基于Zigbee无线网络的室内定位系统研究

摘要

节点定位技术是无线传感器网络(WSN)的关键技术之一，快速有效地获取节点的位置信息和提供位置服务是 WSN监测和控制事件的前提和基础。Zigbee作为一种短距离、低功耗、短时延、强容错性和自适应性的无线网络技术，满足WSN的要求，特别适用于室内和小范围的定位。经过对Zigbee和无线定位技术深入的研究和学习，实现了基于Zigbee的室内无线定位系统，主要工作如下：
　　1.本文论述了Zigbee和室内无线定位研究现状，列举了目前常见的几种定位算法的原理和特点，并给出了衡量定位系统的性能指标。选择以 CC2530为核心搭建了基于Zigbee的无线传感器网络定位平台，并对软硬件设计进行了详细的介绍。
　　2.在已有算法的基础上，改进了两种基于 RSSI的定位算法：极大似然估计法和三角形加权质心算法。对于第一种算法，通过理论推导和仿真为其选出了合适的权值矩阵。对于第二种算法，分析了其权值存在不合理的地方，用节点间距离的比值代替距离的倒数作为权值，并对该算法在Matlab环境下进行了仿真测试。
　　3.在搭建好的定位系统上进行实测，其过程分为测距阶段和定位阶段。在测距阶段中，考虑到节点尺寸、系统成本和可行性等因素，采用了基于RSSI的测距技术。为了减小外界环境对测距的干扰，提出了误差补偿措施，通过曲线拟合得出了误差补偿的数学表达式。在定位阶段中，完成了上位机的参数标定和定位算法在Visual Basic6.0开发环境下的代码编写，上位机调用定位算法计算出移动节点的位置。
　　本文从定位精度、成本、功耗、容错性和自适应性这4个性能评价指标对定位系统进行了分析。分析结果表明，该定位系统的误差控制在1.5m以内，具有高定位精度，低功耗和成本，强容错和适应能力，具有一定的理论和应用价值。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1 无线传感器网络定位技术的研究背景和意义

1.2 室内定位技术

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的主要内容及章节安排

2无线传感器网络的定位技术

2.1 定位技术概述

2.2 节点位置计算方法

2.3 无线定位算法

2.4 定位性能评价指标

2.5 本章小结

3 基于Zigbee无线网络的定位平台

3.1 Zigbee技术概述

3.2 硬件平台

3.3 软件平台

3.4 系统工作流程

3.5 软件设计过程中的几个问题

3.6 本章小结

4 基于RSSI测距的定位算法

4.1 RSSI的测距模型

4.2 基于RSSI的改进算法

4.3 本章小结

5 定位系统实测与结果分析

5.1 A和n的测量

5.2 误差补偿

5.3 定位系统的测试

5.4 定位性能分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的论文