的域名，该域名将和IPv6地址动态对应起来，之后，汽车可以首先通过移动漫游通信技术获知汽车的模糊地理方位，对于能和直接联通的汽车，利用相邻的基站及CGI-TA定位算法就可实现精确定位，对于通过自组织网络按多跳方式注册到基站上的节点，我们利用自组织网络泛洪方法，通过全局坐标和自组织网络内的局部坐标，利用坐标变换的方法，结合GIS实现精确三维定位，并在地图上显示出来。
上述方法是一个利用IPv6地址或其它特殊的通信网络地址标识与汽车的绑定，从而在遍布全球的通信网络上唯一地识别汽车身份，让汽车被通信网络访问到，之后利用通信基站和自组织通信网络通过建立三维坐标系来跟踪汽车所处实际地理空间位置的方法，它让汽车无论位于何地，无论如何更改外装均可以用通信互联网方式发现识别，并让用户能实现在车辆中通过相关设备访问互联网络，实现网络浏览。
图1是本发明的利用互联网络协议第六版实现汽车定位的系统原理图。
图2是本发明的利用互联网络协议第六版实现汽车定位方法的流程图。
1.如图1所示，假设车号为沪A的汽车在上海被分配到IPv6地址为2001:1356::00AA，也就是说车辆归属地为上海某区。并且除了用车牌号本身知晓该车所属管理部门外，还可以通过IPv6地址本身或其它上述的电子标识查找到该车的身份信息。
2.如图1所示，各个基站本身的地理位置是可以预先知晓的，并保存在具有定位服务功能的移动IPv6接入网关中。由于网关和基站本身的地理位置可知，所以我们可以通过装于汽车上的网络部件发出的数据包知道汽车当前所在的大概地理位置是在上海还是北京，如果是上海，那是上海的哪个基站覆盖的小区等。由两个或以上相邻的基站可共同确定汽车在二维平面中的位置。
3.汽车之间采用自组织网络技术MANET自组成网，依靠汽车间的物理电信号的传输时间和已定位节点的方位，将基站作为原点建立全局三维坐标系，对于那些能直接与基站进行通信的汽车，则通过基站就可以实现精确定位；对于无法与基站进行直接通信的汽车，则需要利用已实现精确定位的汽车(基站是已精确三维地位的点)作为参考节点和局部坐标系的原点，并依此计算出未知汽车与已知汽车间的距离，同时建立局部三维坐标系，利用局部坐标系，结合全局坐标系和存储于移动接入服务器网关中的GIS系统就可以联合实现精确的三维地理空间定位。
具体实施例方式
图2给出了利用互联网络协议第六版实现汽车定位方法的具体步骤步骤S1，在汽车中嵌入支持有线无线IPv6网络功能的电子设备；步骤S2，分配IPv6地址或其它标识给该电子设备，这个标识或IPv6地址在通信网络中是唯一的，并且它与车牌号绑定，只有汽车报废时才能回收地址或标识；步骤S3，将车辆信息及其IPv6地址向通信网络中的服务器进行注册，此后该电子网络设备将按移动漫游通信方式随时保持与通信网络的联接；步骤S4，用户或公安交管部门启动汽车网络跟踪功能；步骤S5，当汽车需要进行定位服务时，用户首先判断汽车当前是否是与通信基站直接进行漫游注册服务登记的，如果是则转到步骤S6，S7，S8，如果不是，则转到步骤S9，S10；步骤S6，根据汽车最近注册时接入的基站对汽车所处理地理位置的大方位进行确认，以该基站为原点，建立三维坐标系，该坐标系称之为全局坐标系，其x轴与地球纬度对应，正方向朝东，y轴与地球经度对应，正方向为北极，z轴垂直与x，y轴确定的平面，正方向背离地心；步骤S7，利用其它可接收到汽车无线信号的非注册基站建立辅助三维坐标系，结合E-OTD或CGI-TA的办法实现对汽车与这些基站间的相对位置定位；步骤S8，根据汽车在各辅助三维坐标中的方位、各基站在全局坐标中的方位，经过换算得到汽车在全局坐标系中的精确坐标值，再结合GIS实现三维地理位置定位，并在地图上指示出来，从而通过网络完成了定位服务；步骤S9，当网络设备不是直接与网络建立的联接时，将汽车最近通过自组织网络进行多跳中继注册时接入的基站为原点，建立三维坐标系，该坐标系称之为全局坐标系，其x轴与地球纬度对应，正方向朝东，y轴与地球经度对应，正方向为北极，z轴垂直与x，y轴确定的平面，正方向背离地心；步骤S10，以离基站最近的最后一跳、且已实现定位的节点为参考节点建立局部三维坐标系，然后通过无线通信获知单跳范围内相邻节点间的距离，利用三角函数的方法完成汽车间局部三维定位，而后利用坐标变换，通过条件泛洪的方法逐步实现所有汽车的三维坐标值，经过换算得到其在全局坐标系中的坐标值，结合GIS系统实现精确地理位置定位，并在地图上指示出来。
上述发明是一个利用移动IPv6互联网络技术、自组织网络技术和GIS系统联合实现汽车定位的方法。它让汽车无论位于何地，无论如何更改外装均可以通过通信网络发现汽车所处的精确位置，同时也能让汽车用户能实现在车辆中通过相关设备访问互联网络，实现网络浏览功能。依据本发明思想的任何等效的三维定位方法，均应属于本发明的保护范围。
依据本发明思想的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.互联网络协议第六版实现汽车三维网络跟踪定位的方法，其特征在于，在汽车电子设备或汽车某部位中加入网络部件，该网络部件支持有线和无线方式联接到通信网络上，可通过网络进行访问，该网络卡可通过特定手段写入全球唯一的IPv6地址或其它特别的号码和信息，如果为IPv6地址，则该地址本身是全球唯一的，可以作为汽车的标识，还可以此作为网络地址联接到互联网上，如果是其它特别的号码和信息，车辆管理部门分配的汽车牌照号码，这些号码信息也将写入到汽车电子标识网卡中去，只是需要再增加其它转换机制实现号码与IPv6网络地址的对应，从而转成可以从网络上进行访问的网络地址标识，另外标识也可以是作为互联网络的域名，该域名将和IPv6地址动态对应起来，之后，汽车可以首先通过移动漫游通信技术获知汽车的模糊地理方位，对于能和直接联通的汽车，利用相邻的基站及CGI-TA定位算法就可实现精确定位，对于通过自组织网络按多跳方式注册到基站上的节点，我们利用自组织网络泛洪方法，通过全局坐标和自组织网络内的局部坐标，利用坐标变换的方法，结合GIS实现精确三维定位，并在地图上显示出来。
2.根据权利要求1所述的互联网络协议第六版实现汽车三维网络跟踪定位的方法，其特征在于，上述方法是一个利用IPv6地址或其它特殊的通信网络地址标识与汽车的绑定，从而在遍布全球的通信网络上唯一地识别汽车身份，让汽车被通信网络访问到，之后利用通信基站和自组织通信网络通过建立三维坐标系来跟踪汽车所处实际地理空间位置的方法，它让汽车无论位于何地，无论如何更改外装均可以用通信互联网方式发现识别，并让用户能实现在车辆中通过相关设备访问互联网络，实现网络浏览。
3.根据权利要求1所述的互联网络协议第六版实现汽车三维网络跟踪定位的方法，其具体步骤如下步骤S1，在汽车中嵌入支持有线无线IPv6网络功能的电子设备；步骤S2，分配IPv6地址或其它标识给该电子设备，这个标识或IPv6地址在通信网络中是唯一的，并且它与车牌号绑定，只有汽车报废时才能回收地址或标识；步骤S3，将车辆信息及其IPv6地址向通信网络中的服务器进行注册，此后该电子网络设备将按移动漫游通信方式随时保持与通信网络的联接；步骤S4，当汽车需要进行定位服务时，用户和交管部门启动汽车网络跟踪定位；步骤S5，判断汽车当前是否是与通信基站直接进行漫游注册服务登记的，如果是，执行步骤S6，S7，S8，如果不是，执行步骤S9，S10；步骤S6，根据汽车最近注册时接入的基站对汽车所处理地理位置的大方位进行确认，以该基站为原点，建立三维坐标系，该坐标系称之为全局坐标系，其x轴与地球纬度对应，正方向朝东，y轴与地球经度对应，正方向为北极，z轴垂直与x，y轴确定的平面，正方向背离地心；步骤S7，利用其它可接收到汽车无线信号的非注册基站建立辅助三维坐标系，结合E-OTD或CGI-TA的办法实现对汽车与这些基站间的相对位置定位；步骤S8，根据汽车在各辅助三维坐标中的方位、各基站在全局坐标中的方位，经过换算得到汽车在全局坐标系中的精确坐标值，再结合GIS实现三维地理位置定位，并在地图上指示出来，从而通过网络完成了定位服务；步骤S9，当网络设备不是直接与网络建立的联接时，将汽车最近通过自组织网络进行多跳中继注册时接入的基站为原点，建立三维坐标系，该坐标系称之为全局坐标系，其x轴与地球纬度对应，正方向朝东，y轴与地球经度对应，正方向为北极，z轴垂直与x，y轴确定的平面，正方向背离地心；步骤S10，以离基站最近的最后一跳、且已实现定位的节点为参考节点建立局部三维坐标系，然后通过无线通信获知单跳范围内相邻节点间的距离，利用三角函数的方法完成汽车间局部三维定位，而后利用坐标变换，通过条件泛洪的方法逐步实现所有汽车的三维坐标值，经过换算得到其在全局坐标系中的坐标值，结合GIS系统实现精确地理位置定位，并在地图上指示出来。
全文摘要
本发明涉及通信网络和智能交通技术领域，利用通信网络中的IP地址标识网络，IPv6技术和无线通信技术，汽车首先通过移动漫游获知汽车的地理方位，然后通过自组织通信获得单跳范围内相邻节点间的距离；其次利用已精确定位的节点坐标，通过坐标变换精确三维定位。步骤S1，在汽车中嵌入支持有线无线IPv6网络的电子设备；S2，分配IPv6地址；S3，将车辆信息及其IPv6地址向通信网络中的服务器注册；S4，启动汽车网络跟踪定位，S5，判断汽车当前是否是与通信基站注册登记，S6，对汽车所处理地理位置的大方位确认，S7，接收到汽车无线信号的非注册基站建立辅助三维坐标系，S8，根据汽车在各辅助三维坐标中的方位、各基站在全局坐标。
文档编号B60R25/00GK1562675SQ200410032558
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月9日 优先权日2004年4月9日
发明者石晶林, 李茹, 王国辉, 周继华, 孙毅, 方根法, 李忠诚 申请人:中国科学院计算技术研究所