專利名稱：一種采用標(biāo)簽傳感網(wǎng)跟蹤與定位集裝箱的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識(shí)別技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過將兩者有機(jī)結(jié)合組成物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的標(biāo)簽傳感網(wǎng)，并基于此實(shí)現(xiàn)一種集裝箱物流跟蹤與定位方法，屬于無(wú)線傳感和射頻技術(shù)與現(xiàn)代物流管理技術(shù)的交叉領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)全球化的步伐進(jìn)一步加快，國(guó)際貿(mào)易快速發(fā)展，集裝箱運(yùn)輸以其高效、便捷、安全的特點(diǎn)成為交通運(yùn)輸現(xiàn)代化的重要形式，國(guó)際貨運(yùn)的90%是通過集裝箱運(yùn)輸完成的。由于目前集裝箱物流過程中集裝箱自身不載有信息，集裝箱的流向、流轉(zhuǎn)和識(shí)別基本上還是處于人工和半人工狀態(tài)。此外，利用集裝箱進(jìn)行偷渡、走私、偷竊及恐怖活動(dòng)的行為也屢禁不止。因此，集裝箱物流過程不夠透明，已成為制約其再進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。利用現(xiàn)代信息技術(shù)提高集裝箱物流過程的透明度，使供應(yīng)鏈上的所有參與者都能夠動(dòng)態(tài)跟蹤和掌控集裝箱的物流過程，實(shí)現(xiàn)集裝箱物流的跟蹤定位，將有利于實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈上的物流、信息流和資金流的有機(jī)統(tǒng)一，從而提高供應(yīng)鏈的整體效率，減少物流成本，為供應(yīng)鏈中的所有參與者帶來效益。RFID(Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別技術(shù))是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。與傳統(tǒng)的識(shí)別方式相比，RFID可以在各種惡劣環(huán)境中使用，識(shí)別高速移動(dòng)的物體，并能夠同時(shí)處理多張標(biāo)簽。此外，RFID具有防水、防磁、耐高溫、且具有一定的存儲(chǔ)容量等優(yōu)點(diǎn)。目前，RFID技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、運(yùn)輸、醫(yī)療等領(lǐng)域。而WSN(WireleSS Sensor Network，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò))是由大量散布于監(jiān)控地域的傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式形成的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)收集和將數(shù)據(jù)路由到接收器的功能。數(shù)字化的集裝箱物流跟蹤與定位需要對(duì)集裝箱快速識(shí)別、快速定位和集裝箱內(nèi)信息智能化檢測(cè)。雖然目前已普遍實(shí)現(xiàn)了集裝箱物流信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化，但仍然存在諸多問題， 主要有以下幾點(diǎn)一是，物流運(yùn)輸過程中貨主、貨代、船代等僅僅知道集裝箱目前“在路上或在船上”，有關(guān)集裝箱的狀態(tài)信息和位置信息就難以獲??；基于RFID技術(shù)的集裝箱監(jiān)控系統(tǒng)中，射頻電子標(biāo)簽只能存儲(chǔ)物體自身的一些基本信息，系統(tǒng)無(wú)法通過標(biāo)簽獲得物體狀態(tài)及其環(huán)境之間的變化信息；二是，用于長(zhǎng)距離識(shí)別的有源RFID網(wǎng)絡(luò)，在安裝過程中對(duì)于 RFID標(biāo)簽的方向位置和閱讀器天線的方向都有一定要求，且現(xiàn)有的RFID閱讀器網(wǎng)絡(luò)一般建立在有線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，這些都使得系統(tǒng)靈活度受到限制；三是，在大型需要頻繁移動(dòng)的物體中，RFID技術(shù)存在讀寫距離的問題，僅通過增加發(fā)射功率，不僅提高了成本，而且當(dāng)高頻微波的發(fā)射頻率過大時(shí)，還有可能對(duì)人體造成危害。因此，本發(fā)明針對(duì)數(shù)字化集裝箱物流跟蹤與定位中存在的問題，提出了一種新型的RFSN(Radio Frequency Sensor Network,標(biāo)簽傳感網(wǎng))，該網(wǎng)絡(luò)將RFID網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)融合組成一個(gè)功能更加強(qiáng)大，更適用于集裝箱物流跟蹤的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的ZigBee技術(shù)(一種無(wú)線通信技術(shù))與RFID技術(shù)相結(jié)合，形成一種更適應(yīng)集裝箱物流需要的標(biāo)簽傳感網(wǎng)。利用ZigBee 網(wǎng)絡(luò)傳輸各類射頻標(biāo)簽數(shù)據(jù)，從而彌補(bǔ)RFID網(wǎng)絡(luò)中存在的各種缺陷。同時(shí)，通過RFSN(標(biāo)簽傳感網(wǎng))確定集裝箱的位置信息，實(shí)現(xiàn)集裝箱物流中對(duì)集裝箱快速識(shí)別、快速定位和集裝箱內(nèi)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。技術(shù)方案首先給出幾個(gè)定義標(biāo)簽傳感網(wǎng)一種將射頻識(shí)別技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相融合的新型網(wǎng)絡(luò)，它不僅具有標(biāo)識(shí)物體信息的功能，同時(shí)還能感知更多環(huán)境信息，通過RFID網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相互補(bǔ)充，形成了一個(gè)功能更加強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，英文全稱為Radio Frequency Sensor Network，簡(jiǎn)寫為 RFSN。ZigBee 一種無(wú)線通信協(xié)議的名稱，其功耗非常低，網(wǎng)絡(luò)容量大，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)在 IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來，其節(jié)點(diǎn)按功能的強(qiáng)弱可劃分為兩大類，即FFD全功能設(shè)備和RFD精簡(jiǎn)功能設(shè)備，RFD節(jié)點(diǎn)是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量最多的端設(shè)備，F(xiàn)FD節(jié)點(diǎn)具備控制器的功能，能夠提供數(shù)據(jù)交換，是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的路由器；在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)FFD充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)維護(hù)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)信息，同時(shí)還與其他ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器交換數(shù)據(jù)。錨點(diǎn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中位置已知的節(jié)點(diǎn)。方法流程一種采用標(biāo)簽傳感網(wǎng)跟蹤與定位集裝箱的方法，具體流程如下步驟1)設(shè)計(jì)基于無(wú)線通信協(xié)議ZigBee與射頻識(shí)別RFID技術(shù)的標(biāo)簽傳感網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，標(biāo)簽傳感網(wǎng)中包括了三種節(jié)點(diǎn)普通節(jié)點(diǎn)、簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)；步驟2~)設(shè)計(jì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的普通節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽傳感網(wǎng)RFSN的普通節(jié)點(diǎn)由若干射頻標(biāo)簽和一個(gè)ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)組成；步驟幻射頻標(biāo)簽的安裝與配置將運(yùn)輸貨物的相關(guān)信息存儲(chǔ)到相應(yīng)的射頻標(biāo)簽中，并且分配ID編號(hào)，應(yīng)使用工作在超高頻或者微波頻段的RFID標(biāo)簽；步驟4)ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)的安裝與配置在集裝箱內(nèi)安裝ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)，用于記錄集裝箱內(nèi)環(huán)境狀態(tài)信息，并分配與射頻標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的ID編號(hào)，以標(biāo)識(shí)貨物與集裝箱的對(duì)應(yīng)關(guān)系；步驟幻設(shè)計(jì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)RFSN的簇頭節(jié)點(diǎn)包括了一個(gè)RFID閱讀器、 一個(gè)ZigBee全功能設(shè)備；步驟6)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合的功能，該融合過程需要通過如下一些模塊=ZigBee全功能設(shè)備通信模塊(通過高頻全向天線和ZigBee射頻獲取環(huán)境傳感數(shù)據(jù))、RFID閱讀器通信模塊(通過耦合天線和多頻段收發(fā)器獲得多個(gè)射頻標(biāo)簽中的信息數(shù)據(jù))、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊(對(duì)RFID數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換和重新封裝)、核心控制模塊(通過設(shè)備接口在系統(tǒng)時(shí)鐘的控制之下，經(jīng)過中央主控制裝置將這兩種數(shù)據(jù)幀進(jìn)行融合)、經(jīng)過 Flash存儲(chǔ)裝置和IEEE802. 15. 4無(wú)線通信模塊(該模塊包括了高頻全向天線、RFSN射頻以及系統(tǒng)時(shí)鐘)，將融合后的數(shù)據(jù)通過發(fā)送給RFSN匯聚節(jié)點(diǎn)，如圖2所示；步驟7)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)通過RFID閱讀器讀取射頻標(biāo)簽中的信息，同時(shí)， 通過ZigBee全功能設(shè)備獲取ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)中的信息；根據(jù)兩種不同格式的數(shù)據(jù)幀，保留RFID數(shù)據(jù)幀中的標(biāo)簽ID和幀載荷中的標(biāo)簽信息數(shù)據(jù)，去除其余部分的數(shù)據(jù)，再將這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)封裝到ZigBee數(shù)據(jù)幀的幀載荷中，得到融合后的RFSN數(shù)據(jù)幀，其延用了 ZigBee數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)和幀檢驗(yàn)方法，同時(shí)在幀載荷中包含了 RFID標(biāo)簽信息，如圖3所示；步驟8)規(guī)劃標(biāo)簽傳感網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)所要完成的功能匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)其所在網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的管理、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)聚合、狀態(tài)監(jiān)控與維護(hù)等一系列功能；步驟9)設(shè)計(jì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，需要對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)得到的標(biāo)簽傳感網(wǎng)的信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議處理和數(shù)據(jù)裝換，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求接入到不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中；步驟10)標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的輸入輸出網(wǎng)關(guān)將標(biāo)簽傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的RFSN信息數(shù)據(jù)作為輸入，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成換成用戶可知的信息，通過無(wú)線局域網(wǎng)、以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸出，實(shí)現(xiàn)針對(duì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控；步驟11)標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的基本架構(gòu)設(shè)計(jì)，網(wǎng)關(guān)的基本架構(gòu)由三個(gè)層面組成，自底向上分別是硬件層、軟件層和應(yīng)用層，具體構(gòu)成如圖4所示，硬件層通過ZigBee射頻收發(fā)模塊接收標(biāo)簽傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過微處理器轉(zhuǎn)換到hternet/WLAN模塊，在這之上需要經(jīng)過軟件層的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，完成從標(biāo)簽傳感網(wǎng)協(xié)議棧到IP協(xié)議棧的轉(zhuǎn)換；步驟12)設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)的協(xié)議融合標(biāo)簽傳感網(wǎng)中的簇頭節(jié)點(diǎn)通過RFID空中接口獲取射頻標(biāo)簽的信息數(shù)據(jù)，再將這些標(biāo)簽中的信息與ZigBee節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過 IEEE802. 15. 4無(wú)線通信模塊將融合的數(shù)據(jù)傳送到標(biāo)簽傳感網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)設(shè)備獲取來自標(biāo)簽傳感網(wǎng)采集的信息，并逐漸通過自下而上各協(xié)議層次的規(guī)范化數(shù)據(jù)解析，并按照網(wǎng)關(guān)的協(xié)議規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)幀封裝等一系列操作，網(wǎng)關(guān)協(xié)議融合模型如圖5所示；步驟13)實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽傳感網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的定位首先，選定標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)， 作為在定位過程中已知位置信息的錨點(diǎn)，在設(shè)置簇頭節(jié)點(diǎn)的位置時(shí)需要考慮使他們分布均勻，并獲得這些簇頭節(jié)點(diǎn)的位置信息；步驟14)收集錨點(diǎn)信息階段錨點(diǎn)周期性的廣播自己的位置信息(直到該錨點(diǎn)通信范圍內(nèi)的未知節(jié)點(diǎn)均確定位置后，才停止廣播)，接著那些等待確定自身位置的未知節(jié)點(diǎn)，收集其通信范圍內(nèi)所有錨點(diǎn)的位置信息，維護(hù)一個(gè)錨點(diǎn)表，選取在該未知節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的相鄰的未知節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行相互的錨點(diǎn)表的交換，并與自己的錨點(diǎn)表合并；步驟15)執(zhí)行近似三角形內(nèi)點(diǎn)測(cè)試從這些收集到的錨點(diǎn)組成的集合中任取三個(gè)錨點(diǎn)，為便于說明，假設(shè)集合中共有η個(gè)錨點(diǎn)，則最多組成Cn3種選取方法，最多確定Cn3個(gè)三角形，測(cè)試未知節(jié)點(diǎn)是否存在于所選擇的錨點(diǎn)組合成的三角形內(nèi)部，直到窮盡多種組合或者定位達(dá)到所需精度，如圖6(a)所示；步驟16)未知節(jié)點(diǎn)X與其鄰居節(jié)點(diǎn)通過比較各自接收到的三角形三個(gè)錨點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，判斷未知節(jié)點(diǎn)X是否存在于該三角形中，如圖6(b)所示；步驟17)計(jì)算重疊區(qū)域統(tǒng)計(jì)包含未知節(jié)點(diǎn)的三角形，計(jì)算所有三角形的重疊區(qū)域；使用網(wǎng)格陣列代表標(biāo)簽傳感網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)可能存在的最大區(qū)域，每個(gè)網(wǎng)格都關(guān)聯(lián)一個(gè)值，初始每個(gè)網(wǎng)格的值為0，當(dāng)判斷的未知節(jié)點(diǎn)在三角形內(nèi)部時(shí)，屬于三角形所在區(qū)域的網(wǎng)格值增加1，不屬于三角形所在區(qū)域的網(wǎng)格值減1 ；如果判斷的未知節(jié)點(diǎn)在三角形外部時(shí)， 所有節(jié)點(diǎn)值都減1，過程如圖6(C)所示，當(dāng)所有三角形區(qū)域都計(jì)算完成之后，值最大的網(wǎng)格組成的區(qū)域記為所求的最大重疊區(qū)域，該區(qū)域是包含未知節(jié)點(diǎn)的多個(gè)三角形區(qū)域交集的一個(gè)多邊形；步驟18)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算重疊區(qū)域的質(zhì)心位置，作為未知節(jié)點(diǎn)的位置，從而最終得到標(biāo)簽傳感網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置信息，如圖6(d)所示；步驟19)將上一步驟中求得的節(jié)點(diǎn)位置信息，同原先的RFSN數(shù)據(jù)信息相互融合， 共同傳輸給標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)，再通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)針對(duì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和定位。有益效果本發(fā)明提出了一種采用標(biāo)簽傳感網(wǎng)跟蹤與定位集裝箱的方法，該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)標(biāo)簽傳感網(wǎng)將ZigBee網(wǎng)絡(luò)與射頻識(shí)別技術(shù)結(jié)合，較以往基于RFID的集裝箱物流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更多集裝箱環(huán)境與狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，增強(qiáng)了系統(tǒng)獲取信息的能力，使得物流運(yùn)輸過程中托運(yùn)人獲得更多集裝箱狀態(tài)及其環(huán)境變化的信息。(2)由于長(zhǎng)距離識(shí)別的有源RFID網(wǎng)絡(luò)，在安裝過程中對(duì)于RFID標(biāo)簽的方向位置和閱讀器天線的方向有一定要求，且現(xiàn)有的RFID閱讀器網(wǎng)絡(luò)一般建立在有線網(wǎng)絡(luò)上，同時(shí) RFID技術(shù)的讀寫距離有限，僅通過增加發(fā)射功率，又會(huì)對(duì)人體造成傷害。因此，利用ZigBee 網(wǎng)絡(luò)更長(zhǎng)的通信距離和抗干擾能力，延伸了 RFID網(wǎng)絡(luò)的通信距離，解決了現(xiàn)有的RFID閱讀器安裝與數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊幌盗袉栴}。(3)通過近似三角形內(nèi)點(diǎn)測(cè)試算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于集裝箱的定位，是一種測(cè)距無(wú)關(guān)的定位算法，不需要測(cè)量實(shí)際節(jié)點(diǎn)之間的距離，定位精確、性能穩(wěn)定，對(duì)于錨點(diǎn)的分布要求低， 適合能力有限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以滿足大多數(shù)應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是標(biāo)簽傳感網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖2是標(biāo)簽傳感網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)融合過程圖。圖3是標(biāo)簽傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)幀封裝圖。圖4是標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)層次圖結(jié)構(gòu)。圖5是標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)協(xié)議融合模型，顯示了網(wǎng)關(guān)通信協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)。圖6(a)是標(biāo)簽傳感網(wǎng)定位算法選取錨點(diǎn)三角形的示意圖。圖6(b)是定位算法判斷未知節(jié)點(diǎn)是否存在于錨點(diǎn)三角形中的示意圖。圖6(c)是利用網(wǎng)格陣列確定未知節(jié)點(diǎn)所在三角形重疊區(qū)域的示意圖。圖6(d)是計(jì)算三角形重疊區(qū)域質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的位置示意圖。
具體實(shí)施例方式通過標(biāo)簽傳感網(wǎng)絡(luò)的簇頭節(jié)點(diǎn)將射頻標(biāo)簽中的貨物信息、ZigBee節(jié)點(diǎn)采集的集裝箱內(nèi)部狀態(tài)信息以及集裝箱的位置信息相互融合，再通過標(biāo)簽傳感網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)，將這些數(shù)據(jù)通過無(wú)線局域網(wǎng)接入到hternet中，傳送至特定的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，一旦集裝箱內(nèi)溫度、濕度等變化影響貨物質(zhì)量或運(yùn)送貨物因集裝箱震蕩受到損壞等意外情況發(fā)生時(shí)，物流監(jiān)管人員可以收到系統(tǒng)的報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝箱的跟蹤與監(jiān)控。步驟1)根據(jù)圖1所示的標(biāo)簽傳感網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)圖，構(gòu)建整個(gè)標(biāo)簽傳感網(wǎng)，需要分別配置與實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽傳感網(wǎng)中的三種節(jié)點(diǎn)普通節(jié)點(diǎn)、簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)；步驟2~)安裝和配置標(biāo)簽傳感網(wǎng)的普通節(jié)點(diǎn)為即將運(yùn)輸?shù)囊慌浳镏械拿恳患惭b射頻標(biāo)簽，在集裝箱內(nèi)安裝一個(gè)ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)；步驟3)射頻標(biāo)簽的安裝與配置將等待運(yùn)輸貨物的相關(guān)信息(如該批貨物的發(fā)貨人、收貨人的信息、該批貨物的種類、運(yùn)輸環(huán)境要求參數(shù)等)存儲(chǔ)到相應(yīng)的射頻標(biāo)簽中， 同一類的貨物采用同樣的首位編碼，每一件貨物在第二位逐一按序編碼(如dn、d12……) 然后，將這些存儲(chǔ)了貨物信息以及貨物ID的射頻標(biāo)簽安裝在貨物上，再裝上集裝箱運(yùn)輸車中；步驟4)ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)的安裝與配置運(yùn)輸公司根據(jù)廠家對(duì)于貨物運(yùn)輸環(huán)境的要求在集裝箱內(nèi)安裝ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)，用于記錄集裝箱的位置、安全狀況、濕度和溫度變化等信息，該傳感器節(jié)點(diǎn)與集裝箱內(nèi)的貨物編號(hào)的首位相同(如集裝箱編號(hào)為屯，表示與dn、d12……為同一集裝箱運(yùn)輸)，以標(biāo)識(shí)貨物與集裝箱的對(duì)應(yīng)關(guān)系；步驟幻為實(shí)現(xiàn)在集裝箱運(yùn)輸公司將集裝箱及其貨物運(yùn)送到港口過程中的跟蹤與定位，需要根據(jù)安裝在貨物上的射頻標(biāo)簽類型，相應(yīng)在運(yùn)輸?shù)缆泛透劭诙褕?chǎng)上安裝標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，其中包括一個(gè)RFID閱讀器、一個(gè)ZigBee全功能設(shè)備，通過這些閱讀器節(jié)點(diǎn)周期性的發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，搜索其通信范圍內(nèi)存在的集裝箱貨物的信息；步驟6)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合的功能，該融合過程如下在閱讀器和ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)之后連接一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，其中包括了 ZigBee全功能設(shè)備通信模塊(負(fù)責(zé)收集多個(gè)集裝箱內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù))、RFID閱讀器通信模塊(負(fù)責(zé)獲取多個(gè)貨物的信息數(shù)據(jù))、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊(實(shí)現(xiàn)RFID數(shù)據(jù)幀格式的轉(zhuǎn)換和封裝)、核心控制模塊(將這兩類數(shù)據(jù)按照首位ID編號(hào)進(jìn)行融合，即將同一集裝箱的環(huán)境數(shù)據(jù)與該集裝箱中貨物的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合)、Flash存儲(chǔ)裝置以及IEEE802. 15. 4無(wú)線通信模塊(發(fā)送融合后的 RFSN數(shù)據(jù)信息，提供給應(yīng)用層，用以監(jiān)控集裝箱運(yùn)送貨物的信息、是否存在件數(shù)缺失、集裝箱內(nèi)部環(huán)境參數(shù)是否安全等相關(guān)信息)，通過這種融合的過程將集裝箱中貨物的信息與集裝箱環(huán)境狀態(tài)對(duì)應(yīng)起來，如圖2所示；步驟7)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)通過RFID閱讀器讀取射頻標(biāo)簽中運(yùn)輸貨物的相關(guān)信息，同時(shí)，通過ZigBee全功能設(shè)備獲取ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)中的信息，獲得集裝箱內(nèi)環(huán)境的狀態(tài)信息，將這兩種信息融合為標(biāo)簽傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀；步驟8)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景以及各個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)通信范圍的不同，部署若干RFSN匯聚節(jié)點(diǎn)，將其匯聚的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)中，同時(shí)，規(guī)劃標(biāo)簽傳感網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)所要完成的功能匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)其所在網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域內(nèi)各簇頭節(jié)點(diǎn)的管理、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)聚合、狀態(tài)監(jiān)控與維護(hù)等一系列功能；步驟9)設(shè)計(jì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，需要對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)信息(其中融合了集裝箱貨物信息和集裝箱環(huán)境信息)，進(jìn)行融合處理并經(jīng)過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議處理和數(shù)據(jù)裝換，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求接入到不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中；
步驟10)標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的輸入輸出網(wǎng)關(guān)將標(biāo)簽傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的RFSN信息數(shù)據(jù)作為輸入(該RFSN匯聚節(jié)點(diǎn)的RFSN信息數(shù)據(jù)，即在該匯聚節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的所有集裝箱的環(huán)境狀態(tài)信息與其貨物信息的融合數(shù)據(jù))，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用戶可知的信息，通過無(wú)線局域網(wǎng)、以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸出，實(shí)現(xiàn)針對(duì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控；步驟11)標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的基本架構(gòu)設(shè)計(jì)，網(wǎng)關(guān)的基本架構(gòu)由三個(gè)層面組成，自底向上分別是硬件層、軟件層和應(yīng)用層，具體構(gòu)成如圖4所示，硬件層通過ZigBee射頻收發(fā)模塊接收標(biāo)簽傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過微處理器轉(zhuǎn)換到hternet/WLAN模塊，在這之上需要經(jīng)過軟件層的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，完成從標(biāo)簽傳感網(wǎng)協(xié)議棧到IP協(xié)議棧的轉(zhuǎn)換；步驟12)設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)的協(xié)議融合標(biāo)簽傳感網(wǎng)中的簇頭節(jié)點(diǎn)通過RFID空中接口獲取射頻標(biāo)簽的信息數(shù)據(jù)，再將這些標(biāo)簽中的信息與ZigBee節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過 IEEE802. 15. 4無(wú)線通信模塊將融合的數(shù)據(jù)傳送到標(biāo)簽傳感網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)設(shè)備獲取來自標(biāo)簽傳感網(wǎng)采集的信息，并逐漸通過自下而上各協(xié)議層次的規(guī)范化數(shù)據(jù)解析，按照網(wǎng)關(guān)的協(xié)議規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)幀封裝等一系列操作，網(wǎng)關(guān)協(xié)議融合模型如圖 5所示；步驟1 集裝箱運(yùn)輸公司將出口集裝箱及其貨物運(yùn)送到港口，向海關(guān)申報(bào)放行， 獲得批準(zhǔn)后再封上海關(guān)封條，拖運(yùn)至堆場(chǎng)卸下集裝箱后離開，集裝箱在堆場(chǎng)等待調(diào)度上船， 在等待的過程中，通過部署在堆場(chǎng)周圍的標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，定位集裝箱的位置，選定標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)作為錨點(diǎn)(已知位置信息的節(jié)點(diǎn))，而等待確定位置的集裝箱內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)為未知節(jié)點(diǎn)，在部署簇頭節(jié)點(diǎn)的位置時(shí)需要考慮在堆場(chǎng)中分布均勻，同時(shí)獲得這些簇頭節(jié)點(diǎn)的位置信息；步驟14)各集裝箱收集錨點(diǎn)信息錨點(diǎn)周期性的廣播自己的位置信息(直到該錨點(diǎn)通信范圍內(nèi)的未知節(jié)點(diǎn)均確定位置后，才停止廣播)，接著那些等待確定自身位置的未知節(jié)點(diǎn)，收集其通信范圍內(nèi)所有錨點(diǎn)的位置信息，維護(hù)一個(gè)錨點(diǎn)表，選取在該未知節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的相鄰的未知節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行相互的錨點(diǎn)表的交換，并與自己的錨點(diǎn)表合并；步驟1 執(zhí)行近似三角形內(nèi)點(diǎn)測(cè)試從這些收集到的錨點(diǎn)組成的集合中任取三個(gè)錨點(diǎn)，為便于說明，假設(shè)集合中共有6個(gè)錨點(diǎn)，則最多組成C63 = 20種選取方法，最多確定20 個(gè)三角形，測(cè)試未知節(jié)點(diǎn)是否存在于所選擇的錨點(diǎn)組合成的三角形內(nèi)部，直到窮盡多種組合或者定位達(dá)到所需精度，如圖6(a)所示；步驟16)未知節(jié)點(diǎn)X與其鄰居節(jié)點(diǎn)Y之間通過比較各自接收到的來自三角形 Δ ABC三個(gè)頂點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，判斷節(jié)點(diǎn)X是否存在于三角形Δ ABC中(兩個(gè)節(jié)點(diǎn)距離越遠(yuǎn)， 收到的信號(hào)強(qiáng)度就越弱)，經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)Y收到的三個(gè)頂點(diǎn)傳來的信號(hào)強(qiáng)度都弱于X收到的信號(hào)強(qiáng)度，也就是說如果未知節(jié)點(diǎn)X沿著鄰居節(jié)點(diǎn)Y的方向移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生同時(shí)遠(yuǎn)離三角形三個(gè)頂點(diǎn)的效果，則可以判斷節(jié)點(diǎn)X在三角形Δ ABC之外，如圖6(b)所示；步驟17)計(jì)算重疊區(qū)域統(tǒng)計(jì)包含未知節(jié)點(diǎn)的三角形，計(jì)算所有三角形的重疊區(qū)域；使用網(wǎng)格陣列代表標(biāo)簽傳感網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)可能存在的最大區(qū)域，每個(gè)網(wǎng)格都關(guān)聯(lián)一個(gè)值，初始每個(gè)網(wǎng)格的值為0，當(dāng)判斷的未知節(jié)點(diǎn)在三角形內(nèi)部時(shí)，屬于三角形所在區(qū)域的網(wǎng)格值增加1，不屬于三角形所在區(qū)域的網(wǎng)格值減1 ；如果判斷的未知節(jié)點(diǎn)在三角形外部時(shí)， 所有節(jié)點(diǎn)值都減1 ；在本例中，總共構(gòu)成20個(gè)三角形，其中8個(gè)三角形包含未知節(jié)點(diǎn)X，在網(wǎng)格中陰影重合區(qū)域被加了 8次，再減去其余12次未包含節(jié)點(diǎn)的三角形，所以重合部分的值應(yīng)為-4 ；其他在三角形中但未在重合區(qū)域的網(wǎng)格，總有一次存在于包含未知節(jié)點(diǎn)的三角形中，其余19次都被減1，因此其值為-18，其他未包含在任何三角形中的網(wǎng)格值均為-20，如圖6(c)所示，當(dāng)所有三角形區(qū)域都計(jì)算完成之后，值最大的網(wǎng)格組成的區(qū)域記為所求的最大重疊區(qū)域，該區(qū)域是包含未知節(jié)點(diǎn)的多個(gè)三角形區(qū)域交集；步驟18)計(jì)算重疊區(qū)域的質(zhì)心位置，作為未知節(jié)點(diǎn)X的最終位置，如圖6(d)所示， 依照本方法依次計(jì)算出標(biāo)簽傳感網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置信息；步驟19)將上一步驟中求得的節(jié)點(diǎn)位置信息，同之前的RFSN數(shù)據(jù)信息相互融合， 共同傳輸給標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)，再由標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)讀取RFSN數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成用戶可知的信息，如集裝箱內(nèi)的溫度、濕度、壓力、位置、貨物的信息等，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，經(jīng)由無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)下的無(wú)線鏈路接入點(diǎn)等，接入無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，通過各網(wǎng)絡(luò)的基站或主控設(shè)備，將傳感信息分發(fā)至各終端，以實(shí)現(xiàn)針對(duì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的多網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)度。同時(shí)，處于各類型網(wǎng)絡(luò)終端的各應(yīng)用與業(yè)務(wù)實(shí)體，也可通過各自網(wǎng)絡(luò)連接相應(yīng)的標(biāo)簽傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，并由此對(duì)相應(yīng)的標(biāo)簽傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)開展數(shù)據(jù)查詢、任務(wù)派發(fā)、業(yè)務(wù)擴(kuò)展等多種功能，最終實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽傳感網(wǎng)與多種網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫的交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝箱物流的跟蹤與定位。
權(quán)利要求
1. 一種采用標(biāo)簽傳感網(wǎng)跟蹤與定位集裝箱的方法，其特征在于該方法具體如下 步驟1)設(shè)計(jì)基于無(wú)線通信協(xié)議ZigBee與射頻識(shí)別RFID技術(shù)的標(biāo)簽傳感網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，標(biāo)簽傳感網(wǎng)中包括了三種節(jié)點(diǎn)普通節(jié)點(diǎn)、簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)；步驟2~)設(shè)計(jì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的普通節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽傳感網(wǎng)RFSN的普通節(jié)點(diǎn)由若干射頻標(biāo)簽和一個(gè)ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)組成；步驟3)射頻標(biāo)簽的安裝與配置將運(yùn)輸貨物的相關(guān)信息存儲(chǔ)到相應(yīng)的射頻標(biāo)簽中，并且分配ID編號(hào)，應(yīng)使用工作在超高頻或者微波頻段的RFID標(biāo)簽；步驟4)ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)的安裝與配置在集裝箱內(nèi)安裝ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)， 用于記錄集裝箱內(nèi)環(huán)境狀態(tài)信息，并分配與射頻標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的ID編號(hào)，以標(biāo)識(shí)貨物與集裝箱的對(duì)應(yīng)關(guān)系；步驟幻設(shè)計(jì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)=RFSN的簇頭節(jié)點(diǎn)包括了一個(gè)RFID閱讀器、一個(gè) ZigBee全功能設(shè)備；步驟6)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合的功能，該融合過程需要通過如下模塊 ZigBee全功能設(shè)備通信模塊通過高頻全向天線和ZigBee射頻獲取環(huán)境傳感數(shù)據(jù)， RFID閱讀器通信模塊通過耦合天線和多頻段收發(fā)器獲得多個(gè)射頻標(biāo)簽中的信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)RFID數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換和重新封裝，核心控制模塊通過設(shè)備接口在系統(tǒng)時(shí)鐘的控制之下，經(jīng)過中央主控制裝置將這兩種數(shù)據(jù)幀進(jìn)行融合，經(jīng)過Flash存儲(chǔ)裝置和IEEE802. 15. 4無(wú)線通信模塊該模塊包括了高頻全向天線、 RFSN射頻以及系統(tǒng)時(shí)鐘，將融合后的數(shù)據(jù)通過發(fā)送給RFSN匯聚節(jié)點(diǎn)；步驟7)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)通過RFID閱讀器讀取射頻標(biāo)簽中的信息，同時(shí)，通過 ZigBee全功能設(shè)備獲取ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)中的信息；根據(jù)兩種不同格式的數(shù)據(jù)幀， 保留RFID數(shù)據(jù)幀中的標(biāo)簽ID和幀載荷中的標(biāo)簽信息數(shù)據(jù)，去除其余部分的數(shù)據(jù)，再將這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)封裝到ZigBee數(shù)據(jù)幀的幀載荷中，得到融合后的RFSN數(shù)據(jù)幀，其延用了 ZigBee 數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)和幀檢驗(yàn)方法，同時(shí)在幀載荷中包含了 RFID標(biāo)簽信息；步驟8)規(guī)劃標(biāo)簽傳感網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)所要完成的功能匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)其所在網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的管理、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)聚合、狀態(tài)監(jiān)控與維護(hù)一系列功能；步驟9)設(shè)計(jì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，需要對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)得到的標(biāo)簽傳感網(wǎng)的信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議處理和數(shù)據(jù)裝換，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求接入到不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中；步驟10)標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的輸入輸出網(wǎng)關(guān)將標(biāo)簽傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的RFSN信息數(shù)據(jù)作為輸入，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成換成用戶可知的信息，通過無(wú)線局域網(wǎng)、以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸出，實(shí)現(xiàn)針對(duì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控；步驟11)標(biāo)簽傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的基本架構(gòu)設(shè)計(jì)，網(wǎng)關(guān)的基本架構(gòu)由三個(gè)層面組成，自底向上分別是硬件層、軟件層和應(yīng)用層，硬件層通過ZigBee射頻收發(fā)模塊接收標(biāo)簽傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過微處理器轉(zhuǎn)換到hternet/WLAN模塊，在這之上需要經(jīng)過軟件層的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，完成從標(biāo)簽傳感網(wǎng)協(xié)議棧到IP協(xié)議棧的轉(zhuǎn)換；步驟12)設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)的協(xié)議融合標(biāo)簽傳感網(wǎng)中的簇頭節(jié)點(diǎn)通過RFID空中接口獲取射頻標(biāo)簽的信息數(shù)據(jù)，再將這些標(biāo)簽中的信息與ZigBee節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過 IEEE802. 15. 4無(wú)線通信模塊將融合的數(shù)據(jù)傳送到標(biāo)簽傳感網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)設(shè)備獲取來自標(biāo)簽傳感網(wǎng)采集的信息，并逐漸通過自下而上各協(xié)議層次的規(guī)范化數(shù)據(jù)解析，并按照網(wǎng)關(guān)的協(xié)議規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)幀封裝等一系列操作；步驟13)實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽傳感網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的定位首先，選定標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，作為在定位過程中已知位置信息的錨點(diǎn)，在設(shè)置簇頭節(jié)點(diǎn)的位置時(shí)需要考慮使他們分布均勻，并獲得這些簇頭節(jié)點(diǎn)的位置信息；步驟14)收集錨點(diǎn)信息階段錨點(diǎn)周期性的廣播自己的位置信息，直到該錨點(diǎn)通信范圍內(nèi)的未知節(jié)點(diǎn)均確定位置后，才停止廣播；接著那些等待確定自身位置的未知節(jié)點(diǎn)，收集其通信范圍內(nèi)所有錨點(diǎn)的位置信息，維護(hù)一個(gè)錨點(diǎn)表，選取在該未知節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的相鄰的未知節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行相互的錨點(diǎn)表的交換，并與自己的錨點(diǎn)表合并；步驟巧)執(zhí)行近似三角形內(nèi)點(diǎn)測(cè)試從這些收集到的錨點(diǎn)組成的集合中任取三個(gè)錨點(diǎn)，設(shè)集合中共有η個(gè)錨點(diǎn)，則最多組成Cn3種選取方法，最多確定Cn3個(gè)三角形，測(cè)試未知節(jié)點(diǎn)是否存在于所選擇的錨點(diǎn)組合成的三角形內(nèi)部，直到窮盡多種組合或者定位達(dá)到所需精度；步驟16)未知節(jié)點(diǎn)X與其鄰居節(jié)點(diǎn)通過比較各自接收到的三角形三個(gè)錨點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，判斷未知節(jié)點(diǎn)X是否存在于該三角形中；步驟17)計(jì)算重疊區(qū)域統(tǒng)計(jì)包含未知節(jié)點(diǎn)的三角形，計(jì)算所有三角形的重疊區(qū)域；使用網(wǎng)格陣列代表標(biāo)簽傳感網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)可能存在的最大區(qū)域，每個(gè)網(wǎng)格都關(guān)聯(lián)一個(gè)值，初始每個(gè)網(wǎng)格的值為0，當(dāng)判斷的未知節(jié)點(diǎn)在三角形內(nèi)部時(shí)，屬于三角形所在區(qū)域的網(wǎng)格值增加1，不屬于三角形所在區(qū)域的網(wǎng)格值減1 ；如果判斷的未知節(jié)點(diǎn)在三角形外部時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)值都減1，當(dāng)所有三角形區(qū)域都計(jì)算完成之后，值最大的網(wǎng)格組成的區(qū)域記為所求的最大重疊區(qū)域，該區(qū)域是包含未知節(jié)點(diǎn)的多個(gè)三角形區(qū)域交集的一個(gè)多邊形；步驟18)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算重疊區(qū)域的質(zhì)心位置，作為未知節(jié)點(diǎn)的位置，從而最終得到標(biāo)簽傳感網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置信息；步驟19)將上一步驟中求得的節(jié)點(diǎn)位置信息，同原先的RFSN數(shù)據(jù)信息相互融合，共同傳輸給標(biāo)簽傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)，再通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)針對(duì)標(biāo)簽傳感網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和定位。
全文摘要
目前集裝箱物流過程中已經(jīng)使用了RFID技術(shù)，但是由于RFID自身的缺陷和局限性，限制了RFID技術(shù)在集裝箱物流跟蹤與定位領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明提出了一種采用標(biāo)簽傳感網(wǎng)跟蹤與定位集裝箱的方法，它將傳感器網(wǎng)絡(luò)同RFID網(wǎng)絡(luò)相互融合，通過設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)層次、硬件模塊以及協(xié)議融合等，實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸各類射頻標(biāo)簽數(shù)據(jù)。這種標(biāo)簽傳感網(wǎng)擴(kuò)大了原有RFID網(wǎng)絡(luò)的傳輸半徑，并解決了RFID無(wú)法感知物體狀態(tài)以及抗干擾差等一系列問題。通過近似三角形內(nèi)點(diǎn)測(cè)試算法，計(jì)算出集裝箱的位置信息。實(shí)現(xiàn)了托運(yùn)人或管理者可以隨時(shí)通過電腦、手機(jī)了解到集裝箱的相關(guān)信息如位置、安全狀況、濕度和溫度變化等，一旦集裝箱受到損壞、運(yùn)輸線路變更或延遲等意外情況發(fā)生時(shí)，及時(shí)收到報(bào)警信息。
文檔編號(hào)H04W28/06GK102325344SQ20111015717
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者劉莉, 孫力娟, 徐佳, 戴庭, 沙超, 王汝傳, 竇軼, 蔣凌云, 譚志剛, 郭劍, 馬寅, 黃海平 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)