用于电子设备的超宽带定位的方法以及超宽带终端设备与流程

1.本技术涉及终端技术领域，尤其涉及一种用于电子设备的超宽带定位的方法、超宽带终端设备以及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.超宽带(ulta wide band，uwb)技术是一种高吞吐无线传输技术，虽于十数年前曾风靡一时，但在当时从将uwb技术作为文件传输的应用而言，相对于其他的技术，诸如有线的usb技术，存在诸多不足，从而被逐渐淡忘。近年来，uwb技术的其他应用被逐步开放，uwb技术也越来越多应用在智能手机、智能家居产品、汽车等产品中。
3.与利用很窄的频段进行通信的传统无线通信方式不同，uwb技术将信号分散在很宽的频段上，从而使得基于uwb技术的通信不容易被干扰，即使是低能量的信号也能被正确地解读。并且，uwb技术在设备间的测距和定位也有较广泛的应用。基于uwb通信，可以通过计算发射端设备发送信号和接受端设备接收到信号之间的时间差，来精确计算距离，称之为uwb的飞时测距(time of flight，tof)功能，并且该tof功能可以达到米级以下的精准度。并且，新发展的uwb技术还引入了到达角度(angle of arrival，aoa)的测量功能，这样为设备间的定位提供了更丰富的信息。
4.作为具备uwb通信能力的装置而言，由于uwb技术本身的原因，一个uwb装置的通信覆盖范围大概在100m以内。可见，一旦超出此范围，设备间的基于uwb的直接通信将变得不可实现。通信范围有限，给uwb技术在物件定位，追踪等应用带来极大阻碍。如若想实现更大范围的定位和追踪，此时必须借助其他的通信技术辅助来达到通信的目的，一方面将带来额外的成本，以及因为需要额外的通信设备，也有可能造成用户体验感不好。


技术实现要素：

5.本技术的一些实施方式提供了一种用于确定目标通信设备的方法、通信终端以及计算机可读存储介质，以下从多个方面介绍本技术，以下多个方面的实施方式和有益效果可互相参考。
6.第一方面，本技术的实施方式提供了一种超宽带定位方法，用于包括起始设备、多个中继设备、终点设备的系统。该方法包括：起始设备生成并发送第一uwb定位请求，其中第一uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求；多个中继设备，经由至少一条路径将至少一个第二uwb定位请求转发到终点设备，每一个第二uwb定位请求都是基于第一uwb定位请求生成并且包括该第二uwb定位请求所经过的中继设备的设备标识；并且，至少一个第二uwb定位请求中的每个第二uwb定位请求分别与至少一条路径中的一条路径对应；路径包括起始设备、中继设备和终点设备；终点设备，接收至少一个第二uwb定位请求，并且基于至少一个第二uwb定位请求中所包括的中继设备的标识，从至少一个第二uwb定位请求中选择一个第二uwb定位请求作为有效uwb定位请求；终点设备，基于有效uwb定位请求，确定经由中继设备连接起始设备和终点设备之间的定位路径；以及，生成并发送与有效uwb定位请求对
应的uwb定位响应，其中uwb定位响应指示定位路径，定位路径上的中继设备将uwb定位响应从终点设备转发到起始设备；起始设备，接收uwb定位响应，并且基于uwb定位响应确定终点设备相对于起始设备的位置。
7.根据本技术的第一方面提供的用于多个uwb设备的超宽带定位方法，利用uwb技术，使用多个uwb设备组网，在保持了uwb技术在测距定位方面的精准度的同时，有效扩大了通信覆盖的范围。在一些广域网无法覆盖的场景下，仅仅采用uwb设备即可以完成测距定位，不需要使用额外的设备。
8.在一些实施方式中，终点设备，基于至少一个第二uwb定位请求中所包括的中继设备的设备标识，从至少一个第二uwb定位请求中选择一个第二uwb定位请求作为有效uwb定位请求，包括：终端设备根据各个第二uwb定位请求中包括的中继设备的设备标识，确定第二uwb定位请求所经过的中继设备的数量，并且至少部分的根据数量确定有效uwb定位请求。
9.根据本技术的一些实施方式，通过根据uwb定位请求所经历的中继设备的数量来判断是否采用该消息，可以比较方便地确定被采用的消息，提高了设备处理的效率。
10.在一些实施方式中，终点设备，至少部分的根据数量确定有效uwb定位请求，包括：
11.终点设备，选择数量最小的第二uwb定位请求作为有效uwb定位请求。
12.根据本技术的一些实施方式，通过根据uwb定位请求所经历的中继设备的数量来判断是否采用该消息，可以使得经过中间中继节点最少的消息被采用，提高了设备间通信的效率。
13.在一些实施方式中，终点设备，至少部分的根据数量确定有效uwb定位请求，包括：终点设备，选择数量最小且先到达终点设备的第二uwb定位请求作为有效uwb定位请求。
14.根据本技术的一些实施方式，通过根据uwb定位请求所经历的中继设备的数量来判断是否采用该消息，可以使得经过中间中继节点最少的消息被采用，提高了设备间通信的效率。并且，在出现了多个满足既定选择标准的情况下，最先到达的消息作为被采用的消息意味着通信距离最短和/或通信速率最高，因此可以获得最大化的通信效率。
15.在一些实施方式中，至少一个中继设备中的各个中继设备，接收多个uwb定位请求，多个uwb定位请求包括来自起始装置的第一uwb定位请求和/或来自其他中继设备的至少一个第二uwb定位请求，
16.终点设备根据各个uwb定位请求中包括的中继设备的设备标识，确定各个uwb定位请求所经过的中继设备的数量，并且至少部分的根据数量从各个uwb定位请求中选择向终点设备和/或其他中继设备转发的uwb定位请求。
17.根据本技术的一些实施方式，因为在转发的消息中，中继设备会加入本设备的设备标识，并且后续设备根据设备标识进行计数即可获悉消息转发过程中所经历的中继点数量，提高了设备的处理效率。
18.在一些实施方式中，各个中继设备，至少部分的根据数量从各个uwb定位请求中选择向终点设备和/或其他中继设备转发的uwb定位请求，包括：向终点设备和/或其他中继设备转发数量最小的uwb定位请求。
19.根据本技术的一些实施方式，在起始设备的通信范围内可能包括多个中继设备，中继设备之间也可能转发消息。通过加入判断机制，各个中继设备仅向下一通信节点发送
转发所经过的中继设备的数量最小的消息，可以减少在这些中继设备间无用的消息被过度转发，不必要地占用通信资源，影响整个通信系统的效率。
20.在一些实施方式中，各个中继设备，至少部分的根据数量从各个uwb定位请求中选择向终点设备和/或其他中继设备转发的uwb定位请求，包括：向终点设备和/或其他中继设备转发数量最小且最先到达的uwb定位请求。
21.根据本技术的一些实施方式，在起始设备的通信范围内可能包括多个中继设备，中继设备之间也可能转发消息。通过加入判断机制，各个中继设备仅向下一通信节点发送转发所经过的中继设备的数量最小的消息，可以减少在这些中继设备间无用的消息被过度转发，不必要地占用通信资源，影响整个通信系统的效率。并且，在出现了多个满足既定选择标准的情况下，最先到达的消息作为被转发的消息意味着在各个中继点间传递的所需的时间最短，也就一定程度上意味着通信的所经过的距离最短，因此可以确保较高的通信效率。
22.在一些实施方式中，各个中继设备，至少部分的根据数量从各个uwb定位请求中选择向终点设备和/或其他中继设备转发的uwb定位请求，包括：各个中继设备不转发数量大于第一阈值的uwb定位请求。
23.根据本技术的一些实施方式，uwb定位请求这样的消息可能需要经过多次转发才能到底终点设备，如果转发次数过多，意味着通信效率非常低。通过设置阈值的方式来限制在系统中消息被转发的次数，可以极大节省系统的通信资源。
24.在一些实施方式中，终点设备，生成并发送与有效uwb定位请求对应的uwb定位响应，包括：终端设备向定位路径上的中继设备中最接近终点设备的中继设备发送uwb定位响应。
25.根据本技术的一些实施方式，uwb定位响应按照被终点设备确定的路径原路返回，使得对应于定位请求的定位响应沿着通信效率最优的路径返回至起始设备。
26.在一些实施方式中，起始设备，基于uwb定位响应确定终点设备相对于起始设备的位置，包括：起始设备，根据uwb定位响应对应的定位路径，确定定位路径上的各个设备之间的距离和角度，并且根据各个设备之间的距离和角度确定终点设备相对于起始设备的位置。
27.根据本技术的一些实施方式，在保持了uwb技术在测距定位方面的精准度的同时，有效扩大了通信覆盖的范围。在一些广域网无法覆盖的场景下，仅仅采用uwb设备即可以完成测距定位，以获悉其他的uwb终点设备相对于uwb起始设备的相对坐标，从而进一步获悉两者之间的距离以及角度(方位)，不需要使用额外的设备。
28.在一些实施方式中，起始设备和终点设备共享第一密钥，起始设备在发出的uwb定位请求中加入利用第一密钥加密的身份验证字段，并且终端设备，利用第一密钥解密收到的uwb定位请求中的身份验证字段，以确认起始设备的身份；和/或，起始设备，利用第一密钥解密收到的uwb定位响应中的身份验证字段，以确认终点设备的身份。
29.根据本技术的一些实施方式，作为用户持有的起始设备和终点设备，两者具有共享的密钥，可以用于在进行定位操作中的身份验证，以防止在中继过程中有人恶意返回不正确的定位信息，确保整个定位过程的安全性。
30.在一些实施方式中，起始设备及多个中继设备具有第二密钥，第二密钥用于多个
中继设备和/或终点设备对收到的uwb定位请求进行验证。终点设备也可以包括这样的第二密钥，以对收到的uwb定位请求进行验证。
31.根据本技术的一些实施方式，被包括在这样的通信系统中的各个uwb设备都共有一密钥；例如，只允许统一厂商生产的uwb设备，或者基于同一标准被生产的uwb设备，构建这样的通信网络来实施定位。这样，每个设备在收到消息后都会对消息进行验证，避免其他厂商或者其他标准下的消息介入本通信系统中，造成信息泛滥。
32.在一些实施方式中，多个中继设备对收到的uwb定位请求的内容进行验证，包括：多个中继设备中的至少一个中继设备利用密钥对收到的每个uwb定位请求中的明文内容计算哈希值；将哈希值与每个uwb定位请求中的内容验证字段相比较，其中内容验证字段是每个uwb定位请求的发送设备利用第二密钥对每个uwb定位请求的明文内容计算得到的哈希值；以及，在哈希值与内容验证字段一致的情况下，确定该uwb定位请求是有效的，以及在哈希值与内容验证字段不一致的情况下，确定该uwb定位请求是无效的。
33.根据本技术的一些实施方式，通过利用密钥对明文内容进行哈希计算的方式，再将得到的哈希值与收到的消息中同为哈希值的验证字段进行比较，以比较高效的方式进行消息的验证。
34.第二方面，本技术的实施例提供了一种用于第一中继设备的超宽带(uwb)定位方法，该方法包括：接收至少一个uwb定位请求，其中至少一个uwb定位请求包括来自uwb定位请求的起始设备的第一uwb定位请求，和/或其他中继设备转发的第二uwb定位请求，uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求，其中uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求；从至少一个uwb定位请求中选择一个uwb定位请求，并基于选择的uwb定位请求生成第一中继设备的第二uwb定位请求，并且，第一中继设备的第二uwb定位请求还包括第一中继设备的设备标识；以及，发送第一中继设备的第二uwb定位请求。
35.根据本技术的第二方面提供的用于中继设备的超宽带定位方法，使用多个uwb设备组网，在保持了uwb技术在测距定位方面的精准度的同时，有效扩大了通信覆盖的范围。在一些广域网无法覆盖的场景下，仅仅采用uwb设备即可以完成测距定位，不需要使用额外的设备。
36.在一些实施方式中，在至少一个uwb定位请求包括多个uwb定位请求的情况下，从至少一个uwb定位请求中选择一个uwb定位请求，还包括：
37.根据至少一个uwb定位请求中的各个uwb定位请求中包括的中继设备的设备标识，确定各个uwb定位请求所经过的中继设备的数量，并且至少部分的根据数量选择一个uwb定位请求。
38.根据本技术的一些实施方式，因为在转发的消息中，中继设备会加入本设备的设备标识，并且后续设备根据设备标识进行计数即可获悉消息转发过程中所经历的中继点数量，提高了设备的处理效率。
39.在一些实施方式中，至少部分的根据数量选择一个uwb定位请求，包括：向终点设备和/或其他中继设备转发数量最小的uwb定位请求。
40.根据本技术的一些实施方式，在起始设备的通信范围内可能包括多个中继设备，中继设备之间也可能转发消息。通过加入判断机制，各个中继设备仅向下一通信节点发送转发所经过的中继设备的数量最小的消息，可以减少在这些中继设备间无用的消息被过度
转发，不必要地占用通信资源，影响整个通信系统的效率。
41.在一些实施方式中，至少部分的根据数量选择一个uwb定位请求，包括：向终点设备和/或其他中继设备转发数量最小且最先到达的uwb定位请求。
42.根据本技术的一些实施方式，在出现了多个满足既定选择标准的情况下，最先到达的消息作为被转发的消息意味着在各个中继点间传递的所需的时间最短，也就一定程度上意味着通信的所经过的距离最短，因此可以确保较高的通信效率。
43.根据本技术的一些实施方式，被包括在这样的通信系统中的各个uwb设备都共有一密钥；例如，只允许统一厂商生产的uwb设备，或者基于同一标准被生产的uwb设备，构建这样的通信网络来实施定位。这样，每个设备在收到消息后都会对消息进行验证，避免其他厂商或者其他标准下的消息介入本通信系统中，造成信息泛滥。
44.在一些实施方式中，方法，还包括：根据预设的密钥，对每个uwb定位请求的内容进行验证。
45.在一些实施方式中，对每个uwb定位请求进行验证，包括：
46.利用密钥对每个uwb定位请求中的明文内容计算哈希值；
47.将哈希值与每个uwb定位请求中的内容验证字段相比较，其中内容验证字段是每个uwb定位请求的发送设备利用第二密钥对该uwb定位请求的明文内容计算得到的哈希值；以及，在哈希值与身份验证字段一致的情况下，确定该uwb定位请求是有效的，以及在哈希值与身份验证字段不一致的情况下，确定该uwb定位请求是无效的。
48.在一些实施方式中，方法还包括：接收来自终点设备或者其他中继设备的第一uwb定位响应，其中第一uwb定位响应指示终点设备确定的连接终点设备和起始设备的定位路径；
49.基于第一uwb定位响应，生成第二uwb定位响应，其中第二uwb定位响应指示定位路径并且包括第一中继设备的设备标识；
50.向定位路径上的起始设备或者其他中继设备发送第二uwb定位响应。
51.根据本技术的一些实施方式，uwb定位响应按照被终点设备确定的路径原路返回，使得对应于定位请求的定位响应沿着通信效率最优的路径返回至起始设备。
52.第三方面，本技术的实施例提供了一种用于起始设备的超宽带(uwb)定位方法，包括：发送uwb定位请求，其中uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求；接收uwb定位响应，其中uwb定位响应指示终点设备确定的连接起始设备和终点设备之间的定位路径，其中定位路径包括至少一个中继设备的设备标识，其中至少一个设备用于将起始设备寻找终点设备的请求从起始设备中继到终点设备；以及，基于uwb定位响应，确定终点设备相对于起始设备的位置。
53.根据本技术的第三方面提供的用于起始设备的超宽带定位方法，使用多个uwb设备组网，在保持了uwb技术在测距定位方面的精准度的同时，有效扩大了通信覆盖的范围。在一些广域网无法覆盖的场景下，仅仅采用uwb设备即可以完成测距定位，不需要使用额外的设备。
54.第四方面，本技术的实施例提供了一种用于终点设备的超宽带(uwb)定位方法，其特征在于，包括：接收至少一个uwb定位请求，其中至少一个定位请求中的每个uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求信息；至少一个uwb定位请求中的每一个uwb定位请求包
括所经过的中继设备的设备标识；根据每一个uwb定位请求中包括的中继设备的设备标识，确定每一个uwb定位请求所经过的中继设备的数量，并且至少部分的基于每个uwb定位包括的中继设备的数量，从至少一个uwb定位请求中选择一个uwb定位请求作为有效uwb定位请求，其中中继设备用于将起始设备寻找终点设备的请求信息中继到终点设备；基于有效uwb定位请求，确定连接起始设备和终点设备之间的定位路径；以及，生成并发送uwb定位响应，其中uwb定位响应指示定位路径。
55.根据本技术的第四方面提供的用于终点设备的超宽带定位方法，使用多个uwb设备组网，在保持了uwb技术在测距定位方面的精准度的同时，有效扩大了通信覆盖的范围。在一些广域网无法覆盖的场景下，仅仅采用uwb设备即可以完成测距定位，不需要使用额外的设备。
56.在一些实施方式中，至少部分的基于每个uwb定位包括的中继设备的数量，从至少一个uwb定位请求中选择一个uwb定位请求作为有效uwb定位请求，包括：选择数量最小的uwb定位请求作为有效uwb定位请求。
57.在一些实施方式中，至少部分的基于每个uwb定位包括的中继设备的数量，从至少一个uwb定位请求中选择一个uwb定位请求作为有效uwb定位请求，包括选择数量最小且最先到达的uwb定位请求作为有效uwb定位请求。
58.在一些实施方式中，发送uwb定位响应，包括：向定位路径上的中继设备中最接近终点设备的中继设备发送uwb定位响应。
59.在一些实施方式中，方法还包括：根据终点设备与起始设备共享的共享密钥，对每个uwb定位请求进行验证以确定每个uwb定位请求的有效性。
60.第五方面，本技术的实施例提供了一种支持超宽带定位的中继设备，该中继设备包括：消息接收模块，接收至少一个uwb定位请求，其中至少一个uwb定位请求包括来自uwb定位请求的起始设备的第一uwb定位请求，和/或其他中继设备转发的第二uwb定位请求，uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求，其中uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求；消息生成模块，从至少一个uwb定位请求中选择一个uwb定位请求，并基于选择的uwb定位请求生成第一中继设备的第二uwb定位请求，并且，第一中继设备的第二uwb定位请求还包括第一中继设备的设备标识；以及，消息发送模块，发送第一中继设备的第二uwb定位请求。
61.第六方面，本技术的实施例提供了一种支持超宽带定位的起始设备，该起始设备包括：消息发送模块，发送uwb定位请求，其中uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求；消息接收模块，接收uwb定位响应，其中uwb定位响应指示终点设备确定的连接起始设备和终点设备之间的定位路径，其中定位路径包括至少一个中继设备的设备标识，其中至少一个设备用于将起始设备寻找终点设备的请求从起始设备中继到终点设备；以及，定位模块，基于uwb定位响应，确定终点设备相对于起始设备的位置。
62.第七方面，本技术的实施例提供了一种支持超宽带定位的终点设备，该终点设备包括：消息接收模块，接收至少一个uwb定位请求，其中至少一个定位请求中的每个uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求信息；至少一个uwb定位请求中的每一个uwb定位请求包括所经过的中继设备的设备标识；消息生成模块，根据每一个uwb定位请求中包括的中继设备的设备标识，确定每一个uwb定位请求所经过的中继设备的数量，并且至少部分的基
于每个uwb定位包括的中继设备的数量，从至少一个uwb定位请求中选择一个uwb定位请求作为有效uwb定位请求，其中中继设备用于将起始设备寻找终点设备的请求信息中继到终点设备；基于有效uwb定位请求，确定连接起始设备和终点设备之间的定位路径，生成uwb定位响应；以及，消息发送模块，发送uwb定位响应，其中uwb定位响应指示定位路径。
63.根据本技术的第五、六、七方面提供的uwb设备，其可以实施根据本技术的超宽带定位方法。多个uwb设备组网实施设备间的定位，在保持了uwb技术在测距定位方面的精准度的同时，有效扩大了通信覆盖的范围。在一些广域网无法覆盖的场景下，仅仅采用uwb设备即可以完成测距定位，不需要使用额外的设备。
64.第八方面，本技术的实施例提供了一种超宽带(uwb)通信系统，其包括起始设备、多个中继设备、终点设备，其中，
65.起始设备，生成并发送第一uwb定位请求，其中第一uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求；
66.多个中继设备，经由至少一条路径将至少一个第二uwb定位请求转发到终点设备，每一个第二uwb定位请求都是基于第一uwb定位请求生成并且包括该第二uwb定位请求所经过的中继设备的设备标识；并且，至少一个第二uwb定位请求中的每个第二uwb定位请求分别与至少一条路径中的一条路径对应；路径包括起始设备、中继设备和终点设备；
67.终点设备，接收至少一个第二uwb定位请求，并且基于至少一个第二uwb定位请求中所包括的中继设备的标识，从至少一个第二uwb定位请求中选择一个第二uwb定位请求作为有效uwb定位请求；
68.终点设备，基于有效uwb定位请求，确定经由中继设备连接起始设备和终点设备之间的定位路径；以及，生成并发送与有效uwb定位请求对应的uwb定位响应，其中uwb定位响应指示定位路径，
69.定位路径上的中继设备，将uwb定位响应从终点设备转发到起始设备；
70.起始设备，接收uwb定位响应，并且基于uwb定位响应确定终点设备相对于起始设备的位置。
71.根据本技术的第八方面提供的uwb通信系统，其可以实施根据本技术的超宽带定位方法。多个uwb设备组网实施设备间的定位，在保持了uwb技术在测距定位方面的精准度的同时，有效扩大了通信覆盖的范围。在一些广域网无法覆盖的场景下，仅仅采用uwb设备即可以完成测距定位，不需要使用额外的设备。
72.第九方面，本技术的实施例提供了一种机器可读存储介质，其特征在于，机器可读存储介质上存储有程序代码，程序代码在机器上执行时可使机器执行如上第二至第四方面中任一的方法。
73.第十方面，本技术的实施例提供了一种超宽带(uwb)设备，其特征在于，包括：处理器和存储介质，其中存储介质与处理器耦合，存储介质用于存储程序代码，当处理器从存储介质中读取程序代码，以使得超宽带设备执行如上第二至第四方面中任一的方法。
74.第十一方面，根据本技术的一些实施例提供了一种芯片，芯片包括处理器与数据接口，处理器通过数据接口读取存储器上存储的指令，以执行如上第二至第四方面中任一的方法。
75.第十二方面，根据本技术的一些实施例提供了一种计算机程序，当所述计算机程
序在计算机上运行时，使得所述计算机执行如上第二至第四方面中任一的方法。
76.根据本技术的第十、十一和十二方面提供的机器可读存储介质、超宽带(uwb)设备、芯片及计算机程序，其可以实现为uwb设备以实施根据本技术的超宽带定位方法。多个uwb设备组网实施设备间的定位，在保持了uwb技术在测距定位方面的精准度的同时，有效扩大了通信覆盖的范围。在一些广域网无法覆盖的场景下，仅仅采用uwb设备即可以完成测距定位，不需要使用额外的设备。
附图说明
77.图1示出了根据本技术的用于多电子设备的超宽带(uwb)定位方法的场景。
78.图2示出了根据本技术的电子设备的结构示意图。
79.图3示出了根据本技术的uwb设备的结构示意图。
80.图4(a)示出了根据本技术的两个uwb设备之间利用tof测距的过程。
81.图4(b)示出了根据本技术的两个uwb设备之间测量角度的过程。
82.图4(c)示出了根据本技术的修正测量所得的距离和角度的过程。
83.图5(a)至图5(d)示出了根据本技术的超宽带定位的场景图。
84.图6示出了根据本技术的基于uwb技术的定位方法的流程图。
85.图7示出了根据本技术的uwb设备计算另一uwb设备的定位的示意图。
86.图8示出了根据本技术的uwb请求从起始设备到终点设备的转发过程以及uwb定位响应消息从终点设备到起始设备的转发过程。
87.图9示出了根据本技术的示例性的场景中uwb定位请求被转发的级数。
88.图10示出了根据本技术的作为中继设备的uwb设备的框图。
89.图11示出了根据本技术的作为起始设备的uwb设备的框图。
90.图12示出了根据本技术的作为终点设备的uwb设备的框图。
具体实施方式
91.下面将结合附图对本技术的具体实施方式进行详细描述。
92.图1示出了根据本技术的用于多电子设备的超宽带(uwb)定位方法的场景。如图1所示的uwb在停车场中的应用场景。手机100的用户需要在停车场中寻找自己的车辆v4。假定停车场在地下，诸如此类4g、5g及wifi等无线通信技术的通信状况非常不理想，用户无法借助这些无线通信技术来定位自己的车辆。
93.此时，可以借助根据本技术的利用uwb技术的用于多电子设备的uwb定位方法，使得用户通过手机100寻找到车辆v4的较精确位置。
94.手机100具备uwb通信能力，作为起始设备。用户的车辆v4上具有uwb设备300，作为终点设备。该uwb设备300可以是集成在车辆中的专用设备。
95.同时，在停车场中也有若干车辆也具有uwb设备，如图1中所示的车辆v1上集成的uwb设备200a、车辆v2上集成的uwb设备200b以及车辆v3上集成的uwb设备200c，作为中继设备。
96.基于uwb通信技术，手机100发出定位请求，以寻找车辆v4上的uwb设备300。手机100发出的请求以广播的方式被在手机100的uwb通信范围内的作为中继设备的uwb设备
200a接收到。uwb设备200a相隔车辆v4及uwb设备300仍有一定距离，因此uwb设备200a进一步将请求转发到自身通信范围内的车辆v3上的uwb设备200c处。uwb设备200c将请求转发到自身通信范围内的车辆v4上的uwb设备300处。uwb设备300接收到usb设备200c转发来的定位请求。因为该定位请求每经过一次转发，中继设备都会在其中留下记录，因此uwb设备300能够从该请求中可以确定该定位请求的发送路径。
97.作为示例，此处仅示出3个uwb设备作为中继设备，但是本技术不限于此，作为中继设备的uwb设备的数量可以更多。因此，可能存在多条这样的中继传输路径。uwb设备300将会收到多个转发的定位请求。
98.uwb设备300通过分析多个定位请求中包含的发送路径，选择其中的一条传输路径，将自身的信息作为定位请求的响应信息按照该发送路径，原路返还地通过中继设备(例如图1中所示的中继设备200a和200b)返回手机100。手机100能够根据接收到的定位请求的响应信息确定uwb设备300，亦即车辆v4，的距离和角度等定位信息。
99.根据本技术的提供的用于多个uwb设备的超宽带定位方法，利用uwb技术，使用多个uwb设备组网，在保持了uwb技术在测距定位方面的精准度的同时，有效扩大了通信覆盖的范围。在一些广域网无法覆盖的场景下，仅仅采用uwb设备即可以完成测距定位，不需要使用额外的设备。
100.根据本技术的一些实施方式，如手机100中具有与uwb定位技术配套的应用程序(app)，可以将这样的定位信息显示在手机的屏幕上，例如“车辆v4距离您250米，方位在东北方”，也可以以雷达图的形式显示车辆v4相对于手机100的距离和方位。以上呈现方式只是举例说明，本技术不限于此。
101.现有技术中，至少需要通过具有移动通信能力(连接到广域网)的通信终端的支持(即移动通信与uwb的结合)，才能够实施对目标设备的定位。如果用户手边没有移动设备，或者是在一些特定的场景下，没有广域网连接的情况下(例如上面所举例的在地下停车库，移动通信的信号不是很理想的情况下)，难以实施对目标设备的定位。还有的现有技术方案中，通过布署anchor设备来增加uwb设备的覆盖范围，但这样的anchor设备的部署既增加额外的成本，也对场所有要求。
102.不同于现有技术，根据本技术的基于uwb技术的定位方法，在起始设备仅借助多个中继uwb设备寻找作为定位目标的终点uwb装置的整个过程中，仅基于uwb技术，而不需要其他额外的通信网络支持和设备支持。根据本技术技术方案，充分利用了uwb技术定位精确的特点，并且通过将若干个uwb设备以自组网的形式串连在一起，有效增加了覆盖面积，克服了单个uwb设备在使用时覆盖范围有限的不足。
103.在上述场景的说明中，uwb设备200a、200b、200c等，以及uwb设备300是集成于车辆内的设备。在另外的实现场景中，这些uwb设备中的部分甚至全部可以是集成在停车场的停车付费卡中，在用于实现计费的同时，如果被留置在车辆上还可以作为车辆定位的标签(tag)来使用，这将为停车场的用户提供极大的便利。
104.在上述应用场景的说明中，手机100是作为定位请求的起始设备的实例被提供。根据本技术的实施方式，电子设备也可以是具备uwb通信能力的平板电脑、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，umpc)、手持计算机、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、可穿戴设备、虚拟现实设备等具有通信功能
的终端设备，本技术对此不做限制。
105.在上述应用场景的说明中，车辆v1、v2、v3上的作为中继装置的uwb设备200a、200b、200c等以及车辆v4上的uwb设备300等是作为具备uwb通信能力的专用定位装置等实例。这样的uwb设备其可以被集成设置在车辆、智能家居设备等具有一定体积的物体上，也可以被设置成具有较小的体积，方便随身携带(例如，物品寄存的应用场景中；儿童防走失的应用场景中)或者被动物携带(例如，宠物防丢的应用场景中)，或者方便于贴附在私人物品上(例如，私人物品防丢的应用场景中)。本技术对此不做限制。
106.在上述应用场景的说明，虽然是手机100是作为定位请求的起始设备的实例，uwb设备200a、200b、200c等作为中继设备的实例，以及uwb设备300是作为终点设备的实例，但是本技术不限于，uwb设备也可以作为起始设备，手机也可以作为中继设备或者终点设备。
107.以下结合附图说明作为具备uwb通信能力的电子设备100的具体结构。图2示出了电子设备100的结构示意图。电子设备100在上述使用场景中被实现为手机100。
108.电子设备100可以包括处理器110，外部存储器接口120，内部存储器121，通用串行总线(universal serial bus，usb)接头130，充电管理模块140，电源管理模块141，电池142，天线1，天线2，移动通信模块150，无线通信模块160，音频模块170，扬声器170a，受话器170b，麦克风170c，耳机接口170d，传感器模块180，按键190，马达191，指示器192，摄像头193，显示屏194，以及用户标识模块(subscriber identification module，sim)卡接口195等。其中传感器模块180可以包括压力传感器180a，陀螺仪传感器180b，气压传感器180c，磁传感器180d，加速度传感器180e，距离传感器180f，接近光传感器180g，指纹传感器180h，温度传感器180j，触摸传感器180k，环境光传感器180l，骨传导传感器180m等。
109.可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对电子设备100的具体限定。在本技术另一些实施例中，电子设备100可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
110.处理器110可以包括一个或多个处理单元，例如：处理器110可以包括应用处理器(application processor，ap)，调制解调处理器，图形处理器(graphics processing unit，gpu)，图像信号处理器(image signal processor，isp)，控制器，视频编解码器，数字信号处理器(digital signal processor，dsp)，基带处理器，和/或神经网络处理器(neural-network processing unit，npu)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。
111.处理器可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，完成取指令和执行指令的控制。
112.处理器110中还可以设置存储器，用于存储指令和数据。在一些实施例中，处理器110中的存储器为高速缓冲存储器。该存储器可以保存处理器110刚用过或循环使用的指令或数据。如果处理器110需要再次使用该指令或数据，可从所述存储器中直接调用。避免了重复存取，减少了处理器110的等待时间，因而提高了系统的效率。
113.在一些实施例中，处理器110可以包括一个或多个接口。接口可以包括集成电路(inter-integrated circuit，i2c)接口，集成电路内置音频(inter-integrated circuit sound，i2s)接口，脉冲编码调制(pulse code modulation，pcm)接口，通用异步收发传输器
access，wcdma)，时分码分多址(time-division code division multiple access，td-scdma)，长期演进(long term evolution，lte)，bt，gnss，wlan，nfc，fm，和/或ir技术等。所述gnss可以包括全球卫星定位系统(global positioning system，gps)，全球导航卫星系统(global navigation satellite system，glonass)，北斗卫星导航系统(beidou navigation satellite system，bds)，准天顶卫星系统(quasi-zenith satellite system，qzss)和/或星基增强系统(satellite based augmentation systems，sbas)。
121.外部存储器接口120可以用于连接外部存储卡，例如micro sd卡，实现扩展电子设备100的存储能力。外部存储卡通过外部存储器接口120与处理器110通信，实现数据存储功能。例如将音乐，视频等文件保存在外部存储卡中。
122.内部存储器121可以用于存储计算机可执行程序代码，所述可执行程序代码包括指令。内部存储器121可以包括存储程序区和存储数据区。其中，存储程序区可存储操作系统，至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能，图像播放功能等)等。存储数据区可存储电子设备100使用过程中所创建的数据(比如音频数据，电话本等)等。此外，内部存储器121可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件，闪存器件，通用闪存存储器(universal flash storage，ufs)等。处理器110通过运行存储在内部存储器121的指令，和/或存储在设置于处理器中的存储器的指令，执行电子设备100的各种功能应用以及数据处理。
123.图3示出了uwb设备300的结构示意图。uwb设备300相同或类似的结构在上述使用场景中被实现为uwb设备200a、200b、200c等。作为示例，uwb设备300可以实现为uwb tag(标签)。举例来说，在如图1所示的场景中，其可以附在车辆中，也可以附在停车卡上。
124.如图3所示，uwb设备300包括天线301a和301b、收发器302以及处理器303。天线301a和301b用于接收其他uwb设备发来的uwb信号，或者作为uwb设备300向外发射uwb信号的发射天线。收发器302接收到来自天线301a和301b的信号后，传输至处理器303的存储区域(图3中未示出)中。当在处理器303的指示下生成了uwb设备300的发射信号后，收发器302同样从处理器303的存储区中读取相应信号，并传递至天线301a和301b以向外发送。处理器303还用于解析所收到的信号，例如，根据本技术的具体实施例的定位请求，从中读取出定位请求中包括的各种信息，诸如中继设备的信息。处理器303还用于基于定位请求中包括的信息进行各种计算，例如计算uwb设备间的距离，uwb设备间的角度(方位)。处理器303还用于生成各种信息，例如作为定位请求的响应信息，以指示信号的中继设备的传递路径。
125.如上所述，图1中所示的uwb设备200a、uwb设备200b和uwb设备200c也可以具有与uwb设备300一样的结构，其中的各个部件具有同样的功能。当图3中所示的uwb设备被实现为作为中继设备的uwb设备200a或200b或200c，处理器303还用于生成基于定位请求的用于中转的uwb定位请求。图3中所示的uwb设备也可以被实现为作为起始设备的uwb设备200a或200b或200c。
126.图3中示出的uwb设备仅用于举例说明，并且仅仅示出与本技术的具体实施方式密切相关的部分，其他的支持uwb设备运转的设备在此并未完全列出，包括但不限于，电源部或者供电接口等。另外，图3中仅示出两根uwb天线301a和301b，但是本技术不意欲对uwb设置中天线的数量作限制。
127.以下结合附图对根据本技术的uwb设备(包括图1中所示的手机100和uwb设备
200a，200b，200c和300等)使用的uwb通信技术，尤其是测距及定向特征进行解释。
128.基于uwb的点对点(p2p)定位技术，两个uwb设备之间可以利用uwb的tof与aoa特性进行量测，以确定彼此之间的距离和相对方位。以下结合图4(a)来说明两个uwb设备之间利用tof测距的过程。如图4(a)所示，手机100意欲利用tof测距方法来测量与uwb设备200a之间的距离。利用信号在手机100和uwb设备200a之间飞行时间来测量两者间的距离。手机100发出的数据包和接收来自uwb设备200a的回应的时间间隔记为t1，uwb设备200a收到数据包和发出回应的时间间隔记为t2,那么数据包在空中单向飞行的时间t可以计算为：t＝(t1-t2)/2。将t乘以光速即可计算得到两者之间的距离。
129.以下结合图4(b)来说明两个uwb设备之间测量角度的过程。如图4(b)所示，在uwb设备中，通常借助两根收发天线来进行uwb通信，如图4(b)中的r1和r2所示。uwb设备中天线r1和r2之间的距离d已知。利用tof测距方法，可以获得天线r1和r2分别相对于对象uwb设备的位置d1和d2。如图4(b)所示天线r1、r2和对象uwb设备t之间的连线构成一三角形。r2r1连线的延长线与r1t形成的锐角计为θ1，r2r1连线的与r2t形成的锐角计为θ2，该三角形的中线tm与r2r1连线形成的锐角计为θ。θ即被认为是uwb设备之间的相对角度。所以，当利用tof测量得到了d1和d2的长度的情况下，可以利用三角函数计算得到θ1或θ2的数值由于该中线tm的距离d远大于天线r1和r2之间的距离，因此可以做一个近似，θ1＝θ2＝θ。由此，可以求得uwb设备之间的相对角度θ。
130.在通过如上所述的计算得到了两个uwb设备之间的距离和角度之后，考虑到一定的误差，如图4(c)所示，并进行相应的修正后即可以得到两个uwb设备之间的距离和相对角度，即其中一个uwb设备会获悉另一uwb设备相对于自身的距离和角度。
131.以下继续结合图1所示的场景说明根据本技术的实施例的基于uwb的定位方法。
132.为了便于解释根据本技术的实施例，将图1所示的场景抽象化成如图5(a)至图5(d)所示的图。如图5(a)所示，分别示出了a，b1，b2，c，d五个点。其中，以a点代表图1中的手机100，作为实施定位方法的起始设备。d代表图1中的车辆v4上的uwb设备300，作为定位方法中的终点设备。b1，b2及c分别对应于车辆v1上的uwb设备200a，车辆v2上的uwb设备200b及车辆v3上的uwb设备200c，作为中继设备。以每个点作为圆心绘制有一个虚线圆，该虚线圆所覆盖的范围即代表作为其圆心的uwb设备的通信覆盖范围。如图5(a)和图5(b)所示，在a(即手机100)的通信覆盖范围内，能够发现b1(中继设备，位于车辆v1)和b2(中继设备，位于车辆v2)，c(中继设备，位于车辆v3)和d(终点设备，位于车辆v4)在a的通信范围以外。如图5(a)和图5(c)所示，在b2(位于车辆v2)的通信覆盖范围内能够发现a和d(位于车辆v4)，但是c在通信范围以外。如图5(a)及图5(d)所示，在b1(位于车辆v1)的通信覆盖范围内能够发现a和c(位于车辆v3)，在c的通信范围内能够发现d(位于车辆v4)。也就是说，基于各uwb设备的通信覆盖范围，作为起始设备a，能够通过两条不同路径找寻到终点设备d，一是经由中继设备b2，二是经由中继设备b1和中继设备c。
133.接下来，结合图5(a)至图5(d)及图6对根据本技术的基于uwb的定位方法的流程进行进一步的说明。图6示出根据本技术的基于uwb技术的定位方法的流程图。在步骤s601，起始设备a向中继设备(b1，b2)发送uwb定位请求。起始设备a生成的uwb定位请求表明起始设备a正在寻找终点设备d。
134.表1示出了设备a发送的uwb定位请求的示例性的数据结构。
135.preamblesfdphr载荷cypher
136.表1：uwb定位请求的示例性结构
137.表1所示的uwb定位请求消息中，依序包括前导(preamble)字段，sfd(standard-of-frame delimiter，帧首定界符)字段，phr(phy header，物理层头)字段、载荷(payload)字段以及密码(cypher)字段。其中，前导字段用于uwb定位请求消息的封包的同步使用，可藉由preamble字段计算出封包的起始点；sfd字段用来准确找出数据起始点的序列，用于读取封包中的数据；phr字段用于指示用来显示载荷的数据格式，例如：数据的传输速率、封包数据的长度等；密码(cypher)字段用于设置消息转发过程中的安全机制。关于密码(cypher)字段的具体细节将在后面详细解释。
138.以下详细说明消息中的载荷(payload)字段
139.在载荷(payload)字段，通常包括1024个字节(byte)。根据本技术的一些实施方式，载荷字段中包括起始设备a的设备标识(id)，作为定位目标的终点设备d的设备标识，以及经过的路径信息。设备标识可以用于唯一地识别通信系统内的uwb设备，其可以是一个字母、数字等构成的字符串，本技术在此对其形式不作限制。
140.关于载荷字段中的路径信息，该uwb定位请求消息经过任一中继设备转发时，该中继设备会在载荷中与路径信息对应的字段中加入该中继设备的设备标识。通过这样，收到该uwb定位请求消息的设备可以从载荷字段中包括的路径信息解读出，该uwb定位请求是哪个设备发出，要寻找的对象是哪个设备，以及经过了哪几个设备的中继转发。
141.举例来说，起始设备a生成的uwb消息，载荷中原始的表示路径的字段可以记为ad，这是由于起始设备a此时并未经过任何中继设备的转发，因此此时的路径字段仅包含起始设备的设备标识a和终点设备的设备标识d。如上文所述，起始设备a可以通过两条不同路径找寻到终点设备d。一是经由中继设备b2，即起始设备a将该消息发给中继设备b2，再经由中继设备b2转发至终点设备d。中继设备b2在收到该消息并转发至终点设备d的时候，会在载荷中表示路径的字段中增加自己的设备标识，即将原始的表示路径的字段由ad改为ab2d。二是经由中继设备b1和中继设备c。经由中继设备b1转发的消息通例，表示路径的字段由ad被修改为ab1d。中继设备b1转发的消息会经由中继设备c再转发至终点d。中继设备c会在收到的消息中也加入自己的设备标识，其中表示路径的字段由ab1d被修改为ab1cd。
142.在步骤s602，接收到起始设备a的uwb定位请求的中继设备，将uwb定位请求中继到终点设备。在这个过程当中，如图5(c)所示的情况中，定位请求从起始设备a到终点设备d，只需要经过一个中继设备b2即可以完成，因此这个中继过程中仅有一个中继设备参与。在如图5(d)所示的情况中，定位请求从起始设备a到终点设备d，经过了中继设备b1和中继设备c两个中继设备才完成，因此这个中继过程中有2个中继设备参与。距离a最近的一个中继设备，经由其他的中继设备(在其他未示出的场景中，可能包括2个或2个以上的中继设备)，将起始设备a寻找终点设备d的请求信息中继到终点设备；在中继设备转发uwb定位请求的过程中，中继设备会在转发的uwb定位请求中加入本设备的标识，以标明该uwb定位请求被转发的路径。在消息中加入设备标识的过程与上面结合表1的解释一致，此处不再赘述。
143.当每个中继设备收到上一节点发来的消息时，可以根据消息的载荷中包含的表示路径的字段，确定该消息经过了哪些设备的转发。根据表示路径的字段，可以看出该消息被转发所经历的中继节点的名称，以及经历的中继节点的数量，也就是被转发的次数。例如，
根据表示路径的字段ad，接收到该消息的设备可以获知该消息没有经过中继设备(0个中继设备)的转发。根据表示路径的字段ab2d，接收到该消息的设备可以获知该消息经过了1个中继设备b2的转发。根据表示路径的字段ab1cd，接收到该消息的设备可以获知该消息经过了2个中继设备b1和c的转发。根据本技术的一些实施方式，为了提高通信的效率，节约通信资源，中继设备收到多个消息时，会有选择地进行转发。具体而言，中继设备会选择被转发次数少的消息进行向下一个节点的转发。
144.根据本技术的一些实施方式，中继设备通过根据uwb定位请求所经历的中继设备的数量来判断是否采用该消息，可以比较方便地确定被采用的消息，提高了设备处理的效率。
145.举例而言，对于中继设备b1和b2而言，两者都处于起始设备a的通信范围内。设备a生成的uwb消息会被广播到设备b1和b2两者。设备b1和b2可以被认为是相对于设备a而言是同一层的设备。具体到对信号的处理过程中，设备b1会收到来自设备a发送的信号(路径为ad)，并且还会收到来自设备b2转发的信号(路径为ab2d)。同样的，设备b2会收到来自设备a发送的信号(路径为ad)，并且还会收到来自设备b1转发的信号(路径为ab1d)。设备b1收到直接来自a的信号和经由设备b2转发的信号，通过分析信号中包含的路径信息，会发现同样是发自设备a的用于寻找设备d的消息，但是来自设备b2的消息多经历了一个中继节点，因此设备b1将“抛弃”设备b2转发的来自设备a的消息，而是只将直接来自设备a的消息转发到下一节点(例如图5(a)中所示的设备c)。同理，设备b1收到直接来自a的信号和经由设备b2转发的信号，设备b2将“抛弃”设备b1转发的来自设备a的消息，而是只将直接来自设备a的消息转发到下一节点(例如图5(a)中所示的设备d)。
146.通过加入如上所述的判断机制，各个中继设备仅向下一通信节点发送转发所经过的中继设备的数量最小的消息，可以减少在这些中继设备间无用的消息被过度转发，不必要地占用通信资源，影响整个通信系统的效率。
147.在步骤s603，终点设备d，接收来自中继设备的至少一个被转发的uwb定位请求，各个被转发至终端设备d的uwb定位请求指示起始设备a寻找终点设备d的请求信息，并且还包括表征uwb定位请求被转发到终点设备时所经过的中继设备的标识；
148.在步骤s604，终点设备d基于每个经由中继设备转发的uwb定位请求中包含的路径信息，换句话说，定位请求中包含的中继设备的标识，确定该uwb定位请求从起始设备a转发至终点设备d所经过的路径，并且从多个被转发的uwb定位请求中按照预设的标准选择其中一个uwb定位请求作为有效uwb定位请求。
149.根据本技术的一些实施方式，因为在转发的消息中，中继设备会加入本设备的设备标识，并且后续设备根据设备标识进行计数即可获悉消息转发过程中所经历的中继点数量，提高了设备的处理效率。
150.根据本技术的一些实施方式，终点设备d在收到多个经不同路径(经过不同的中继设备)转发而来的uwb消息后，可以根据各条uwb消息中的路径信息，选择路径中包含的中继节点最少的uwb消息作为上述有效uwb定位请求。
151.通过根据uwb定位请求所经历的中继设备的数量来判断是否采用该消息，可以使得经过中间中继节点最少的消息被采用，提高了设备间通信的效率。
152.根据本技术的一些实施方式，终点设备d在收到多个经不同路径(经过不同的中继
设备)转发而来的uwb消息后，根据各条uwb消息中的路径信息，选择路径中包含的中继节点最少的uwb消息有多条，例如2条，终点设备d可以将2条uwb消息中最先到达终点设备d的uwb定位请求作为上述有效uwb定位请求。如图5(a)所示，经过设备b2转发到达设备d的uwb定位请求被确定为有效uwb定位请求。
153.在出现了多个满足既定选择标准的情况下，最先到达的消息作为被采用的消息意味着通信距离最短和/或通信速率最高，因此可以获得最大化的通信效率。
154.根据本技术的一些实施方式，终点设备d在收到多个经不同路径(经过不同的中继设备)转发而来的uwb消息后，根据各条uwb消息中的路径信息，选择路径中包含的中继节点最少的uwb消息有多条，例如2条，终点设备d可以将2条uwb消息中最先到达终点设备d的uwb定位请求作为上述有效uwb定位请求。也可以是，终点设备d根据这些路径计算uwb定位请求从起始设备a经由各中继节点传递到终点设备d所经过的距离，然后取其中传播距离最短的uwb定位请求作为有效uwb定位请求。
155.根据本技术的一些实施方式，终点设备d可以在确定有效uwb请求时，不考虑中继节点的数量，而直接根据到达终点设备d的uwb消息的时间先后，以最先到达设备d的定位请求作为有效定位请求。
156.根据本技术的一些实施方式，终点设备d在收到多个经不同路径(经过不同的中继设备)转发而来的uwb消息后，终点设备d可以在确定有效uwb请求时，不考虑中继节点的数量，而是根据这些路径计算uwb定位请求从起始设备a经由各中继节点传递到终点设备d所经过的距离，然后取其中传播距离最短的uwb定位请求作为有效uwb定位请求。
157.当根据uwb定位请求的到达时间或者根据uwb定位请求的传播距离无法确定唯一的有效uwb请求时，例如存在2个以上满足预设标准的uwb定位请求，则可以进一步根据uwb定位请求所经历的中间节点的数量来确定唯一的有效uwb定位请求。
158.选择有效uwb定位请求的标准，可以根据场景和设备的不同情况进行灵活的设置。例如，如果是在更加关注通信时间的场景下，则可以选择最快到达的uwb请求作为有效uwb请求。如果是在更关注通信的实际距离的情况下，可以选择经计算后传播距离最短的uwb定位请求作为有效定位请求。
159.当终点设备d根据中继节点的数量、到达时间的先后、传播距离均无法确定唯一的uwb定位请求的情况下，终点设备d可以随机选择其中之一作为有效uwb定位请求。
160.在步骤s605，终点设备d根据确定的有效uwb定位请求，确定连接起始设备和终点设备之间经由至少一个中继设备的定位路径；并且生成uwb定位响应并向以确定的定位路径上的中继设备中距离终点设备最近的中继设备发送该定位响应，其中uwb定位响应指示定位路径。
161.如图5(a)所示的场景中，根据经过中继设备b2转发到达终点设备d的uwb定位请求，终点设备d可以确定所选定的uwb定位请求的传播路径是a-b2-d。终点设备d生成针对于该uwb定位请求的响应消息，被称作uwb定位响应。该uwb定位响应消息的格式与表1中所示的基本相同。在uwb定位响应消息的路径字段中，与uwb定位请求的路径相反，是d-b2-a。根据该返回的路径d-b2-a，uwb定位响应将从终点设备d传递回起始设备a。
162.在步骤s606，确定好的定位路径上的中继设备用于将终点设备d生成的uwb定位响应从终点设备中继到起始设备a。基于路径d-b2-a，终点设备d生成的uwb定位响应经由中继
设备b2被转发到起始设备a。
163.uwb定位响应按照被终点设备确定的路径原路返回，使得对应于定位请求的定位响应沿着通信效率最优的路径返回至起始设备。
164.在步骤s607，起始设备a，接收到uwb定位响应，并且基于uwb定位响应确定终点设备d相对于起始设备a的位置。
165.以下以经由路径d-b2-a从终点设备d返回的定位响应为例，解释起始设备a根据uwb定位响应确定终点设备d相对于起始设备a的定位的示例性过程。图7示出了起始设备a计算终点设备d的定位的原理图。欲计算设备d相对于设备a的定位，假定设备a、设备b2和设备d都在同一平面内。
166.先针对设备a和设备b2建立一二维坐标系，其中坐标系中的a点对应于设备a，并且将a点所在位置作为该坐标系的原点；b点对应于设备b2。根据uwb通信技术的特点，设备a和设备b2可以基于tof和aoa确定两个uwb设备的之间的距离和相对的角度。如图7所示，a和b之间的距离为d1，以ab之间连线和坐标系的x轴之间的夹角θ1作为ab之间的夹角，即设备a和设备b2之间的相对角度。如图7所示的θ1位于坐标系的第四象限，所以sinθ1为负值，cosθ1为正值。相对于原点a(0，0)，b点的坐标应为(d1cosθ1，d1sinθ1)。
167.确定了设备b2相对于设备a的坐标即b点的坐标之后，进一步确定设备d相对于设备b2的坐标即d相对于b的坐标。此时需要以b点为原点，建立一新的坐标系，如图7中以虚线绘制的坐标系，其中d点对应于设备d。以b点为原点的新的坐标系实际上是将以a为原点建立的坐标系进行平移得到，两个坐标系的x轴和y轴平行。b和d之间的距离为d2，以bd之间连线和坐标系的x’轴之间的夹角θ2作为bd之间的夹角，即设备b和设备d之间的相对角度。如图7所示的θ2位于坐标系的第一象限，所以sinθ1为正值，cosθ1为正值。相对于原点b(0，0)，d点的坐标应为(d2cosθ2，d2sinθ2)。
168.最后，根据d相对于b的坐标，以及b相对于a的坐标，可以换算得到在以a为原点的坐标系中，a的坐标为(0，0)，d的坐标为(d1cosθ1 d2cosθ2，d1sinθ1 d2sinθ2)。
169.在a点的坐标和d的坐标都确定的情况下，则ad之间的直线距离d3为[(d1cosθ1 d2cosθ2)2 (d1sinθ1 d2sinθ2)2]
1/2
。两者之间的夹角为θ3＝arcsin((d1sinθ1 d2sinθ2)/d3)。
[0170]
在根据本技术的实施方式中，上面解释的计算d相对于a的坐标的方法只是示例性说明，本技术不限于此，也可以是其他基于三角函数的计算方法。
[0171]
以下结合附图8对基于uwb技术的定位方法的流程进行进一步的说明。附图8示出如图5(a)所示的情境中uwb请求从起始设备到终点设备的转发过程以及uwb定位响应消息从终点设备到起始设备的转发过程。
[0172]
起始设备a首先生成一uwb消息，该消息是作为uwb定位请求，用于请求设备d的位置。该消息被记为tad，表示该消息的起始设备是a，意欲定位的终点设备是d。如图5(b)所示，在起始设备a的通信范围内能够发现的uwb设备是中继设备b1和中继设备b2。起始设备a以广播的方式，将定位请求消息t
ad
分别发送到中继设备b1(s801)和中继设备b2(s802)。
[0173]
对于中继设备b1而言，收到来自起始设备a的uwb定位请求后，会将收到的消息转发到自己能够发现的uwb设备。如图5(c)所示，中继设备b1的通信范围内能够发现的uwb设备分别是设备a、设备b2和设备c。中继设备b1转发的uwb消息会被分别发送至设备b2和设备
c(s804和s803)。
[0174]
设备b1在收到uwb请求之后，会在uwb请求中增加关于本设备的标识后再转发给设备b2(s803)，以便于后续收到该请求的设备能确定该uwb请求是经由设备b1转发而来。设备b1在uwb定位请求中增加设备标识的过程与上文描述一致，此处不再赘述。uwb定位请求tad经由设备b1转发后被表示为t
ab1d
。设备b1将消息t
ab1d
发送至设备c(s803)和设备b2(s804)。
[0175]
对于中继设备b2而言，因为它处于设备a和设备b1的通信范围内，设备b2能够收到来自设备a发送的uwb定位请求t
ad
和设备b1转发的uwb定位请求t
ab1d
两者。中继设备b2收到定位请求t
ad
和t
ab1d
两者之后，通过解析消息中的路径信息，可以确认这两个定位请求都由设备a发出且用于定位终点设备d的请求。并且，通过对比消息t
ad
和消息t
ab1d
可知，消息t
ad
的传递路径中包含的中间节点为0，而消息t
ab1d
的传递路径中包含的中间节点数量为1。传递路径中包含的中间节点的数量越大，意味着消息被转发的次数越多。设备b2根据比较的结果，会将转发次数较多的消息t
ab1d
丢弃(s805)，将转发次数最少的消息tad，向下一节点转发出去(s806和s808)。
[0176]
设备b2基于消息t
ad
，生成待转发的uwb定位消息t
ab2d
。如图5(d)所示，设备b2能够发现的设备包括设备a、设备b1和设备d。因为设备b1在设备b2的通信范围内，所以消息tab2d也会被发送至b1(s806)。如此，设备b1也会收到来自设备a的消息tad和来自设备b2的消息tab2d两者。基于与上述描述设备b2时提及同样的机制，设备b1会将转发次数较多的消息t
ab1d
丢弃(s807)，将转发次数最少的消息t
ad
，向下一节点转发出去。根据消息t
ad
能够识别其来源是设备a，因此设备b2也不会再将t
ab1d
发送回设备a了。
[0177]
经由设备b2转发的消息t
ab2d
被发送至设备d(s808)。设备d在收到消息t
ab2d
之后，通过解析消息获悉该消息是设备a发起的用于寻找自身的定位请求。
[0178]
另一方面，对于设备c而言，因设备c也处于设备b1的通信范围内，设备b2将消息tab1d发送至设备c(s803)后，设备c基于消息t
ab1d
，在消息中加入自身的设备标识，生成待转发的uwb定位消息t
ab1cd
。如图5(c)所示，设备c能够发现的设备除了b1之外，只有设备d。因此，设备c将消息t
ab1cd
发送至设备d(s809)。根据消息t
ab1d
能够识别其来源是设备b1，因此设备c也不会再将t
ab1cd
发送回设备b1了。
[0179]
设备d会接收到来自两条路径转发过来的uwb定位请求，其中之一是经由a-b1-c转发来的t
ab1cd
，另一是经由a-b2转发来的t
ab2d
。基于如上所述的原则，设备d会从中选择一条uwb定位请求作为有效uwb定位请求，并针对该有效uwb定请求生成uwb定位响应消息。例如，通过对比消息t
ab2d
和消息t
ab1cd
可知，消息t
ab2d
的传递路径中包含的中间节点为1，而消息t
ab1cd
的传递路径中包含的中间节点数量为2。传递路径中包含的中间节点的数量越大，意味着消息被转发的次数越多。设备d会从中选择经历中间节点数量少的消息作为有效uwb定位请求，即选择t
ab2d
。
[0180]
如图8所示，在确定t
ab2d
是有效uwb定位请求的情况下，设备d会生成uwb定位响应消息t
db2a
。该消息t
db2a
表示该消息从设备d发出，并且会经由设备b2被转发至设备a。
[0181]
消息t
db2a
从设备d被转发至设备b2(s810)。设备b2继而将该消息t
db2a
转发至设备a(s811)。设备a在收到消息t
db2a
之后，根据该消息t
db2a
进行针对设备d的定位处理。设备a根据uwb定位相应消息对设备d进行定位的原理和过程如上所述，此处不再赘述。
[0182]
根据本技术的一些实施方式，在基于uwb技术的定位方法的实现过程中，为了抑制
消息被无限制地转发，从而浪费系统资源，在实施定位方法过程中可以加入抑制消息数量的机制。图9示出了在一个示例性的场景中uwb定位请求被转发的级数。如图5(a)所示的场景中以及如图8所解释的消息的转发流程，从设备a发起的消息经过了多个层级的转发，亦即多次的转发。如图9所示，设备b1和设备b2的转发可以作为第一层，设备c的转发作为第2层。如上面说解释的，设备间传递的作为uwb定位请求的消息中保留路径字段，根据该路径自动可以确定该消息被转发的次数以及所经过的中继设备的名称，由此可以确定如图9所示出的转发的层级。在中继设备判断作为转发的对象以及设备d在确定最后采用的定位请求的过程中，可以根据转发消息节点的数量来进行判断。在根据本技术的一些实施例中，实现基于uwb技术的定位方法的过程中，并不希望该uwb定位请求在系统中被过多的转发。因此可以在通信系统中，为转发次数设定一个上限，例如4。当任何一个中继设备，如果收到的消息中发现路径中包含的中继节点的数量已经等于4，那么该中继设备将放弃针对这条消息的转发。
[0183]
另根据本技术的一些实施方式，为了防止uwb定位被频繁的发起，以节省系统的通信资源，系统可以做一个限制，任何作为起始设备的uwb设备如果发出uwb定位请求后在第一时间阈值，例如60秒之后没有收到任何回复，那么限制其频繁地再次发出uwb定位请求。该设备只能在第二时间阈值，例如120秒之后才可以发起第二次的uwb定位请求。并且，该第二时间阈值可以与第一时间阈值成正比，两者的比值可以是连续发起uwb定位请求的次数。举例来说，设备a发起第1次uwb定位请求后，经过60秒没有收到任何回复，判定为定位失败。系统将在判定定位失败时起120秒之后再允许其发起第二次uwb定位请求。如果第2次uwb定位请求仍然失败，系统将在判定定位失败时起180秒之后再允许其发起第3次uwb定位请求。
[0184]
在实施基于uwb技术的定位过程中，存在一些安全性的考虑。例如有可能通信系统会被攻击，被恶意地插入不正确的消息，干扰定位的结果。
[0185]
根据本技术的一些实施方式，在上面介绍的用户利用手机(起始uwb设备)寻找车辆(终点uwb设备)的场景中，可以预先为手机和车辆上的uwb设备设置一个共有的密钥ks。在手机发出寻找车辆的uwb定位请求的时候，利用该共享密钥ks
[0186]
根据本技术的一些实施方式，为uwb技术的定位过程中可以设置安全机制，从而避免在实施uwb定位的过程中被恶意攻击。对于应用于根据本技术的实施例的各种类型的uwb设备，例如手机、uwb标签等，可以只允许特定制造商(例如，同一设备制造商或者软件制造商，或者基于同样的标准范畴下的相互间兼容的多个硬件/软件制造商)制造的uwb设备之间才可进行此定位方法。制造商将独有的密钥(以下简称为kt)写入uwb设备的固件中，并且uwb设备在传递消息时利用该密钥对消息的部分字段或者全部字段进行加密，例如对起始设备的设备名称进行加密。如表1所示的uwb消息的示例性数据结构中cypher字段包含了为了确保通信安全的必要信息。加密后的字段被写入cypher字段中。车辆上的uwb设备在收到该uwb定位请求后，会利用密钥ks对cypher字段中的加密信息进行解密，判断该定位请求的来源的真实性。
[0187]
在一些实施方式中，终点uwb设备在进行安全性确认时，还会确认收到的定位请求消息的时间戳(timestamp)。举例来说，在一些情形中，定位请求消息的时间戳可以用作确定该消息是否被重复接收的标准。如果发现新收到的定位请求消息的时间戳和已经处理过的定位请求消息的时间戳相同，那么可以判断该消息是被重复接收，可以对其进行丢弃处
理。在另外的一些情形中，可以根据定位请求消息的时间戳判断该定位请求消息的生成时间距离接收到该消息的当前时间是否超出了一定的时间长度，例如15分钟。如果超过了该时间长度，意味着该消息太旧，并且有可能是遭受了篡改，会对安全性有影响。对于太旧的定位请求消息，终点uwb设备也可以选择丢弃该消息，以确保通信的安全。
[0188]
另外，如果在某些使用场景下，不同类型、不同品牌的uwb设备过多，导致消息泛滥，会对通信造成一些干扰。
[0189]
根据本技术的一些实施方式，为uwb技术的定位过程中可以设置安全机制，以防止不受认可的uwb设备发出消息混入通信的系统中。在uwb设备之间传递的uwb消息中，如表1中所示的示例性数据结构，作为其内容的实例的有效负荷是明文消息。各uwb设备可以利用上述密钥kt对该明文消息进行加密，例如进行hash(哈希)计算，得到一个验证值，即mac值。该mac值可以被包含在密码(cypher)字段中。举例来说，作为中继设备的b1会利用密钥kt对有效负荷的明文消息进行hash计算得到mac(b1)。当设备b1将该消息转发到设备c，针对接收到的消息，设备c也会利用其掌握的密钥kt对消息中的有效负荷进行hash计算得到对应的mac值。如果计算得到的mac值和收到的消息中的mac值两者一致，设备c确认消息的正确性，否则将抛弃收到的消息。通过这样的设置，在实施根据本技术的uwb定位方法中，可以防止其他未经认可的设备发出的消息混入通信系统中，造成消息的泛滥，影响通信效率。
[0190]
以下结合图10至图12说明根据本技术的实施例提供的超宽带(uwb)设备。
[0191]
如图10所示，本技术的实施例提供了一种支持超宽带定位的中继设备，该中继设备包括消息接收模块1001、消息生成模块1002和消息发送模块1003。
[0192]
消息接收模块1001，接收至少一个uwb定位请求，其中至少一个uwb定位请求包括来自uwb定位请求的起始设备的第一uwb定位请求，和/或其他中继设备转发的第二uwb定位请求，uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求，其中uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求。
[0193]
消息生成模块1002，从至少一个uwb定位请求中选择一个uwb定位请求，并基于选择的uwb定位请求生成第一中继设备的第二uwb定位请求，并且，第一中继设备的第二uwb定位请求还包括第一中继设备的设备标识。
[0194]
消息发送模块1003，发送第一中继设备的第二uwb定位请求。
[0195]
如图11所示，本技术的实施例提供了一种支持超宽带定位的起始设备，该起始设备包括消息发送模块1101、消息接收模块1102和定位模块1103。
[0196]
消息发送模块1101，发送uwb定位请求，其中uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求。
[0197]
消息接收模块1102，接收uwb定位响应，其中uwb定位响应指示终点设备确定的连接起始设备和终点设备之间的定位路径，其中定位路径包括至少一个中继设备的设备标识，其中至少一个设备用于将起始设备寻找终点设备的请求从起始设备中继到终点设备。
[0198]
定位模块1103，基于uwb定位响应，确定终点设备相对于起始设备的位置。
[0199]
如图12所示，本技术的实施例提供了一种支持超宽带定位的终点设备，该终点设备包括消息接收模块1201、消息生成模块1202和消息发送模块1203。
[0200]
消息接收模块1201，接收至少一个uwb定位请求，其中至少一个定位请求中的每个uwb定位请求指示起始设备寻找终点设备的请求信息；至少一个uwb定位请求中的每一个
uwb定位请求包括所经过的中继设备的设备标识；
[0201]
消息生成模块1202，根据每一个uwb定位请求中包括的中继设备的设备标识，确定每一个uwb定位请求所经过的中继设备的数量，并且至少部分的基于每个uwb定位包括的中继设备的数量，从至少一个uwb定位请求中选择一个uwb定位请求作为有效uwb定位请求，其中中继设备用于将起始设备寻找终点设备的请求信息中继到终点设备；基于有效uwb定位请求，确定连接起始设备和终点设备之间的定位路径，生成uwb定位响应。
[0202]
消息发送模块1203，发送uwb定位响应，其中uwb定位响应指示定位路径。
[0203]
需要说明的是，本文中，“a和/或b”表示可以存在三种情况，分别为单独存在a、单独存在b、以及同时存在a和b。
[0204]
本技术的各方法实施方式均可以以软件、磁件、固件等方式实现。
[0205]
可将程序代码应用于输入指令，以执行本文描述的各功能并生成输出信息。可以按已知方式将输出信息应用于一个或多个输出设备。为了本技术的目的，处理系统包括具有诸如例如数字信号处理器(dsp)、微控制器、专用集成电路(asic)或微处理器之类的处理器的任何系统。
[0206]
程序代码可以用高级程序化语言或面向对象的编程语言来实现，以便与处理系统通信。在需要时，也可用汇编语言或机器语言来实现程序代码。事实上，本文中描述的机制不限于任何特定编程语言的范围。在任一情形下，该语言可以是编译语言或解释语言。
[0207]
至少一个实施例的一个或多个方面可以由存储在计算机可读存储介质上的表示性指令来实现，指令表示处理器中的各种逻辑，指令在被机器读取时使得该机器制作用于执行本文所述的技术的逻辑。被称为“ip核(ip core)”的这些表示可以被存储在有形的计算机可读存储介质上，并被提供给多个客户或生产设施以加载到实际制造该逻辑或处理器的制造机器中。
[0208]
在一些情况下，指令转换器可用来将指令从源指令集转换至目标指令集。例如，指令转换器可以变换(例如使用静态二进制变换、包括动态编译的动态二进制变换)、变形、仿真或以其它方式将指令转换成将由ip核来处理的一个或多个其它指令。指令转换器可以用软件、硬件、固件、或其组合实现。指令转换器可以在处理器上、在处理器外、或者部分在处理器上且部分在处理器外。