【正文】 2003). San Diego, CA, USA: ACM, .[ 10]安詢，蔣挺，[j].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007, 43(20):136138.[11]土磊，土月清，[fJ].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006, 36(增刊I): 201203 .[12] , . DVbased Positioning in Ad Hoc Networks[J].KluwerJournal of Telemunication Systems, 2003, 22(1):267280.[13] Nagpal R. Organizing a global coordinate system from local information on anamporphous puter[Z]. AI Memo 1666, MIT AI Laboratory, 1999.[ 14]袁書明，[[J].全球定位系統(tǒng)，2002, 27(1): 2427.[15] Bulusu N, Heidemann J, Estrin D. GPS一less low cost outdoor localization for very small devices[J].IEEE Personal Communications, 2000, 7(5): 28一34.[16] , . Special Issue on Global positioning System[Z].Proceedings of the IEEE, 1999, 87(1):3一15.[17][[J].現(xiàn)代兵器，2002(1): 45.[18] Want R, Hopper A, Falcao V, Gibbons J. The active badge location system[J].ACM Trans. on Information Systems, 1992, 10 (1):91一102.[19] Andy Harter, Andy Hopper, Pete Steggles, Andy Ward, Paul Webster. The Anatomy of a ContextAware Application[C].Proceedings of the Fifth Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking,MOBICOM39。同時(shí)感謝我的研究生學(xué)長張衛(wèi)東。新出的ZigBee Pro規(guī)范對網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了更好的定義，今后可以通過使用滿足ZigBee Pro規(guī)范的協(xié)議棧來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而使系統(tǒng)有了更好的網(wǎng)絡(luò)自愈功能； (4)在今后更大更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的同步也是一個(gè)值得注意的問題，我們可以通過使用信標(biāo)幀等方式來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步要求，從而可以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。本定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的要求，目前在較為理想的環(huán)境中可以滿足移動節(jié)點(diǎn)的定位需求，系統(tǒng)因其更低成本、較低的功耗等特點(diǎn)，且具有較高的實(shí)用價(jià)值。經(jīng)過實(shí)際測試，證明該模塊的性能在定位系統(tǒng)的應(yīng)用上要好于現(xiàn)有其他ZigBee模塊。依據(jù)本系統(tǒng)所使用的協(xié)議棧的特點(diǎn)，進(jìn)行了本定位系統(tǒng)應(yīng)用Profile的設(shè)計(jì)，自定義了一系列用于定位系統(tǒng)的Cluster。 (6)傳輸模型的建立依賴硬件平臺，硬件平臺改變，即使測試環(huán)境不變，整個(gè)傳輸模型也需要重新建立。 (4)節(jié)點(diǎn)放置位置有待優(yōu)化。分析原因有以下幾條: (1)定位節(jié)點(diǎn)天線非理想全向天線，而基于RSSI和LQI的距離定位方法都是假定天線為理想全向的。上位機(jī)定位監(jiān)測軟件ZLocation_Engine。 在室內(nèi)環(huán)境中，測試結(jié)果如表41所示。兩種流程圖都是基于命令調(diào)用模式的。網(wǎng)關(guān)特有的功能用虛線標(biāo)出。接收到數(shù)據(jù)包請求命令信號后，參考節(jié)點(diǎn)將各種所需參量按一定格式打包，發(fā)送到盲節(jié)點(diǎn)。盲節(jié)點(diǎn)接收到查詢請求命令后，廣播一系列(如300次)RSSI值，在數(shù)據(jù)包中設(shè)定跳數(shù)為1，從而保證只有在一跳范圍內(nèi)的參考節(jié)點(diǎn)才能接收到該數(shù)據(jù)包。圖37為傳感器網(wǎng)絡(luò)定位通信流程圖。其中，圖35中所示模塊為盲節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)。 圖33 串口轉(zhuǎn)換電路(3)狀態(tài)指示電路加蜂鳴器、指示燈等器件用于定位節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示。電池供電方式采用2節(jié)AA電池供電。 輔助功能模塊包括供電電路、串口電路、功能指示電路等。另外，務(wù)必使CC2430芯片底部可靠接地。由于CC2430將8051內(nèi)核與無線收發(fā)模塊集成到了一個(gè)芯片當(dāng)中，從而簡化了電路設(shè)計(jì)過程，省去了單片機(jī)和無線收發(fā)芯片之間接口電路的設(shè)計(jì)，縮短了硬件開發(fā)周期。 (10)與控制微處理器的接口配置容易(4總線SPI接口)。 (6)抗鄰頻道干擾能力強(qiáng)(30/45dB)。 (2)采用IEEE 。它使用1個(gè)8位MCU(8051)，具有128 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個(gè)定時(shí)器(Timer), AES 128協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器(Watchdog timer),32 kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(Power On Reset)、掉電檢測電路(Brown out detection)，以及21個(gè)可編程vo引腳。為了降低開發(fā)成本，硬件平臺沒有按節(jié)點(diǎn)功能分別單獨(dú)設(shè)計(jì)，而是將所有功能放在了一個(gè)平臺上。 那么存在下列公式: (33) (34) (35)由上式可以得到節(jié)點(diǎn)O的坐標(biāo)，如公式(36): (36) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 定位節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)框架如圖31所示。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，RSSI的值是一個(gè)負(fù)數(shù)值，所以在上面的公式中我們?nèi)SSI的絕對值。但這種方法的不足就是直接使用時(shí)會有很大的誤差，其誤差主要來源于信號實(shí)際傳播的過程中周圍環(huán)境影響造成的信號衰減與理論或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒环?，從而造成?shí)際測量的誤差。 本論文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)就是利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)，以及已有定位算法所開發(fā)出的一套基于ZigBee技術(shù)的無線定位系統(tǒng)。 除了使用像CC2431這種帶定位功能的ZigBee芯片之外，近兩年已經(jīng)有越來越多的企業(yè)、研究所和高校在從事研究利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位的工作。 CC2431建立在業(yè)界首款針對低功耗RF應(yīng)用的SOC解決方案CC2430的基礎(chǔ)上的，封裝小、功能強(qiáng)。隨著ZigBee協(xié)議的推出，人們便開始了基于ZigBee技術(shù)定位的研究。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的普及，可以說是計(jì)算技術(shù)第四次浪潮的第一波。通常ZigBee技術(shù)適用的場合主要有：要求設(shè)備成本低，數(shù)據(jù)傳輸量少的應(yīng)用；要求設(shè)備體積小、功耗低，長時(shí)間無需更換電池的場合；需要大范圍的通信覆蓋，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備非常多的遠(yuǎn)程監(jiān)控中。其中，PHY層和MAC層協(xié)議由IEEE ，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟定義，而應(yīng)用層又包含應(yīng)用支持子層(Application Support Sublayer, APS),應(yīng)用框架(Application Framework, AF), ZigBee設(shè)備對象(ZigBee Device Objects,ZDO)和由制造商制定的應(yīng)用對象。節(jié)點(diǎn)間是完全對等的通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與它的無線通信范圍內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn)通信，但也需要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)防調(diào)器，通常把第一個(gè)在信道中通信的節(jié)點(diǎn)作為防調(diào)器節(jié)點(diǎn)。但是由于其只能實(shí)現(xiàn)簡單的網(wǎng)絡(luò)，所以在大規(guī)模組網(wǎng)的場合里便無法應(yīng)用，而且如果通信中某個(gè)節(jié)點(diǎn)的斷開，便會對其他節(jié)點(diǎn)的通信造成影響，一定程度上限制了無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，同時(shí)星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也很難實(shí)現(xiàn)高密度的擴(kuò)展。其中，從設(shè)備可以是FFD設(shè)備，也可以是RFD設(shè)備。星狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由一個(gè)叫作個(gè)域網(wǎng)(Personal Area Network, PAN)主協(xié)調(diào)器的中央控制器和多個(gè)從設(shè)備組成，其中主協(xié)調(diào)器必須為FFD設(shè)備，從設(shè)備既可為FFD設(shè)備也可為RFD設(shè)備。下面分別對這兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。在樹狀網(wǎng)絡(luò)中，路由節(jié)點(diǎn)使用等級路由機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和控制信息，樹狀網(wǎng)絡(luò)可以使用信標(biāo)使能的通信。分別為：星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约熬W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 2003年11月，IEEE正式發(fā)布了IEEE ，該標(biāo)準(zhǔn)作為ZigBee技術(shù)的物理層和MAC層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟制定，應(yīng)用層根據(jù)用戶自己的應(yīng)用需要進(jìn)行開發(fā)。第二章 ZigBee技術(shù)概述 ZigBee簡介 ZigBee技術(shù)是由英國Invensys公司、口本二菱電氣公司、美國Motorola公司以及荷蘭Philips等公司于2002年共同提出的，其目的是用來設(shè)計(jì)開發(fā)具有低成本、低速率、低功耗的無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。用于定位的無線技術(shù)發(fā)展得很迅速。此外，成都的無線龍通訊科技有限公司還在2008年初，特意推出啦一本關(guān)于ZigBee定位技術(shù)的書，也引起啦不錯(cuò)的反響。很多大小型公司都相繼推出自己的定位解決方案。 2000年，由麻省理工大學(xué)研制的Cricket系統(tǒng)從硬件的尺寸和價(jià)格上都有所突破，是現(xiàn)在仍在使用的室內(nèi)定位系統(tǒng)之一。如Cricket系統(tǒng)即使用啦TDOA和PDOA混合的定位方法。但由于目前很多無線傳輸模塊都可以直接測量信號衰減的RSSI值，因此這種方法的定位無需額外的硬件設(shè)備，滿足現(xiàn)在低功耗、低成本的發(fā)展趨勢。 定位的測量方法有很多種：如基于AOA的方法、基于TDOA的方法、基于TOA的方法。因此，必須研究的室內(nèi)定位技術(shù)以彌補(bǔ)GPS的不足。 無線通信技術(shù)的成熟和發(fā)展帶動啦新興無線業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，越來越多的應(yīng)用都需要自動定位服務(wù)。此后定位服務(wù)就走向人們的生活的各個(gè)領(lǐng)域。