一种分布式室内移动目标导航系统及其工作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】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】
[0001]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】
[0002]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W1-F1、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】
[0003]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。
[0004]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:
[0005]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；
[0006]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。
[0007]本系统中的消息类型分为两种:
[0008](I)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；
[0009](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。
[0010]移动个体有三种不同类型的角色:
[0011](I)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；
[0012](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。
[0013](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。
[0014]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:
[0015]I)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；
[0016]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；
[0017]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；
[0018]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。
[0019]步骤I)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:
[0020](I)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；
[0021](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；
[0022](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；
[0023](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。
[0024] 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a i表示目标事件消息event的重要程度，变量\表示事件消息^enti的发生时间，变量tn?表示当前时间。显然，\与当前时间tnOT越接近，该消息的重要性就越大；
【权利要求】
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I)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Cii表示目标事件消息eventi的重要程度，变量\表示事件消息event的发生时间，变量tnOT表示当前时间。显然，\与当前时间tnOT越接近，该消息的重要性就越大。
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
【文档编号】G06K17/00GK103971144SQ201410204597
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】谢磊, 姬浩, 殷亚凤, 陆桑璐 申请人:南京大学