【正文】 接入點（ SAP）為上層提供一個接口，每個 SAP都支持一定數(shù)量的服務原語來實現(xiàn)所有功能 [4]。 ZigBee協(xié)議棧概述 ZigBee 技術作為一種新興的低速率短距離無線通信技術，也是 ZigBee 聯(lián)盟所主導的無線傳感器網絡技術標準。 (7)網絡容量大。設備的復雜程度低，且 ZigBee 協(xié)議是免專利費的，可以有效地降低設備成本。通常時延都在 1sms 到 3Oms 之間，因此設備接入網絡和數(shù)據(jù)傳送的延時時間很短，適合實時的監(jiān)測和控制應用。 ZigBee 網絡增 加或者刪除一個節(jié)點、節(jié)點位置發(fā)生變動、節(jié)點發(fā)生故障等，網絡都能夠自我修復，并對網絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。 (4)網絡的自組織、自愈能力強。MAC 層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個 發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息，因此通信可靠性高。 (3)通信可靠性高，數(shù)據(jù)安全。 (2)設備省電，功耗極低。具體來講，可總 8 結如下： (1)數(shù)據(jù)傳輸速 率低。 ZigBee 的主要技術特征如表 31 所示。 標準是高速率的WPAN 標準，適合于多媒體應用，有較高的 QoS 保證。 ZigBee 技術特點 委員會制定了三種不同的 WPAN(Wireless Personal Area Network)標準，區(qū)別在于通信速率、 QOS 能力等。 2021 年 11 月， IEEE 正式發(fā)布了該項技術的物理層和 MAC 層所采用的標準協(xié)議，即 協(xié)議標準，作為 ZigBee 技術物理層和媒體接入層的標準協(xié)議 .2021 年 12月， ZigBee 聯(lián)盟在 協(xié)議基礎上，正式發(fā)布了完整的 ZigBee 標準。也就是要開發(fā)一種低速率的 WPAN(LRWPAN,LowRate Wireless Personal Area Network)標準。 主 機 網 關 室內區(qū)域 移動節(jié)點 參考節(jié)點 5 圖 22 定位節(jié)點工作流程 Figure 22 The workflow of positioning nodes 開 始 收到數(shù)據(jù)？ XY—RSSI請求？ 定為節(jié)點發(fā)現(xiàn)請求？ 定為節(jié)點 配置？ 定為節(jié)點 請求配置？ 接受 RSSI 應答？ 強制位置發(fā)現(xiàn) 強制位置發(fā)現(xiàn) 將配置信 息寫入 Flash 取出配置值 發(fā)送給協(xié)調器 接收 RSSI平均值 結 束 Y Y Y Y Y Y N N N N N N 6 圖 23 參考節(jié)點工作流程 Figure 23 The Workflow of reference nodes 開 始 收到數(shù)據(jù)？ XYRSSI 請求？ 參考節(jié)點 配置？ 參考節(jié)點請求配置？ 收集 RSSI？ 結 束 發(fā)送 RSSI平均值 將配置信息 寫入 Flash 取出配置值 發(fā)送給協(xié)調器 多次收集 RSSI Y Y Y Y Y N N N N N 7 3 ZigBee 技術 及協(xié)議棧 概述 ZigBee 技術簡介 ZigBee 發(fā)展概述 近十年來，隨著半導體技術和無線通信技術的不斷發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了多種新的短距離無線通信技術。采用該器件，可實現(xiàn) m 的定位分辨率和 3 m 左右的定位精度，定位時間小于 40μ s。定位節(jié)點接收區(qū)域內所有參考節(jié)點的 RSSI 值后，通過定位算法來計算其坐標位置。本文中核心器件采用 CC2431 實現(xiàn)。 (4)定位節(jié)點 。系統(tǒng)至少需要 3～ 4 個參考節(jié)點才能進行定位。參考節(jié)點 (reference node)是一種已知靜態(tài)節(jié)點，其坐標 (x， y)是固定的，并且不參與定位計算，可由 CC2430 或 CC2431 器件實現(xiàn)。 在網絡中充當路由器的角色。 該網關用于組建一個 ZigBee WSN 網絡，并充當協(xié)調器，把定位節(jié)點坐標及外部環(huán)境參數(shù)傳送給主機。 采用一臺普通的 PC，主機連接網關實現(xiàn)對整個網絡的工作調度，編寫的定位軟件可實時觀察各個定位節(jié)點和參考節(jié)點的運行情況。圖 21 為具體定位系統(tǒng)原理框圖。 4 由參考節(jié)點發(fā)送給定位節(jié)點的數(shù)據(jù)包至少包含參考節(jié)點的坐標參數(shù)水平位置 X和垂直位置 Y。 參考節(jié)點是一個位于已知位置的靜態(tài)節(jié)點，該節(jié)點確知自身的位置并可將其位置通過發(fā)送數(shù)據(jù)包通知其他參考節(jié)點。該技術在實驗室環(huán)境中表現(xiàn)出良好特性，但由于環(huán)境因素變化等原因．實際應用中還需進一步改進。利用理論和經驗模型將傳輸損耗轉化為距離． 再利用合適的算法 （如：三角定位法等） 計算出節(jié)點的位置。 (2)RSSI 定位技術 RSSI 是指節(jié)點接收到的無線信號強度大小。 CC2431的定位引擎基于 RSSI 技術．根據(jù)接收信號強度與已知參考節(jié)點位置準確計算出有關節(jié)點位置。本設計基于 RSSI 定位技術，詳細介紹 基于 ZigBee 技術的射頻芯片 CC2430/CC2431 無線定位系統(tǒng)的構成、 定位原理，并實現(xiàn)了基于 CC2430/CC2431無線定位系統(tǒng)的設計。隨著， TI 公司提出帶硬件定位引擎的片上系統(tǒng) (SoC)解決方 案 CC2430/CC2431。然而在室內、地下等場合的定位需求卻有其局限性。 (3)實時性方面：設計的定位系統(tǒng)能夠滿足目標在室內不停移動（諸如人員走動、汽車緩慢駛入駛出車庫）情況下的實時性要求。課題研究希望所設計的室內定位系統(tǒng)具有下面幾個方面的特點： (1)較高的定位精度：針對通常情況下對室內人員或者物品定位所需要的精度要求，本系統(tǒng)的定位精度設計預期達到 左右。 (6)目前的定位方法一般是基于二維平面的研究，應深入到三維或多維空間方向。 (4)傳感器節(jié)點受距離、能量的限制，需要在算法復雜度與能量耗費之間尋求一種合理的折中算法。 (2)定位的實時性較低。但是，每一種系統(tǒng)和定位方法都是針對不同問題所產生的，之間的交集較少，還需要我們不斷努力去探索。無線網絡技術在為世界經濟帶來巨額財富的同時，也為無線定位技術的發(fā)展注入了新的活力。新興的無線網絡技術，如 WiFi、 ZigBee、 Bluetooth 等在辦公室、家庭、工廠等各方面都得到了廣泛應用。 利用 CC2430 實現(xiàn)網絡中節(jié)點的信息傳輸，將定位方法嵌入芯片內部或在上位機集中處理，其定位算法可以靈活選擇，本文就是使用CC243O 芯片進行定位實現(xiàn)的 。但由于其定位算法由硬件物理完成，導致基于 CC2431 的定位系統(tǒng)靈活性較差。 目前存在兩種 ZigBee 定位解決方案。經過近年來的努力，國內外學者在無線傳感器網絡定位算法的研究中取得了較大進步，但還是出現(xiàn)一些問題，譬如 :更加精確的測距方法、在大規(guī)模傳 感器網絡定位過程中存在的誤差累積問題、對移動節(jié)點定位算法的研究 等。 CC2431 定位引擎原理基于接收信號強度指示 RSSI(Received Signal Strength Indicator)技術，根據(jù)接收 信號強度和己知參考節(jié)點的位置計算出移動節(jié)點的位置，然后將位置信息發(fā)送給接收 2 端。 近年來 ,由 TI 公司和摩托羅拉公司共同研發(fā)的 CC2431 無線定位芯片也值得我們關注， CC2431 是一個帶硬件定位引擎的芯片，能滿足低功耗，符合 ZigBee/ .14無線傳感器網絡的應用需要。目前 ,還沒有建成完整的 SpotON 系統(tǒng)。其顯著特點為采用無線網絡 ,易于安裝，需要基站少 ,應用中要考慮節(jié)點的能耗和大小等問題。它比 Active Badge 定位精度要高 ,但它使用有線網絡，對網絡節(jié)點的依賴性 較強 ,且系統(tǒng)的擴展性受到很大限制。T (Laboratories Cambridge)開發(fā)出最早的室內定位跟蹤系統(tǒng) Active Badge,它利用紅外線技術實現(xiàn)室內定位 ,但由于紅外方向性強、距離短等弊端，定位精度不高，之后經過許多專家學者的 努力又開發(fā)出更多的定位系統(tǒng)和算法 ,代表成果 有Active Bat、 RADAR(Radio Detection and Ranging)、 SpotON 和 Cricket 等 Active Bat 室內定位系統(tǒng)由劍橋大學 ATamp。本文試圖利用 ZigBee 技術實現(xiàn)一種較低成本、較低復雜度的室內定位系統(tǒng)。在所有的定位實現(xiàn)中 ,室內空間由于其環(huán)境的復雜性 ,一直是定位系統(tǒng)實現(xiàn)的一個難點。 基于 ZigBee無線傳感器網絡的出現(xiàn)為室外或室內的無線定位注入了新的活力 ,其綜合了傳感器技術、 嵌入式計算機技術、現(xiàn)代網絡及無線通信技術、分布式信息處理等技術 ,具有靈活、成本低、易于布置等 特性 ,能方便準確的采集各類信息。另一方面 ,在多數(shù)先線傳感器網絡應用中 ,要求傳感器節(jié)點小巧 ,在這樣的情況下 ,GPS 就顯得無能為力了 。 無線傳感器網絡不斷進行數(shù)據(jù)信息的采集 ,其中位置信息是不可或缺的一部分 ,如在戰(zhàn)場偵察、地下煤礦、 火災等現(xiàn)場的監(jiān)控應用中 ，都需要知道傳感器節(jié)點的位置信息人們對無線定位的需求與日俱增 ,盡管全球定位系統(tǒng) GPS 導航逐漸深入到人們的日常生活中 ,具有定位精度高 、實時性好、抗干擾能力強等優(yōu)點 ,但 GPS 設備通常能耗高、體積大、成本高，更適應于無遮擋的室外環(huán)境。 關鍵字 ： ZigBee 技術 ； 無線定位 ； RSSI ； CC2430/CC2431 ； Zstack The Design of the Wireless Location System based on ZigBee Name: Zhu Yanhui Major: Electronic Information Science and Technology Tutor: Gong He Abstract :ZigBee technology, based on the protocol, is a newly developed short range wireless munication technology with the merits of low cost、 low power consumption at parable lower data rate. While the ZigBee technology is more and more frequently adopted in application areas like home automation, telemeter and remote control, mobile automation, medical treatment and so on, the realtime localization in the ZigBee work bees a hot topic recently. This thesis, aiming at ZigBee work, investigates the wireless location, Discussion of RSSIbased location algorithm for wireless sensor work positioning mec hanism and on this basis, designs a lowcost and practical for indoor wireless positioning system. This paper achieves a location system， three parts are included. They are hardware platform, munication program of nodes and PC monitor software. The core of hardware platform is CC2430 which is integrated by RF and 51 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 can be selected to achieve corresponding functions. The exploitation of node munication program is based on ZStack protocol stack which is provided by TI, The paper introduces the nodes munication flow elaborate. The achievement ways of different II kinds of nodes are given .In IAR Embedded Workbench（ EW） circumstance, the PC monitor software is pile