【正文】 MHz： l 信道數(shù)目 915MHz10 2． 4GHz： 16 尋址方式 64bitlEEE 地址， 16bit 網(wǎng)絡(luò)地址 信道接入 CSMA／ CA 和時隙化的 CSl＼ dA／CA 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)? 星形、樹狀、網(wǎng)狀 功耗 極低 狀態(tài)模式 激活／休眠 選擇 ZigBee技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，是基于其具有的諸多性能優(yōu)點(diǎn)。 802． 15． 1 標(biāo)準(zhǔn)即藍(lán)牙技術(shù)，具有中等速率，適合于從 蜂窩電話到 PDA 的通信，其 QoS 機(jī)制適合于話音業(yè)務(wù)。 2020 年 11 月， IEEE 正式發(fā)布了該項(xiàng)技術(shù)的物理層 ,≠DMAC 層所采用的標(biāo)準(zhǔn)脅議．即 IEEE802 I 5 4 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，作為 ZigBee 技術(shù)物理層和媒體接入層的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議； 2020 年 12月， ZigBee 鞋盟在 IEEES02 15． 4 協(xié)議基礎(chǔ)上，止式發(fā)布了完整的 zlgBee 標(biāo)準(zhǔn)。 塋上 !!業(yè)竺堡查塑蘭塑星 !!墨竺堡壘蘭至坐 2 ZigBee 技術(shù)和 z Stack 協(xié)議棧 2 1 ZigBee 技術(shù)基礎(chǔ)知識 21 1 Zigl3ee 發(fā)展概述 近十年來，隨著半導(dǎo)體按術(shù)和無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了多種新的短距 離無線通信技術(shù)。給出了進(jìn)一步完善功能的方法。總結(jié)了 幾種實(shí)用算法的優(yōu)缺點(diǎn)。 第 2 章 ZigBee技術(shù)和 Z． Stack 協(xié)議棧 從 ZigBee網(wǎng)絡(luò)組成和協(xié)議結(jié)構(gòu)兩個方面入手，對IEEE802． 15． 4／ ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行了概述，并從應(yīng)用的角度討論了 ZigBee 技術(shù)的優(yōu)越性。本文主要通過對大量實(shí)測數(shù)據(jù)的 分析，總結(jié)信號傳輸規(guī)律，以建立適合實(shí)際應(yīng)用的定位模型。但由于其定位算法由硬件物理完成，導(dǎo)致基于 CC2431 的定位系統(tǒng)靈 活性較差?；?CC2431 商品化的定位系統(tǒng)大量涌現(xiàn)。 4 個公司的芯片功能都各有其特點(diǎn)，適合于不同的應(yīng)用場合。國 外在硬件芯片、協(xié)議棧、軟件配套、定位算法理論研究上都實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。但是， APIT 算法需要足夠的 PIT三角形才能夠達(dá)到精確要求， 這就需要在通信范圍內(nèi)有足夠的參考節(jié)點(diǎn)。 (4)APIT 算法 在近似三角形內(nèi)點(diǎn)測試法 (Approximate Point— In． Triangulation test， APIn 算法【 168。 (3)不定型算法 不定型 (Amorphous)【 ll， 121 定位 算法與 DV． Hop 算法類似。經(jīng)過計算，一個錨節(jié)點(diǎn)得到網(wǎng)絡(luò)的平均每跳距離，并將 此估計值廣播到網(wǎng)絡(luò)中，稱作校正值，任何節(jié)點(diǎn)一旦接收到此校正值，就可以估計自己 到這個錨節(jié)點(diǎn)的距離。接收節(jié)點(diǎn)在它收到的關(guān) 于某一個錨節(jié)點(diǎn)的所有信標(biāo)中保存具有最小跳數(shù)值的信標(biāo)，丟棄具有較大跳數(shù)值的同一 錨節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)。 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 (2)DV— Hop算法 DV． Hop 算法【 11． 12】是由 D． Niculescu 和 B． Nath 等人提出的。該算法的中心思想是：未知節(jié)點(diǎn)以所有在其通信范圍內(nèi)的錨節(jié)點(diǎn) 的幾何質(zhì)心作為自己的估計位置。采用混合定位法或者可以實(shí)現(xiàn)更高的精確度，減小誤差，或者可以降 低對某一種測量參數(shù)數(shù)量的需求。 (4)到達(dá)角定位法 (AOA) 基于 zigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) 到達(dá)角 (AOA)u11 定位法通過陣列天線或多個接收器結(jié)合來得到相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號 的方向，從而構(gòu)成一根從接收機(jī)到發(fā)射機(jī)的方位線。 TDOA 定位與 TDOA 測距不同， TDOA 定位計算兩個錨節(jié)點(diǎn)信號到達(dá)未 知節(jié)點(diǎn)的時間差，將其轉(zhuǎn)換成到兩個錨節(jié)點(diǎn)的距離之差，未知節(jié)點(diǎn)通過到多組錨節(jié)點(diǎn)的 距離之差得出自身的位置。 TOA 要求接收信號的錨節(jié)點(diǎn)或未知節(jié)點(diǎn)知道信號開始傳輸?shù)臅r刻，并要求節(jié)點(diǎn)有 非常精確的時鐘。因此這種方法的主要誤差來 源是環(huán)境影響所造成的信號傳播模型的復(fù)雜性。 這樣，通過測量接收信號的強(qiáng)度，再利用公式 1． 1 就能計算出收發(fā)節(jié)點(diǎn)間的大概距離。例如，在自由空間中，距發(fā)射機(jī) d 處的天線接收到的 信號強(qiáng)度由下面的公式給出： Pr(d)=P,O。而不基于測距的定位機(jī)制無需距離或角度信息，或者不用直接測量 這些信息，僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性等信息實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的定位。該實(shí)驗(yàn)可能是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一次最 大規(guī)模的多目標(biāo)跟蹤組網(wǎng)演示。由于目標(biāo)的個數(shù)和初始位置是未知的，對于 粗粒度測量的系統(tǒng)，從二進(jìn)制值完成跟蹤的任務(wù)是非常困難的。剔出這種數(shù)據(jù)可以通過歷史數(shù)據(jù)的分析， 基于 Zig,Bee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) 或者通過相鄰的傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判決。同時，在定位區(qū)域的每一個房間里固定放置紅外接收機(jī)， 用于提取紅外信號攜帶的數(shù)據(jù)，并通過有線網(wǎng)絡(luò)上報給控制中心數(shù)據(jù)庫。然后通過比較到各個臨近信 標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離，選擇出離自己最近的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，從該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)廣播的信息中取得自身所 在的房間位置。5 。但是，完整的 SpotON系統(tǒng)到目前為止還 沒有建成。提出了 WAF 模型替代經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來推動節(jié)點(diǎn)位置的方法并做了初 步嘗試。第二個步驟是 在線數(shù)據(jù)處理過程，移動節(jié)點(diǎn)定期發(fā)送廣播報文，基站節(jié)點(diǎn)查表，根據(jù)接收信號的強(qiáng)度 找出最為接近的位置作為節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置。 RADAR 系統(tǒng)是基于 IEEES02． 1l WLAN 的室內(nèi)無線射頻定位系統(tǒng)，屬于采用經(jīng)驗(yàn)測 試和信號傳播模型相結(jié)合的場景法定位系統(tǒng)。 利用 GPS 進(jìn)行定位的優(yōu)勢是衛(wèi)星有效覆蓋范圍大，且定位導(dǎo)航信號免費(fèi) 。 1． 2 典型室內(nèi)無線定位系統(tǒng) 1． 2． 1 室內(nèi) GPS 定位技術(shù) GPS是目前應(yīng)用最為廣泛的定位技術(shù)。尤其是基于ZigBee 技術(shù)的定位系統(tǒng)的研究與開發(fā)逐漸成為了一個研究熱點(diǎn)。它確定了低速個人局域網(wǎng) J(LR． WPAN)標(biāo)準(zhǔn)，定義了物理層 (PHY) 和媒體接入控制層 (Media Access Control， MAC)[引。因此，這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以被廣泛應(yīng)用于國防軍事、國 家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐、抗災(zāi)等領(lǐng)域，它是信息感知 和采集的一場革命。無線定位服務(wù)已經(jīng)在軍用、民用和商用領(lǐng)域證明了其 重要性。 1996年， 美國聯(lián)邦通信委員會 (Federal Communications Commission， FCC)$lJ 定了 E． 91 1 法規(guī) IIJ，要 求所有移動通信運(yùn)營商，在移動用戶發(fā)出緊急呼叫時，必須向公共安全服務(wù)系統(tǒng)提供用 戶的位置信息和終端號碼，以便對用戶實(shí)施緊急救援工作，并要求分階段實(shí)施定位精度 不斷提高的用戶定位服務(wù)。學(xué)校有 權(quán)保留論文并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、 縮印、或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用內(nèi)容和致謝的地方外， 本論文不包含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表的研究成果，也不包含其他已申請 學(xué)位或其他用途使用過的成果。測試表明：本系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計要求，是一個 低成本、易實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。 實(shí)際節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)其類型特點(diǎn)，選取硬件電路的不同部分加以實(shí)現(xiàn)?；诖罅康膶?shí)測數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析， 總結(jié)出幾種實(shí)用定位方法的特 點(diǎn)，提出一種基于環(huán)境信息的混合定位法，這種方法融合 了 RSSI和LQI。本文的重點(diǎn)就在于設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種低成本、實(shí)用的無線傳感器定位系統(tǒng)。但是受定位時間、定 位精度以及復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制，比較完善的封閉空間定位技術(shù)目前還無法很好 地利用。 本論文主要研究了基于 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)無線定位技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一 個針對辦公室及樓道環(huán)境的定位系統(tǒng)。其中，硬件平臺以集成了射頻與 51 微控制器的CC2430芯片為核心，該平臺包括射頻模塊、輔助電路、功能指示電路等。 論文最后對定位系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際測試。time location system with the target use in the office and corridor． Based on numerous measurements， the merits and faults of several applied location methods are summarized． A localization method which is the bination of RSSI and LQI is proposed． This paper achieves a location system． three parts are included． TIley are hardware platform， munication program of nodes and PC monitor software． ‰achievement of every part is clear introduced in this paper． The core of hardware platform is CC2430 which is integrated by RF and 5 1 MCU， the localization nodes are designed and made． It includes RF module， auxiliary module and function indication circuits． In actual applications， Based on the function differences of nodes， different parts of the hardware platform call be selected to achieve corresponding functions． The exploitation of node munication program is based on Z— Stack protocol stack which is provided by TI， 111e paper introduces the nodes munication flow elaborate． ne achievement of different kinds of nodes are ways gave． In Visual c++6． 0 circumstance， the pc monitor software is piled， elaborate software solution iS proposed in this paper． 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 In the end， practical test is implemented． This system is confirmed to be a good one， it is a low cost and easy achieved system． Aim at the shortage which was found during the test， the method to consummate the function is proposed． Key Words： Indoor Localization System； ZigBee； Z— STACK； RSSI； Hybrid Algorithm 大連理工大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 作者鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行研究 工作所取得的成果。 學(xué)位論文題目： 基王圣 ig旦曼曼墊苤鮑室凼定焦丕統(tǒng)盟究生塞趣 作者簽名： 盔國奎盆 日期．一．塑 !塹年 j 生月二墮日 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解學(xué)校有關(guān)學(xué)位論文知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，在校攻讀學(xué)位期間 論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于大連理工大學(xué)，允許論文被查閱和借閱。無線定位服務(wù)的發(fā)展始于美國。這些服務(wù)主要應(yīng)用于： 公共安全，如緊急救援；報警信息發(fā)布，跟蹤業(yè)務(wù)，如犯罪嫌疑人的跟蹤，走失老人和 兒童的尋找，車輛的防盜報警，交通監(jiān)控；基于位置的信息業(yè)務(wù)：如車輛導(dǎo)航服務(wù)，城 市觀光；基于位置的信息發(fā)布等。 另一方面，無線傳感 器網(wǎng)絡(luò) (WSN)可以使人們在任何時間、任何地點(diǎn)和任何環(huán)境條 件下獲取大量詳實(shí)而可靠的信息。 在無線通信協(xié)議體系中， IEEE802． 1 5． 4 是其中一種新興的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因其優(yōu)越性， 它獲得了快速的發(fā)展。 隨著對 ZigBee 技術(shù)研究的不斷深入，大量的實(shí)用 ZigBee 硬件、軟件載體都相繼被 推出，使得 基于 ZigBee 技術(shù)的 WSN 和定位技術(shù)獲得了迅猛的發(fā)展。本文試圖利用 ZigBee 技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種較低成本、較低復(fù)雜度的室內(nèi)定位 系統(tǒng)。室內(nèi) GPS 技術(shù)采用大量的相關(guān)器并行地搜索可能的延遲碼，同時也有助于 實(shí)現(xiàn)快速定位。該方法是通過對特定環(huán)境下的 RF 信號衰落特征值進(jìn) 行處理實(shí)現(xiàn)的。首 先是一個離線的數(shù)據(jù)收集的過程，由各移動節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播報文，基站的接收器根據(jù)信號 強(qiáng)度確定移動節(jié)點(diǎn)的位置，并將此位置存入一個場景．位置的表結(jié)