仇 凱，王 前

協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)測距性能探究

仇 凱，王 前

（河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210000）

針對協(xié)同定位方法帶來的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間爭用信道的問題，提出一種適用于多節(jié)點(diǎn)協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的測距方法：立足載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA）協(xié)議在通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的不同，通過減少單次測距時間、避免重復(fù)測距、減少節(jié)點(diǎn)競爭接入信道的次數(shù)，優(yōu)化測距過程；并提出一種時延修正算法對傳播時延進(jìn)行估計和修正。實(shí)驗結(jié)果表明，該方法可以在有效提高整個網(wǎng)絡(luò)測距頻度的同時，有效降低傳播時延對于測距精度的影響，提高測距精度。

載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA）協(xié)議；協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)；測距精度；測距頻度；馬爾可夫模型

0 引言

協(xié)同定位通過引入未知節(jié)點(diǎn)之間的測量使得位置參數(shù)的提供者從錨節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展到整個協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)[1-2]，在帶來高精度定位的同時也會帶來網(wǎng)絡(luò)層次的問題[3]，對此需要設(shè)計合理的多路訪問控制協(xié)議[4-5]。尤其是在森林覆蓋、隧道等環(huán)境下，衛(wèi)星信號易受到干擾或者阻斷，使得定位精度下降甚至定位失??；加上環(huán)境的遮蔽、節(jié)點(diǎn)自身的電能儲備等因素，很有可能出現(xiàn)某些節(jié)點(diǎn)無法正常工作以及需要新增節(jié)點(diǎn)的情況。這就迫切需要一種靈活多變的協(xié)同定位方法。本文就此應(yīng)用需求從測距性能方面對協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。

目前定位網(wǎng)絡(luò)中基于時分多址（time division multiple access，TDMA）協(xié)議的研究較為成熟，該協(xié)議可以確保定位網(wǎng)絡(luò)測距穩(wěn)定進(jìn)行，但靈活性較差——當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)新節(jié)點(diǎn)加入或者舊節(jié)點(diǎn)退出的情況無法及時調(diào)整。而載波偵聽多路訪問/沖突避免（carrier sense multiple access with collision avoid，CSMA/CA）協(xié)議在具有高靈活性的同時還有較高的效率[6-7]，非常適合用作協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的控制協(xié)議。但目前基于CSMA/CA協(xié)議的研究大部分集中于通信網(wǎng)絡(luò)，針對基于協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的CSMA/CA協(xié)議的研究較少。這2種網(wǎng)絡(luò)的CSMA/CA協(xié)議的區(qū)別如下：

1）二者最終目的以及節(jié)點(diǎn)間關(guān)系不同。前者的目的是為了實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)向接收站傳播數(shù)據(jù)，多節(jié)點(diǎn)之間只有競爭；而后者目的是為了實(shí)現(xiàn)所有節(jié)點(diǎn)之間都完成測距，節(jié)點(diǎn)間既有競爭又有合作。

2）二者節(jié)點(diǎn)的要求不一樣。前者的過程就是多個節(jié)點(diǎn)競爭，向一個接收站發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)是發(fā)送方；后者節(jié)點(diǎn)間需要相互發(fā)送信息進(jìn)行測距，每個節(jié)點(diǎn)既是發(fā)送方又是接收方，整個協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的過程就是多個節(jié)點(diǎn)之間相互發(fā)送數(shù)據(jù)。

3）二者的著重點(diǎn)有區(qū)別。數(shù)據(jù)幀是前者的重中之重，需要盡可能保證數(shù)據(jù)幀的完好；而在后者重要的是測距頻度和測距精度。

4）二者的運(yùn)行流程不同。前者的流程為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)競爭向接收站發(fā)送信號，節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送后仍會繼續(xù)競爭接入信道；而后者某一節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)完成測距后，會退出與該目標(biāo)測距的競爭行列。

雙邊雙向測距（double-sided two-way ranging，DS-TWR）因無視時間同步問題并在有時鐘偏差的情況下?lián)碛休^高的測距精度[8]的緣故常用作定位網(wǎng)絡(luò)的測距方法，但目前基于DS-TWR的研究忽略了信號在信道中傳播的時間對于測距精度的影響。

本文立足CSMA/CA協(xié)議在通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別，建立馬爾可夫模型對協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間單次測距的理論值進(jìn)行分析；接著給出基于CSMA/CA的協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)完成測距的流程，并通過引進(jìn)“RTS-CTS”（請求發(fā)送（request to send，RTS）和允許發(fā)送（clear to send，CTS））、改進(jìn)退避算法、引進(jìn)“REPORT（通過節(jié)點(diǎn)回應(yīng)避免重復(fù)測距）”機(jī)制和“中心站”的方法對測距頻度進(jìn)行改進(jìn)；然后分析信號在信道中的傳播時間對于測距精度的影響，并提出一種時延修正算法以減少測距誤差。

1 基于單次測距時間理論值分析

在CSMA/C協(xié)議中有一些參數(shù)可供用戶選擇，可在不同情況下對參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)來提高性能，這些參數(shù)對于CSMA/CA協(xié)議有不同的影響。為了便于從理論上了解這些參數(shù)與CSMA/CA協(xié)議的聯(lián)系，本文引用應(yīng)用廣泛的二維馬爾可夫（Markov）模型[9]，對基于CSMA/CA的協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的單次測距時間進(jìn)行分析。

本文馬爾可夫模型的建立必須滿足以下幾個假設(shè)條件：

1）信道傳輸?shù)恼`碼率為0；

2）網(wǎng)絡(luò)中不存在隱終端（2個互不在對方通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)向同一個目標(biāo)發(fā)送信號時誤以為信道空閑而產(chǎn)生碰撞的情況）以及暴露終端（2個互在對方通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)向不同目標(biāo)發(fā)送信號時誤以為信道繁忙而暫停發(fā)送從而降低信道利用率的情況）的問題；

3）每個節(jié)點(diǎn)在任意時刻都有信息等待發(fā)送；

4）節(jié)點(diǎn)數(shù)不會發(fā)生變化；

5）每個節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生碰撞的概率均為（定值）；

6）每個節(jié)點(diǎn)的重傳次數(shù)無上限。

二維馬爾可夫模型如圖1所示。

圖1 退避機(jī)制的馬爾可夫模型

在該模型中單步轉(zhuǎn)移概率為

其中

根據(jù)馬爾可夫模型可知，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的退避次數(shù)為，退避時間為時，有

綜合上式，有

令初始競爭窗口為32，最大退避次數(shù)為10，求出碰撞概率與節(jié)點(diǎn)數(shù)的關(guān)系如圖2所示。

圖2 碰撞概率與節(jié)點(diǎn)數(shù)的關(guān)系

2個節(jié)點(diǎn)完成一次測距所需的時間為

2 基于CSMA/CA的協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)測距過程

將網(wǎng)絡(luò)中個節(jié)點(diǎn)中的一個節(jié)點(diǎn)（例如從節(jié)點(diǎn)1開始）作為測距對象，即除了節(jié)點(diǎn)1以外的其余－1個節(jié)點(diǎn)開始競爭對節(jié)點(diǎn)1發(fā)送數(shù)據(jù)，競爭成功的節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)1進(jìn)行雙邊雙向測距，待測距完成之后節(jié)點(diǎn)1會發(fā)送一個確認(rèn)幀（acknowledge character，ACK），廣播整個網(wǎng)絡(luò)告知測距已經(jīng)完成，那么其余節(jié)點(diǎn)的冷凍期就會結(jié)束，與此同時節(jié)點(diǎn)也會暫時退出競爭至新的節(jié)點(diǎn)作為測距對象。流程如圖3所示。

圖3 基于CSMA/CA的協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)測距流程

式中：為第n個大組中第i個小組的單次測距時間的理論值?；A(chǔ)方法完成一次測距的過程為：節(jié)點(diǎn)i等待一個分布式幀間間隙（distributed inter-frame space，DIFS）后競爭向測距目標(biāo)發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀，若競爭成功，測距目標(biāo)會回應(yīng)節(jié)點(diǎn)i一個ACK，告知全網(wǎng)接下來由該節(jié)點(diǎn)與自己進(jìn)行測距；收到ACK的節(jié)點(diǎn)i向測距目標(biāo)發(fā)送第一個測量幀，測距目標(biāo)接收到第一個測量幀后等待一個時間后回應(yīng)第二個測量幀；節(jié)點(diǎn)i接收到第二個測量幀后等待一個時間后，再次向測距目標(biāo)發(fā)送第三個測量幀；測距目標(biāo)接收到第三個測量幀后等待一個短幀間間隔（short inter-frame space，SIFS）時間后回應(yīng)一個ACK告知本次測距順利完成；節(jié)點(diǎn)i接收后暫時退出信道競爭，其他節(jié)點(diǎn)開始競爭。單次測距的過程如圖4所示。

3 基于測距頻度的改進(jìn)

3.1 “RTS-CTS”改進(jìn)

“RTS-CTS”機(jī)制的引進(jìn)會使得整個網(wǎng)絡(luò)的額外開銷增大，從而降低網(wǎng)絡(luò)的效率[10]；但他們的長度與附帶大量數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)幀相比較短，可用小碰撞來代替大碰撞，減少碰撞概率和碰撞損失，盡可能地保護(hù)后續(xù)幀的傳輸。并且“RTS-CTS”機(jī)制的4次握手與雙邊雙向測距的信息交互完美契合：前3次握手進(jìn)行雙邊雙向測距，最后一次ACK告知網(wǎng)絡(luò)本次測距已完成。

因此本文在雙邊雙向測距的基礎(chǔ)上，基于CSMA/CA協(xié)議將節(jié)點(diǎn)間單次測距所需的信息交互流程設(shè)置為“測量請求、測量應(yīng)答、測量進(jìn)行以及測量確定”，其中前3次信息交互構(gòu)成一個完整的雙邊雙向測距，并將RTS和CTS 2個控制幀優(yōu)化為攜帶測量功能的幀，將ACK優(yōu)化為攜帶數(shù)據(jù)功能的幀，具體的流程為：

1）該節(jié)點(diǎn)想與測距目標(biāo)進(jìn)行測距，按照協(xié)議要求，它必須先偵聽信道是否處于空閑狀態(tài)，如果信道空閑且等待一個DIFS后仍空閑，就會向測距目標(biāo)發(fā)送一個攜帶測量幀以及計時信息的測量請求幀。計時信息的作用是告知其他節(jié)點(diǎn)信道已被占用，且會讓其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)入冷凍期，并且會有一個計時倒數(shù)的功能，只有計時歸0其他節(jié)點(diǎn)才能嘗試接入信道。

2）測距目標(biāo)在接收到節(jié)點(diǎn)發(fā)送的測量請求之后，等測量請求的計時器歸0時會向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個測量答復(fù)，并且也攜帶一個NAV信息，進(jìn)而避免別的節(jié)點(diǎn)對這次測量造成影響。

3）節(jié)點(diǎn)收到測量答復(fù)之后等計時歸0后，發(fā)送攜帶測量幀的數(shù)據(jù)幀。

4）測距目標(biāo)收到節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀后，將以廣播的形式將攜帶與本次測距有關(guān)的時間戳的ACK發(fā)送給該節(jié)點(diǎn)，同時其他處于冷凍期的節(jié)點(diǎn)也可以接收到該ACK，此時它們得知本次測距已經(jīng)順利完成，則結(jié)束冷凍期，重新參與信道接入競爭。節(jié)點(diǎn)工作流程如圖5所示。

圖5 節(jié)點(diǎn)工作流程

3.2 退避機(jī)制的改進(jìn)

二進(jìn)制退避（binary exponential back off，BEB）算法[11]使得不同節(jié)點(diǎn)在經(jīng)歷退避后隨機(jī)選擇的退避時間盡可能不同，減少多個節(jié)點(diǎn)同時競爭接入信道的概率；但是退避機(jī)制也存在不足。由于通信網(wǎng)絡(luò)與協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的不同，原本在通信網(wǎng)絡(luò)中退避算法的缺點(diǎn)在協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)中不一定適用。具體包括：

1）BEB算法會使得通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)不公平的現(xiàn)象。

2）BEB算法會造成競爭窗口的震蕩。

因為與通信網(wǎng)絡(luò)注重數(shù)據(jù)傳播且需要不斷傳播不同，協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的目的是完成節(jié)點(diǎn)間的測距，所以當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)已經(jīng)競爭接入信道與當(dāng)前的測距目標(biāo)完成測距，那么在下一個測距目標(biāo)出現(xiàn)前，該節(jié)點(diǎn)都不需要參與競爭，這樣就不會出現(xiàn)上述2個問題。

但是在協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的CSMA/CA協(xié)議的退避算法仍存在以下不足：

1）無論協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)是多還是少，BEB算法的初始退避時間范圍固定不變。

目前對于退避窗口的改進(jìn)大多集中于重設(shè)節(jié)點(diǎn)競爭成功之后的競爭窗口，但根據(jù)前文的分析，這些改進(jìn)顯然并不適用于協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)。對此本文提出以下2點(diǎn)改進(jìn)方法：

1）基于BEB算法靈活性不強(qiáng)的缺點(diǎn)，本文提出根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)規(guī)模設(shè)定初始CW的辦法。在進(jìn)行協(xié)同定位測距時先對不同節(jié)點(diǎn)數(shù)下的最佳初始競爭窗口的值進(jìn)行仿真模擬，然后將最佳初始競爭窗口設(shè)為最初的競爭窗口。

3.3 “REPORT”機(jī)制的引進(jìn)

整個網(wǎng)絡(luò)測距的過程中仍存在著重復(fù)測距，節(jié)點(diǎn)間的信息交互過程還存在優(yōu)化的空間。為解決上述的問題，本文引入“REPORT”機(jī)制（將引入該機(jī)制的方法簡稱為R-CSMA/CA）。

令節(jié)點(diǎn)號（identification，ID）小于的節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)ID大于的節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)。假設(shè)此時節(jié)點(diǎn)為測距目標(biāo)，節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)無須參與競爭與節(jié)點(diǎn)測距，只有節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)需要競爭接入信道與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測距。引入“REPORT”機(jī)制前后節(jié)點(diǎn)間測距情況如圖6所示。

引入“REPORT”機(jī)制后協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)中不會出現(xiàn)重復(fù)測距，即大組的個數(shù)不變，仍是個，但小組的個位不再是固定不變的－1，而是－（為已經(jīng)作為測距目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)ID），這樣整個網(wǎng)絡(luò)完成測距所需要的測距次數(shù)減少了一半，并減少了高節(jié)點(diǎn)數(shù)下進(jìn)行競爭的次數(shù)，減少了競爭所浪費(fèi)的時間，提高了協(xié)同定位的測距頻度。整個網(wǎng)絡(luò)完成測距的時間為

3.4 中心站的引進(jìn)

隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，節(jié)點(diǎn)接入信道產(chǎn)生沖突退避的次數(shù)也會隨之增加，而高節(jié)點(diǎn)數(shù)情況下退避時間相當(dāng)長，這樣退避次數(shù)和退避時間的同時增加會大大增加協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)完成測距所需要的時間。

對此本文提出一種新的方法（簡稱為N-CSMA/CA）：在以個未知節(jié)點(diǎn)組成的協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)中引入一個中心站作為競爭信道的媒介，個節(jié)點(diǎn)通過向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)來競爭接入信道，一旦有一個節(jié)點(diǎn)競爭成功，那么其他節(jié)點(diǎn)就會進(jìn)入冷凍期不會搶占信道，而競爭成功的節(jié)點(diǎn)就會與其他未與自己完成測距的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互測距；當(dāng)該節(jié)點(diǎn)完成測距后，該節(jié)點(diǎn)會退出接入信道的競爭，而處于冷凍期的節(jié)點(diǎn)恢復(fù)并繼續(xù)競爭接入信道；以此類推至所有節(jié)點(diǎn)間都完成測距。

這次改進(jìn)后大組的個數(shù)沒變，仍是個，但是每個小組的節(jié)點(diǎn)成功競爭接入信道的次數(shù)減少了，那么N-CSMA/CA完成測距所需的時間為

與之前改進(jìn)方法不同，N-CSMA/CA在帶來更高測距頻度的同時，也帶來了更高的要求，包括：須增加中心站的額外支出；中心站關(guān)乎到整個網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)作，若中心站出現(xiàn)故障，整個網(wǎng)絡(luò)將無法正常運(yùn)行。

本節(jié)立足CSMA/CA協(xié)議在通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)的不同，通過引進(jìn)“RTS-CTS”和改進(jìn)退避算法減少單次測距時間，引進(jìn)“REPORT”避免重復(fù)測距，以及引進(jìn)中心站減少競爭接入信道的次數(shù)來縮短整個網(wǎng)絡(luò)完成測距所需的時間，進(jìn)而提高測距頻度。

4 基于測距精度的改進(jìn)

目前基于雙邊雙向測距的測距精度與時鐘偏差的關(guān)系往往會忽略傳播信號在信道傳播中的時間[12]，如圖7所示。

圖7 協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)測距過程

綜上所述可得

使用時延修正后得到的傳輸時間誤差為：

可以看出本文的實(shí)驗修正算法確實(shí)可以有效減少由信號在信道中的傳播時間引起的測距誤差，達(dá)到提高測距精度的效果。

5 實(shí)驗與結(jié)果分析

本文使用MATLAB軟件對上述方法的測距時間以及測距誤差進(jìn)行仿真驗證。

5.1 基于測距時間的仿真及分析

仿真參數(shù)如表1所示。

表1 數(shù)值分析參數(shù)

本文的仿真參數(shù)取值均依據(jù)IEEE802.11協(xié)議（控制幀、測量幀、數(shù)據(jù)幀、幀間間隔的大小）[13-14]以及DW1000儀器的設(shè)置[15]（雙邊雙向測距中等待時間）。

由于MATLAB無法創(chuàng)建同一個對象的多個實(shí)例，無法并行處理每個節(jié)點(diǎn)的需求，所以本文以時隙為單位循環(huán)處理多個節(jié)點(diǎn)的操作。單次測距的仿真流程如圖8所示。

基礎(chǔ)方法單次測距的仿真結(jié)果與馬爾可夫模型的理論值對比如圖9所示。

可以看出本文的仿真結(jié)果與基于馬爾可夫模型的理論值相近，且二者的單次測距時間都隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加呈平緩增加的趨勢，說明本文的實(shí)驗結(jié)果是可靠的；而圖中基礎(chǔ)方法的測距時間也會用于下文改進(jìn)前后的測距時間對比。

“RTS-CTS”機(jī)制的引進(jìn)和退避機(jī)制的改進(jìn)均是通過基于單次測距的改進(jìn)來提高測距頻度，所以將這2種方法放在一起與基礎(chǔ)方法進(jìn)行仿真對比（退避機(jī)制的改進(jìn)是在“RTS-CTS”引進(jìn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的）。這2種改進(jìn)方法與基礎(chǔ)方法的單次測距時間以及整個網(wǎng)絡(luò)完成測距的時間對比如圖10所示。

圖8 單次測距的仿真流程

圖9 單次測距的仿真結(jié)果與理論值對比

圖10 3種方法的單次測距時間以及整個網(wǎng)絡(luò)測距時間

R-CSMA/CA（3.3節(jié)的方法）并未在單次測距方面進(jìn)行改進(jìn)，而是通過減少重復(fù)測距來提高測距頻度，R-CSMA/CA與前3種方法每個大組完成測距的時間和整個網(wǎng)絡(luò)完成測距的時間對比如圖11所示。

可以看到在“REPORT”機(jī)制引進(jìn)前，每個大組完成測距的時間是相近的，均存在重復(fù)測距。在引進(jìn)“REPORT”機(jī)制后，避免了重復(fù)測距，隨著大組ID的增加，大組內(nèi)單次測距次數(shù)減少，從而導(dǎo)致大組完成測距所需時間減少，最終提高整個網(wǎng)絡(luò)的測距頻度。

N-CSMA/CA方法通過減少節(jié)點(diǎn)競爭接入信道的次數(shù)來減少大組完成測距的時間，該方法與其他方法每個大組和整個網(wǎng)絡(luò)完成測距的時間對比如圖12所示。

圖12 5種方法整個網(wǎng)絡(luò)完成測距的時間

在節(jié)點(diǎn)數(shù)較多的情況下競爭接入信道是一個很大的時間開支，N-CSMA/CA通過引入中心站的方法，使得每個大組完成測距所需的競爭成功次數(shù)減少為1，減少了每個大組競爭接入信道所需的時間，最終減少整個網(wǎng)絡(luò)完成測距所需的時間。

5.2 基于測距精度的仿真及分析

圖13 時延修正前后測距誤差

6 結(jié)束語

本文立足CSMA/CA協(xié)議在通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)別，提出一種適用于多節(jié)點(diǎn)的協(xié)同定位測距方法。首先建立馬爾可夫模型，確定CSMA/CA參數(shù)對于測距時間的影響以及單次測距的理論值。其次，通過引入“RTS-CTS”機(jī)制、優(yōu)化退避機(jī)制、引入“REPORT”機(jī)制，以及引進(jìn)中心站的方法優(yōu)化測距過程。接著提出一種時延修正算法對傳播時延進(jìn)行估計和修正。最后，基于IEEE802.11協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)在MATLAB軟件平臺進(jìn)行實(shí)驗驗證，結(jié)果表明本文提出的方法確實(shí)可以提高測距頻度和測距精度。

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Discussion on ranging performance of collaborative positioning network

QIU Kai, WANG Qian

（School of Earth Science and Engineering, Hohai University, Nanjing 210000, China）

Aming at the problem of competing channels between nodes in the network brought by the co-location method, the paper proposed a ranging method suitable for multi-node co-location network: based on the difference between communication networks and co-location networks for carrier sense multiple access with collision avoid (CSMA/CA) protocol, the ranging process was improved by reducing the single ranging time, avoiding repeated ranging, and reducing the number of nodes competing to access channels; and a delay correction algorithm was put forwarded to estimate and correct the propagation delay. Experimental result showed that the proposed method could effectively not only improve the ranging frequency of the entire network, but also reduce the influence of propagation delay on the ranging accuracy, and improve the ranging accuracy.

carrier sense multiple access with collision avoid (CSMA/CA) protocol; collaborative positioning network; ranging accuracy; ranging frequency; Markov model

P228

A

2095-4999(2023)02-0186-10

仇凱, 王前. 協(xié)同定位網(wǎng)絡(luò)測距性能探究[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報, 2023, 11(2): 186-195.（QIU Kai, WANG Qian. Discussion on ranging performance of collaborative positioning network[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2023, 11(2): 186-195.）DOI:10.16547/j.cnki.10-1096.20230222.

2022-11-18

仇凱(1997—)，男，江蘇南通人，碩士研究生，研究方向為協(xié)同定位。

王前(1978—)，男，江蘇揚(yáng)州人，博士，副研究員，研究方向為導(dǎo)航定位。