基于无线传感器网络的室内定位系统节点的设计与实现

摘要

近年来，随着物联网产业的蓬勃发展，无线传感器网络技术都受到了国内外研究者的广泛关注。无线传感器网络节点已经成为无线传感器网络的基础性研究之一，由于存在着功耗平衡，传输效率，路由机制，成本控制，节点管理等诸多亟待解决的问题，也一直是研究者追捧的热点。在无线传感器网络的应用中，如导航导购、目标识别、物件定位等都需要基于位置信息服务，因此无线传感器网络定位技术是这些应用实现的前提。因而，结合无线传感器节点与定位技术的研究相结合，具有着重要的理论与实际意义。
　　本文根据无线传感器网络室内定位应用场景的实际需要，提出了设计并实现面向室内定位的无线传感器网络节点方案的最终目标。经过对传感器节点硬件的设计与实现，无线传感器网络操作系统Contiki OS深入分析，移植Contiki OS并编写应用程序等一系列步骤完成了课题的目标。
　　本文工作的主要内容包括：
　　1.总体方案与节点模型的设计。在充分分析应用场景的基础上，根据面向定位的无线传感器网络特性和应用方法，设计了三种节点模型和相应的功能方法
　　2.节点功能设计与硬件实现。采用集成了增强型8051单片机与射频芯片的TI CC2530芯片，完成了外围电路的设计，实现了完整的传感器网络节点硬件。
　　3.节点系统移植与软件实现。利用设计的节点硬件，实现了Contiki OS在基于CC2530芯片传感器节点上的移植。设计并编写功能程序。分析当前无线传感器网络通信协议与网络模型，提出并实现了使用RPL路由协议的路由方法，根据设计的节点模型编写了相应的功能程序。
　　4.验证无线传感器节点的性能和无线传感器网络的通信能力。进行了传感器节点的功能性测试，RSSI值测试和丢包率测试，并分析了试验结果。针对无线传感器网络室内定位应用，进行了定位算法的测试与验证。测试结果表明无线传感器节点能够满足之前的设计要求。
　　最终，本文通过上述的一系列工作，完成了无线传感器网络节点的设计与实现，实现了课题目标。

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第一章 绪 论

1.1 选题的目的和意义

1.2 选题相关技术的国内外研究现状及发展趋势

1.3 选题的研究目标与主要内容

1.4 本文的结构安排

第二章 无线传感器网络总体方案与硬件设计

2.1 需求分析与总体方案设计

2.2 节点硬件设计

2.3 本章小结

第三章Contiki OS操作系统移植

3.1Contiki OS系统架构分析

3.2 编译环境搭建与工具链安装

3.3 驱动层移植与适配

3.4 本章小结

第四章 传感器网络节点路由及其他功能程序的设计与实现

4.1Contiki OS系统编程代码框架

4.2 RPL路由程序的分析与实现

4.3 节点其他功能程序的设计与实现

4.4 本章小结

第五章 实验与测试

5.1 节点功能性测试

5.2 节点通信能力测试

5.3 定位算法的验证与测试

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献