本发明涉及动态网络测距技术领域，特别涉及一种网络测距方法及装置。
背景技术：
在动态网络中，包含多个节点，在通信过程中，获得节点之间的距离及相对距离对通信具有重要意义，但现有的方法，在网络中节点数量增加时，对宽带信号资源的需求量越来越大，由此导致网络测距信息的更新延迟将会不断提升，效率越来越低。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种网络测距方法，该方法实现了高效率、高精度的动态网络节点间的相对测距。
本发明的另一个目的在于提出一种网络测距装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种网络测距方法，包括：
获取通信网络中的至少两个通信节点，所述通信节点按照预设通信协议进行通信，通过各个通信节点发送和接收宽带信号；
获取各个通信节点发送宽带信号的发送时机的时间戳和接收宽带信号的到达时机的时间戳，根据获取的发送时机的时间戳和到达时机的时间戳解算任意两个通信节点间的传播时间，根据所述传播时间解算相对距离。
本发明实施例的网络测距方法，通过通信节点发送与接收宽带信号时机所获得的时间戳计算通信节点间的传播时间，进而解算距离；利用监听节点监听通信节点间的宽带信号所得的时间戳，计算监听节点之于任意两通信节点间的传播时间差，进而解算相对距离。以最少的宽带信号数量解决了动态网络的节点高精度测距问题，解决了定位系统中由于节点数量增加导致的宽带信号需求量过大的问题，实现了高效率、高精度的动态网络节点间的相对测距。
另外，根据本发明上述实施例的网络测距方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：获取所述通信网络中的至少一个监听节点；
所述监听节点接收各个通信节点发送的宽带信号，并获取接收到的各个宽带信号对应的到达时机的时间戳，根据各个宽带信号对应的到达时机的时间戳解算所述监听个节点之于任意两个通信节点间的相对传播时间差，根据所述传播时间差解算相对距离差。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述预设通信协议中，所述通信节点可以主动发送宽带信号和被动接收宽带信号，所述监听节点仅接收宽带信号，所述通信节点在发送时获得发送时机的时间戳，所述通信节点和所述监听节点在接收宽带信号时获得到达时机的时间戳。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预设通信协议包括：
步骤1：选取任意一个通信节点作为通信发起节点；
步骤2：选取的通信发起节点向其它全部节点广播一次宽带信号，同时获得一个发送时间戳；
步骤3：所有其它节点均接收到通信发起节点所发送的宽带信号，并获得各自的信号到达时间戳；
步骤4：其它通信节点依次进行宽带信号广播，每一次广播时，发送宽带信号的通信节点记录发送时间戳，其余节点记录各自的信号到达时间戳；
步骤5：待所有通信节点均广播一次后，所述通信发起节点再次进行一次宽带信号广播，所有其它节点均获得一个到达时间戳。
进一步地，在本发明的一个实施例中，解算任意两通信节点间的传播时间的解算公式为：
其中，tof(a,b)表示节点a与节点b间的传播时间，t(a)、t(b)分别为节点a和b所采集的同步时间，
进一步地，在本发明的一个实施例中，解算所述监听节点之于任意两通信节点间的相对传播时间差的解算公式为：
其中，节点a、b为通信节点，节点x为监听节点，tof(a,x)为节点a与节点x间的传播时间，tof(b,x)为节点b与节点x间的传播时间，t(a)、t(b)和t(x)分别为节点a、b和x所采集的同步时间，
进一步地，在本发明的一个实施例中，tof(a,b)表示节点a与节点b间的传播时间，tof(a,x)-tof(b,x)表示在监听节点x得到的通信节点a和b的相对传播时间差，dis(a,b)＝vc×tof(a,b)，其中，dis(a,b)表示节点a与节点b间的相对距离，vc表示光速。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种网络测距装置，包括：
通信模块，用于获取通信网络中的至少两个通信节点，所述通信节点按照预设通信协议进行通信，通过各个通信节点发送和接收宽带信号；
第一计算模块，用于获取各个通信节点发送宽带信号的发送时机的时间戳和接收宽带信号的到达时机的时间戳，根据获取的发送时机的时间戳和到达时机的时间戳解算任意两个通信节点间的传播时间，根据所述传播时间解算相对距离。
本发明实施例的高效率网络测距装置，通过通信节点发送与接收宽带信号时机所获得的时间戳计算通信节点间的传播时间，进而解算距离；利用监听节点监听通信节点间的宽带信号所得的时间戳，计算监听节点之于任意两通信节点间的传播时间差，进而解算相对距离。以最少的宽带信号数量解决了动态网络的节点高精度测距问题，解决了定位系统中由于节点数量增加导致的宽带信号需求量过大的问题，实现了高效率、高精度的动态网络节点间的相对测距。
另外，根据本发明上述实施例的网络测距装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：
第二计算模块，用于获取所述通信网络中的至少一个监听节点，所述监听节点接收各个通信节点发送的宽带信号，并获取接收到的各个宽带信号对应的到达时机的时间戳，根据各个宽带信号对应的到达时机的时间戳解算所述监听节点之于任意两个通信节点间的相对传播时间差，根据所述传播时间差解算相对距离差。
进一步地，在本发明的一个实施例中，解算任意两通信节点间的传播时间的解算公式为：
其中，tof(a,b)表示节点a与节点b间的传播时间，t(a)、t(b)分别为节点a和b所采集的同步时间，
解算所述监听节点任意两通信节点间的相对传播时间差的解算公式为：
其中，节点a、b为通信节点，节点x为监听节点，tof(a,x)为节点a与节点x间的传播时间，tof(b,x)为节点b与节点x间的传播时间，t(a)、t(b)和t(x)分别为节点a、b和x所采集的同步时间，
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的一种网络测距方法流程图；
图2为根据本发明一个实施例的动态网络示意图；
图3为根据本发明一个实施例的预设通信协议流程图；
图4为根据本发明一个实施例的动态网络传播时间示意图；
图5为根据本发明一个实施例的传播时间解算示意图；
图6为根据本发明一个实施例的一种网络测距装置结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的网络测距方法及装置。
首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的网络测距方法。
图1为根据本发明一个实施例的一种网络测距方法流程图。
如图1所示，该高效率网络测距方法包括以下步骤：
步骤s1，获取通信网络中的至少两个通信节点，通信节点按照预设通信协议进行通信，通过各个通信节点发送和接收宽带信号。
步骤s2，获取各个通信节点发送宽带信号的发送时机的时间戳和接收宽带信号的到达时机的时间戳，根据获取的发送时机的时间戳和到达时机的时间戳解算任意两个通信节点间的传播时间，根据传播时间解算相对距离。
在本发明的实施例中，通信网络可以为动态通信网络，也可以为静态通信网络。
一个网络中存在大量需要进行相对定位的节点，节点分为通信节点和监听节点。在本发明的实施例中，如图2所示，选择至少两个通信节点和至少一个监听节点，其中，每个节点都有独立且不同步的时钟。
选取的通信节点和监听节点按照预设通信协议进行通信，其中，预设通信协议如下：
第一步，在节点中，选取任意一个通信节点作为通信发起节点。
第二步，所选的通信发起节点向其他全部节点(包括通信节点和监听节点)广播一次宽带信号，同时获得一个发送时间戳。
第三步，所有其它节点均接收到发起节点所发送的宽带信号，并获得各自的信号到达时间戳。
第四步，其它通信节点依次进行宽带信号广播，每一次广播时，发送节点记录发送时间戳，其余节点记录各自的信号到达时间戳。
第五步，待所有通信节点均广播一次后，通信发起节点再次进行一次宽带信号广播，类似地，所有节点均获得一个时间戳。
第六步，所有节点(包括通信节点和监听节点)通过任意其他通信方式，将所记录的全部时间戳信息输送至计算设备端。
第七步，计算设备通过解算公式，得到全部测距信息。
进一步地，在步骤s2之后，还包括：获取通信网络中的至少一个监听节点，监听节点接收各个通信节点发送的宽带信号，并获取接收到的各个宽带信号对应的到达时机的时间戳，根据各个宽带信号对应的到达时机的时间戳解算监听节点之于任意两个通信节点间的相对传播时间差，根据传播时间差解算相对距离差。
可以理解的是，在动态网络中，可以通过通信节点间的发送时机的时间戳和到达时机的时间戳解算任意两个通信节点间的传播时间以及相对距离。还可以通过监听节点接收各个通信节点发送来的带宽信号，以获取各个宽带信号对应的到达时机的时间戳，在根据各个到达时机的时间戳结算监听节点之于任意两个通信节点间的相对传播时间差及相对距离差。
以一个4节点网络为例，通信协议的信号执行流程如图3所示，其中a、b、c为三个通信节点，x为一个监听节点。黑色横轴为各个节点的时钟时间轴，箭头则代表宽带信号，箭头尾端与黑色横轴的交汇处即为对应时钟所采集到的发送时间戳，末端即为对应时钟所采集到的接收时间戳。
通过预设通信协议进行通信后，通信节点获取自身发送宽带信号的发送时机时间戳以及接收其它节点发送的宽带信号的到达时机时间戳。通过发送时机时间戳和到达时机时间戳解算任意两个通信节点间的传播时间，根据传播时间解算相对距离。
可以理解的是，在预设通信协议中，通信节点可以主动发送宽带信号和被动接收宽带信号，监听节点仅接收宽带信号，通信节点在发送时获得发送时机的时间戳，通信节点和监听节点在接收宽带信号时获得到达时机的时间戳。
如图4所示，以3节点网络为例，该网络包含两个通信节点：通信节点a和通信节点b，同时包含一个监听节点x。
tof(a,b)表示节点a与节点b间的传播时间，tof(a,x)-tof(b,x)则表示监听节点x之于通信节点a和b的相对传播时间差。在本示例中，通信节点a与b之间的传播时间即为tof(a,b)，监听节点x之于任意两通信节点间的相对传播时间差即为tof(a,x)-tof(b,x)。此外，传播时间与其对应的实际距离满足下述关系式：dis(a,b)＝vc×tof(a,b)，其中dis(a,b)表示节点a与节点b间的实际距离，vc表示光速。
在监听节点，仅接收各个通信节点发送的宽带信号，取得多个通信节点对应的到达时机时间戳，根据到达时机时间戳结算任意两个通信节点间的相对传播时间差，再根据相对传播时间差计算相对距离差。
可以理解的是，在解算中，包含两部分，一部分为全部通信节点中，两两通信节点之间的传播时间解算公式，另一部分为全部监听节点中，任意一个监听节点之于任意两通信节点的距离差解算公式。
如图5所示，在上述预设通信协议下的动态网络，该网络中包含有若干通信节点和若干监听节点，图中所标示的a为通信发起节点，b、c为任意两个其他通信节点，x为任意一个监听节点。
由于每个节点都有独立且不同步的时钟，受到节点间时钟偏差的影响，任何传播时间解算公式都必须考虑时钟参考偏差对解算带来的影响，因而在设计解算公式时，必须有一个固定的同步时间作为时间参考，以消除大部分节点间时钟偏差带来的影响。
现定义t为此次测距过程的同步时间，具体地，该同步时间由通信发起节点a所发送的两个宽带信号所得时间戳之间的差值产生，又由于每个节点都有独立且不同步的时钟，现定义t(a)为节点a所采集到的同步时间，如图5所示，t(a)、t(b)、t(c)、t(x)分别为节点a、b、c、x所采集的同步时间，在理想情况，即没有时钟频率偏差的情况下它们是相等的，然而在实际情况中，由于节点间始终存在相对时钟频偏，它们大多不相等。
为了表述方便，进一步，定义时间段
基于上述符号定义和图5，在理想条件下，不考虑时钟偏差的情况下，具有如下几何关系：
然后考虑到不同节点时钟偏差的存在，需要用同步时间作为时钟参考消去频偏带来的影响，修正后的传播时间解算公式：
监听节点之于通信节点b与c之间的相对传播时间差为：
由于a、b、c、x的一般性，上述解算公式已经能够涵盖全部传播时间和相对传播时间差解算。
通过上述解算公式解算出传播时间和相对传播时间，再根据该时间解算任意两个通信节点间的距离以及任意一个监听节点之于两通信节点之间的相对距离差。
根据本发明实施例提出的网络测距方法，通过通信节点发送与接收宽带信号时机所获得的时间戳计算通信节点间的传播时间，进而解算距离；利用监听节点监听通信节点间的宽带信号所得的时间戳，计算监听节点之于任意两通信节点间的传播时间差，进而解算相对距离。以最少的宽带信号数量解决了动态网络的节点测距问题，解决了定位系统中由于节点数量增加导致的宽带信号需求量过大的问题，实现了高效率、高精度的动态网络节点间的相对测距。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的一种网络测距装置。
图6为根据本发明一个实施例的一种网络测距装置结构示意图。
如图6所示，该网络测距装置包括：通信模块100、第一计算模块200和第二计算模块300。
其中，通信模块100，用于获取通信网络中的至少两个通信节点，通信节点按照预设通信协议进行通信，通过各个通信节点发送和接收宽带信号。
第一计算模块200，用于获取各个通信节点发送宽带信号的发送时机的时间戳和接收宽带信号的到达时机的时间戳，根据获取的发送时机的时间戳和到达时机的时间戳解算任意两个通信节点间的传播时间，根据传播时间解算相对距离。
第二计算模块300，用于获取通信网络中的至少一个监听节点，监听节点接收各个通信节点发送的宽带信号，并获取接收到的各个宽带信号对应的到达时机的时间戳，根据各个宽带信号对应的到达时机的时间戳解算监听节点之于任意两个通信节点间的相对传播时间差，根据传播时间差解算相对距离差。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在预设通信协议中，通信节点可以主动发送宽带信号和被动接收宽带信号，监听节点仅接收宽带信号，通信节点在发送时获得发送时机的时间戳，通信节点和监听节点在接收宽带信号时获得到达时机的时间戳。
进一步地，在本发明的一个实施例中，预设通信协议包括：
步骤1：选取任意一个通信节点作为通信发起节点；
步骤2：选取的通信发起节点向其它全部节点广播一次宽带信号，同时获得一个发送时间戳；
步骤3：所有其它节点均接收到通信发起节点所发送的宽带信号，并获得各自的信号到达时间戳；
步骤4：其它通信节点依次进行宽带信号广播，每一次广播时，发送宽带信号的通信节点记录发送时间戳，其余节点记录各自的信号到达时间戳；
步骤5：待所有通信节点均广播一次后，通信发起节点再次进行一次宽带信号广播，所有其它节点均获得一个到达时间戳。
进一步地，在本发明的一个实施例中，解算任意两通信节点间的传播时间的解算公式为：
其中，tof(a,b)表示节点a与节点b间的传播时间，t(a)、t(b)分别为节点a和b所采集的同步时间，
解算所述监听节点任意两通信节点间的相对传播时间差的解算公式为：
其中，节点a、b为通信节点，节点x为监听节点，tof(a,x)为节点a与节点x间的传播时间，tof(b,x)为节点b与节点x间的传播时间，t(a)、t(b)和t(x)分别为节点a、b和x所采集的同步时间，
进一步地，在本发明的一个实施例中，tof(a,b)表示节点a与节点b间的传播时间，tof(a,x)-tof(b,x)表示在监听节点x得到的通信节点a和b的相对传播时间差，dis(a,b)＝vc×tof(a,b)，其中，dis(a,b)表示节点a与节点b间的相对距离，vc表示光速。
需要说明的是，前述对网络测距方法实施例的解释说明也适用于该实施例的装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的一种网络测距装置，通过通信节点发送与接收宽带信号时机所获得的时间戳计算通信节点间的传播时间，进而解算距离；利用监听节点监听通信节点间的宽带信号所得的时间戳，计算监听节点之于任意两通信节点间的传播时间差，进而解算相对距离。以最少的宽带信号数量解决了动态网络的节点高精度测距问题，解决了定位系统中由于节点数量增加导致的宽带信号需求量过大的问题，实现了高效率、高精度的动态网络节点间的相对测距。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
1.一种网络测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取通信网络中的至少两个通信节点，所述通信节点按照预设通信协议进行通信，通过各个通信节点发送和接收宽带信号；
获取各个通信节点发送宽带信号的发送时机的时间戳和接收宽带信号的到达时机的时间戳，根据获取的发送时机的时间戳和到达时机的时间戳解算任意两个通信节点间的传播时间，根据所述传播时间解算相对距离。
2.根据权利要求1所述的网络测距方法，其特征在于，还包括：获取所述通信网络中的至少一个监听节点；
所述监听节点接收各个通信节点发送的宽带信号，并获取接收到的各个宽带信号对应的到达时机的时间戳，根据各个宽带信号对应的到达时机的时间戳解算所述监听节点之于任意两个通信节点间的相对传播时间差，根据所述传播时间差解算相对距离差。
3.根据权利要求1或2所述的网络测距方法，其特征在于，
在所述预设通信协议中，所述通信节点可以主动发送宽带信号和被动接收宽带信号，所述监听节点仅接收宽带信号，所述通信节点在发送时获得发送时机的时间戳，所述通信节点和所述监听节点在接收宽带信号时获得到达时机的时间戳。
4.根据权利要求1或2所述的网络测距方法，其特征在于，所述预设通信协议包括：
步骤1：选取任意一个通信节点作为通信发起节点；
步骤2：选取的通信发起节点向其它全部节点广播一次宽带信号，同时获得一个发送时间戳；
步骤3：所有其它节点均接收到通信发起节点所发送的宽带信号，并获得各自的信号到达时间戳；
步骤4：其它通信节点依次进行宽带信号广播，每一次广播时，发送宽带信号的通信节点记录发送时间戳，其余节点记录各自的信号到达时间戳；
步骤5：待所有通信节点均广播一次后，所述通信发起节点再次进行一次宽带信号广播，所有其它节点均获得一个到达时间戳。
5.根据权利要求1所述的网络测距方法，其特征在于，解算任意两通信节点间的传播时间的解算公式为：
其中，tof(a,b)表示节点a与节点b间的传播时间，t(a)、t(b)分别为节点a和b所采集的同步时间，
6.根据权利要求2所述的网络测距方法，其特征在于，解算所述监听节点之于任意两通信节点间的相对传播时间差的解算公式为：
其中，节点a、b为通信节点，节点x为监听节点，tof(a,x)为节点a与节点x间的传播时间，tof(b,x)为节点b与节点x间的传播时间，t(a)、t(b)和t(x)分别为节点a、b和x所采集的同步时间，
7.根据权利要求5或6所述的网络测距方法，其特征在于，tof(a,b)表示节点a与节点b间的传播时间，tof(a,x)-tof(b,x)表示在监听节点x得到的通信节点a和b的相对传播时间差，dis(a,b)＝vc×tof(a,b)，其中，dis(a,b)表示节点a与节点b间的相对距离，vc表示光速。
8.一种网络测距装置，其特征在于，包括：
通信模块，用于获取通信网络中的至少两个通信节点，所述通信节点按照预设通信协议进行通信，通过各个通信节点发送和接收宽带信号；
第一计算模块，用于获取各个通信节点发送宽带信号的发送时机的时间戳和接收宽带信号的到达时机的时间戳，根据获取的发送时机的时间戳和到达时机的时间戳解算任意两个通信节点间的传播时间，根据所述传播时间解算相对距离。
9.根据权利要求8所述的网络测距装置，其特征在于，还包括：
第二计算模块，用于获取所述通信网络中的至少一个监听节点，所述监听节点接收各个通信节点发送的宽带信号，并获取接收到的各个宽带信号对应的到达时机的时间戳，根据各个宽带信号对应的到达时机的时间戳解算任意所述监听节点之于两个通信节点间的相对传播时间差，根据所述传播时间差解算相对距离差。
10.根据权利要求8或9所述的网络测距装置，其特征在于，
解算任意两通信节点间的传播时间的解算公式为：
其中，tof(a,b)表示节点a与节点b间的传播时间，t(a)、t(b)分别为节点a和b所采集的同步时间，
解算所述监听节点任意两通信节点间的相对传播时间差的解算公式为：
其中，节点a、b为通信节点，节点x为监听节点，tof(a,x)为节点a与节点x间的传播时间，tof(b,x)为节点b与节点x间的传播时间，t(a)、t(b)和t(x)分别为节点a、b和x所采集的同步时间，
