ZigBee技术在室内定位中的应用研究

摘要

定位技术是无线传感器网络的核心支撑技术,基于RSSI的定位技术以其无需额外的硬件,定位成本低,已被无线传感器网络作为重要选择之一。作为GPS系统的补充,RSSI定位技术可广泛应用在GPS信号无法到达的场所。ZigBee技术以其低成本、低功耗、网络容量大等特有优势,近年来得到迅猛发展,被广泛看好并应用于无线传感器网络中。本文调研分析了国内外无线定位技术、无线传感器网络技术、ZigBee技术的研究现状,重点研究并开发了基于ZigBee技术的室内定位系统,对基于ZigBee技术的室内定位的方法理论进行了研究与验证。本文主要工作及创新点概括如下:
　　 1.实现了多种基于ZigBee平台的RSSI指纹匹配定位法,其中包括最近邻匹配法、最近K邻居匹配法和贝叶斯匹配法,并在贝叶斯算法基础上尝试了设定阈值的贝叶斯匹配法。在以MC13213为基础的ZigBee定位系统上,详细分析了室内信号强度的特征,为指纹匹配算法提供了实验依据。最后比较了四种算法定位结果,表明最邻近法平均定位误差能达到2m以下,而贝叶斯法平均定位误差能达到1.4m以下。
　　 2.分析了信号路径损耗模型,其中包括对数模型、多项式模型,根据路径损耗因子在不同环境下不同的思想,设计了一种新的模型。在室外空旷广场内,以CC2530为硬件平台的ZigBee网络中进行了测试,并获得大量实验数据。实验结果表明在近距离(<15m)下,新模型相对传统对数模型能达到更优效果,在中长距离(15m～110m)下,多项式模型则更优。
　　 3.针对室内等复杂环境,以普通加权质心算法为基础,设计了一种新的基于RSSI二维加权质心定位算法,并在此基础上提出了一种三维加权质心定位算法。在以CC2530为基础的ZigBee定位系统上,分别在室外室内验证了算法的有效性,实验结果表明二维加权质心定位算法平均定位误差在2m以内,三维加权质心定位算法平均定位误差在3.3m以内。