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在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，群組的概念用于描述一個(gè)組中的成員是如何相互作用的。群組中的各個(gè)成員需要知道相互間的相對(duì)位置。已經(jīng)有公司在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中增加了位置意識(shí)，以便群組成員可以測(cè)量彼此之間的距離，并能夠使用這個(gè)信息作出決策。通信和位置意識(shí)一起正在催生一種全新的地理位置應(yīng)用。 群組平臺(tái)技術(shù) 低功耗群組電臺(tái)即獨(dú)立的2.4GHz線性調(diào)頻擴(kuò)展頻譜無(wú)線節(jié)點(diǎn)，是基本的群組構(gòu)建模塊(見(jiàn)圖1)。它們能夠廣播和交換消息，同時(shí)監(jiān)視到群組中其它成員的距離，這是實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)的群組行為的關(guān)鍵功能。無(wú)線群組中的每個(gè)成員都包含有一個(gè)群組電臺(tái)，并通過(guò)其應(yīng)用編程接口(API)接受主機(jī)的控制。有多個(gè)種類(lèi)的API命令(見(jiàn)圖2)。 
圖1：Nanotron公司推出的迷你型群組電臺(tái)。
圖2：Nanotron公司的群組API命令總覽。 舉例來(lái)說(shuō)，RangeTo 命令可以返回到其它節(jié)點(diǎn)的距離。位置感知的質(zhì)量取決于兩個(gè)基本參數(shù)：精度和時(shí)延。精度是測(cè)量距離與實(shí)際距離之差，通�？梢员槐碚鳛橐粋�(gè)固定的偏移和結(jié)果的擴(kuò)展，如圖3所示。時(shí)延規(guī)定了獲得測(cè)距結(jié)果所需的時(shí)間，它對(duì)應(yīng)用的實(shí)時(shí)特性有很大的影響。短消息和快速響應(yīng)有助于最大限度地減小時(shí)延，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最大的吞吐量。典型的群組電臺(tái)要求1.8ms的空中時(shí)間用于執(zhí)行一個(gè)SDS-TWR循環(huán)——Nanotron公司獲得專(zhuān)利的對(duì)稱性雙邊雙向測(cè)距。廣播它的ID只需要350ms。
圖3：測(cè)距精度被表征為偏移量和結(jié)果的擴(kuò)展。實(shí)際距離分別是50、100和150米。 群組電臺(tái)的最大可用距離決定了群組中的成員距離多遠(yuǎn)仍能夠相互作用。最大距離很大程度上取決于應(yīng)用環(huán)境。 在理想的視距條件下，距離可能超過(guò)500米。然而，由于障礙、反射、來(lái)自其它無(wú)線電信號(hào)的干擾、天線未對(duì)準(zhǔn)等原因，實(shí)際可用距離要短得多。
圖4：在配備有一臺(tái)迷你型群組電臺(tái)的行人與安裝在客車(chē)儀表板上的另一臺(tái)群組電臺(tái)之間測(cè)得的距離。 圖4顯示了一個(gè)實(shí)際應(yīng)用例子，其中一個(gè)群組電臺(tái)在汽車(chē)?yán)锩妫硪粋�(gè)由人攜帶。通過(guò)在汽車(chē)外部配置天線或者將天線安裝在頭盔上而不是腰帶上可以有效擴(kuò)展距離。 碰撞避免解決方案(CAS) 在采礦應(yīng)用中經(jīng)常需要自動(dòng)碰撞避免功能。為了防止發(fā)生事故，只要車(chē)輛離人、財(cái)產(chǎn)或其它車(chē)輛太近都要求可靠地發(fā)出告警聲。群組地理位置技術(shù)非常適合用來(lái)實(shí)現(xiàn)這種碰撞避免解決方案(CAS)。 由車(chē)輛、財(cái)產(chǎn)和人組成的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)(總共三種節(jié)點(diǎn)類(lèi)型)被用來(lái)描述這種應(yīng)用的基本概要。在最壞的情況下兩個(gè)對(duì)象以最大速度向彼此移動(dòng)，見(jiàn)表1。系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間要快過(guò)兩個(gè)對(duì)象沿最短路徑碰撞方向穿過(guò)各自安全區(qū)所需的時(shí)間。
在我們這個(gè)例子中，最短時(shí)間是2.2秒。因此CAS系統(tǒng)的時(shí)延必須盡可能短，整組節(jié)點(diǎn)需要在不到2.2秒的時(shí)間內(nèi)完成完整的位置感知循環(huán)。為了可靠的工作，我們可以決定加快這個(gè)順序，以便在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行多次。
圖5：碰撞避免應(yīng)用流程圖。 圖5顯示了位置感知循環(huán)的步驟，以及群組電臺(tái)是如何支持的： 獲得ID(4)：第一步，群組電臺(tái)通過(guò)廣播自己的ID使自己可見(jiàn)。比如SetBroadcastIntervall=01命令將閃爍間隔設(shè)為1秒。在通過(guò)SetBroadcastNodeID=1命令激活廣播之后，群組電臺(tái)就每隔1秒廣播一次自己的ID。接收到的其它參與者的節(jié)點(diǎn)ID被自動(dòng)存儲(chǔ)在NodeID清單中。主機(jī)應(yīng)用可以使用GetNodeIDList命令讀取這份NodeID清單。這樣鄰居就能被CAS應(yīng)用識(shí)別了。 到ID的距離(5)：第二步是群組電臺(tái)測(cè)量到所有鄰居的距離，這可以通過(guò)隨后執(zhí)行RangeTo命令來(lái)完成。最終距離值被傳送回主機(jī)應(yīng)用。 評(píng)估距離(6)：第三步，CAS應(yīng)用需要確定任何測(cè)得的距離是否違反了安全區(qū)要求，如果違反了就需要采取相應(yīng)的措施。此時(shí)可能馬上調(diào)用簡(jiǎn)單的聲音告警，或踩下卡車(chē)的剎車(chē)以防止即將發(fā)生的碰撞。 作為CAS應(yīng)用設(shè)計(jì)的一部分，現(xiàn)在可以估計(jì)執(zhí)行一個(gè)位置感知循環(huán)所需的時(shí)間并在需要時(shí)觸發(fā)告警。在我們的例子中整個(gè)過(guò)程不超過(guò)30ms；因此上述時(shí)間約束很容易得到滿足。 所有群組電臺(tái)都共享相同的空中接口。CAS應(yīng)用以完全異步的方式工作，因此可能會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)包沖突。用多個(gè)位置感知循環(huán)而不是一個(gè)可以提高成功的概率。與此同時(shí)，通過(guò)空中接口的業(yè)務(wù)不得超過(guò)通道容量。廣播節(jié)點(diǎn)ID和完整的測(cè)距過(guò)程一起共花大約2.2ms的空中時(shí)間。對(duì)CAS應(yīng)用來(lái)說(shuō)這個(gè)時(shí)間只是2.2秒循環(huán)時(shí)間的0.1%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該使用不超過(guò)17%的可用空中時(shí)間才能在成功率與吞吐量之間取得良好的平衡。當(dāng)通過(guò)增加更多群組電臺(tái)擴(kuò)展應(yīng)用時(shí)這點(diǎn)很重要。 在實(shí)際的群組應(yīng)用中，安全區(qū)可以設(shè)計(jì)為動(dòng)態(tài)適應(yīng)移動(dòng)對(duì)象的實(shí)際速度和潛在碰撞方向最新測(cè)得的距離。這樣可以最大限度地減少總的告警數(shù)量，而且在通道飽和發(fā)生之前系統(tǒng)中可以使用的群組電臺(tái)數(shù)量可以做到最大化。Nanotron公司的群組平臺(tái)非常適合用于快速構(gòu)建地理位置應(yīng)用。 群組電臺(tái)具有位置感知，因?yàn)樗鼈兡軌驕y(cè)量相互間的距離并交換結(jié)果。距離、測(cè)距精度、時(shí)延和吞吐量對(duì)基于群平臺(tái)的地理位置應(yīng)用來(lái)說(shuō)是很重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。 作者介紹： Gunter Fischer博士是現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程經(jīng)理，負(fù)責(zé)Nanotron公司群組業(yè)務(wù)的應(yīng)用支持�？梢酝ㄟ^(guò)電子郵件地址g.fischer@nanotron.com與他取得聯(lián)系。 Thomas Forste博士是Nanotron Technologies公司銷(xiāo)售與營(yíng)銷(xiāo)副總裁，他的電子郵件地址是：t.foerste@nanotron.com。 Frank Schlichting博士是Nanotron公司群組產(chǎn)品線的產(chǎn)品管理總監(jiān)�？梢酝ㄟ^(guò)電子郵件地址：f.schlichting@nanotron.com與他取得聯(lián)系。 |
