位移監(jiān)控工作原理-有源.doc

定位系統(tǒng)概論1ZigBee網(wǎng)絡(luò)工作原理1.1ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按照功能分為兩類：（1）FFD（Full Function Device）（2）RFD（Reduced Function Device）FFD與RFD的主要區(qū)別：FFD可以允許其他ZigBee（FFD、RFD）設(shè)備接入，具有路由接入和轉(zhuǎn)發(fā)的功能，是ZigBee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的主要路由節(jié)點(diǎn)；RFD設(shè)備只能申請(qǐng)接入FFD設(shè)備，不能允許其他ZigBee設(shè)備接入，是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：上圖中PAN Coordinator也是一種FFD設(shè)備，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)有唯一的1個(gè)PAN Coordinator。1.2 定義一個(gè)以ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)的通用定位系統(tǒng)，ZigBee設(shè)備分為三種：（1）協(xié)調(diào)器（PAN Coordinator FFD）：管理一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，擁有一個(gè)IP地址，可以連接到網(wǎng)管服務(wù)器的網(wǎng)關(guān)。（2）路由器（Router FFD）：有路由功能，允許其他ZigBee設(shè)備（FFD， RFD）接入和進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)是定位標(biāo)簽，定位其具體位置的參考點(diǎn)。（3）定位標(biāo)簽（Device RFD）：貼附或是被攜帶于被定位的物體或人員，是一個(gè)終端設(shè)備。1.3 設(shè)備傳輸距離，可依不同應(yīng)用環(huán)境定義不同距離：（1）T：各個(gè)路由器之間，協(xié)調(diào)器和路由器之間的傳輸距離，即（FFD）之間，初始定義為室內(nèi)150米，室外350米。（2）L：定位范圍的距離，即標(biāo)簽（RFD）到路由器（FFD）之間，初始定義為室內(nèi)50米，室外100米。1.4系統(tǒng)采用Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并根?jù)實(shí)際需要對(duì)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行子網(wǎng)劃分。每個(gè)子網(wǎng)是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，其中包含1個(gè)協(xié)調(diào)器，和適當(dāng)數(shù)目的路由器（數(shù)目35-50個(gè)）。如下圖，整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)分成4個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)有1個(gè)協(xié)調(diào)器（Ca，Cb，Cc，Cd）和各自子網(wǎng)管理的路由器（Rax，Rbx，Rcx，Rdx）。1.5定位系統(tǒng)的工作原理（1）定位：一個(gè)或一個(gè)以上的路由器收到某個(gè)定位標(biāo)簽的信號(hào)，即確認(rèn)此定位標(biāo)簽位置是在收到最強(qiáng)信號(hào)的路由器所在位置的定位范圍內(nèi)。（2）定位信息傳送：路由器收到定位標(biāo)簽的定位信息，即根據(jù)路由器的路由表轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)路由器，最終到達(dá)協(xié)調(diào)器并傳送到網(wǎng)管服務(wù)器，顯示具體信息在服務(wù)應(yīng)用軟件的顯示器上。（3）以室外路由器為例：綠色圓環(huán)表示半徑為L(zhǎng)的可定位區(qū)域，即凡是進(jìn)入綠色環(huán)的定位標(biāo)簽均可被該路由器發(fā)現(xiàn)；紅色圓環(huán)表示半徑為T(mén)的路由器傳輸范圍，即凡是在紅色環(huán)內(nèi)的其他路由器或終點(diǎn)協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)，均可以與該路由器進(jìn)行定位信息數(shù)據(jù)傳輸。（4）定位范圍示意圖避免定位區(qū)域上有信號(hào)盲區(qū)，盲區(qū)是指定位標(biāo)簽的信號(hào)沒(méi)有路由器接收。R（路由器），C（協(xié)調(diào)器）如矩形區(qū)域?yàn)槭彝舛ㄎ粎^(qū)域，室外路由器的布置至少要達(dá)到上圖的密集程度。（5）定位信息傳輸示意圖當(dāng)路由器R1有數(shù)據(jù)要上傳時(shí)，其首先要查找一條最佳路徑至子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)C，該路徑的優(yōu)劣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為-最小消耗。原理過(guò)程如下：路由發(fā)現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)路由器設(shè)備協(xié)作并發(fā)現(xiàn)和建立路由的一個(gè)過(guò)程。一個(gè)路由操作總是針對(duì)某個(gè)目的，通過(guò)任何一個(gè)路由器啟動(dòng)。該路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制在源設(shè)備和目的設(shè)備間搜尋所有可能的路由并試圖選擇最好的路由路線。路由選擇通過(guò)選擇最小消耗的路由路線。每個(gè)設(shè)備在連接到鄰節(jié)點(diǎn)幾乎保持不變的“連接消耗”。該連接消耗是接收信號(hào)的強(qiáng)度的一個(gè)典型功能。沿著路由路線加起所有的連接消耗，就是整個(gè)路由的“連接消耗”。路由算法試圖選擇這個(gè)路由最小的“路由消耗”。具體網(wǎng)絡(luò)路由器溝通和操作方式路由請(qǐng)求路由通過(guò)請(qǐng)求/響應(yīng)信息包被發(fā)現(xiàn)。一個(gè)源設(shè)備為了一個(gè)目的地址，通過(guò)發(fā)送一個(gè)廣播路由請(qǐng)求（RREQ）信息到它的鄰設(shè)備請(qǐng)求一個(gè)路由。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè) RREQ 信息時(shí)，它將依次轉(zhuǎn)播這個(gè) RREQ 信息。但是在做這個(gè)之前，它更新 RREQ 信息的消耗域，通過(guò)增加連接消耗為了最后的連接。這樣，RREQ 信息將攜帶向前傳輸?shù)乃械倪B接消耗。這個(gè)重復(fù)過(guò)程直到 RREQ 到達(dá)這個(gè)目的設(shè)備。RREQ的一些復(fù)制可能經(jīng)過(guò)不同的路徑重復(fù)到達(dá)目的設(shè)備。該目的設(shè)備選擇最好的 RREQ 信息并發(fā)送一個(gè)路由答復(fù)（RREP）返回到源設(shè)備。路由響應(yīng)RREP 是沿著唯一的相反的路徑返回到最初的請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)。 作為 RREP 信息傳播回源節(jié)點(diǎn)，中間的節(jié)點(diǎn)更新他們的路由表格，指出路由路線到目的設(shè)備。 一旦一個(gè)路由被創(chuàng)建，數(shù)據(jù)包能被發(fā)送。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)丟失到它下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通性時(shí)（發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，它不能接收一個(gè) MAC 應(yīng)答 ACK），這個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送一個(gè) RERR 到所有潛在的接收它 RREP 的節(jié)點(diǎn)，使該路由無(wú)效。在接收一個(gè) RREQ，RREP 或 RERR 之上，這些節(jié)點(diǎn)都將更新他們的路由表格。在實(shí)際使用的過(guò)程中，由于室外空間往往不是完全空曠，存在建筑物對(duì)信號(hào)的阻擋或樹(shù)木對(duì)視線的阻擋。所以考慮到能夠不因信號(hào)阻擋出現(xiàn)盲區(qū)和提高定位精度的考慮，室外路由器的布置間距往往較為密集。這樣便造成同一區(qū)域有多個(gè)路由器覆蓋的情況，在這種情況下，采用定位標(biāo)簽信號(hào)到的路由器時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析。室內(nèi)定位時(shí)也會(huì)遇到幾個(gè)路由器同時(shí)讀到定位標(biāo)簽的情況，但無(wú)線信號(hào)傳透墻壁時(shí)，信號(hào)損耗較大，因此只有一個(gè)路由器接收信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)。所以定位的分析計(jì)算有兩種處理方法。方法一：同時(shí)幾個(gè)路由器都接收到定位標(biāo)簽信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)則確認(rèn)標(biāo)簽在信號(hào)最強(qiáng)的路由器所定位的區(qū)域。方法二：同時(shí)幾個(gè)路由器都接收到定位標(biāo)簽信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)則根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度選擇三個(gè)信號(hào)較強(qiáng)的路由器進(jìn)行判斷。如下圖所示：圖中 1 2 3 為路由器，4為定位標(biāo)簽。圓是以路由器所在位置為圓心，r與信號(hào)強(qiáng)度成反比。室內(nèi)定位按照方法一進(jìn)行運(yùn)算處理，室外定位按照方法二進(jìn)行運(yùn)算處理。2 數(shù)據(jù)格式以下5個(gè)檔案為擬定的數(shù)據(jù)庫(kù)存內(nèi)容基礎(chǔ)檔案一（人工輸入）子網(wǎng)編號(hào)設(shè)備長(zhǎng)地址設(shè)備短地址IP地址位置坐標(biāo)架設(shè)時(shí)間修改時(shí)間位置說(shuō)明2byte8byte2byte4byte8byte精確到日精確到日16char基礎(chǔ)檔案二（人工輸入）標(biāo)簽長(zhǎng)地址高頻卡ID姓名人員類型證件種類證件號(hào)發(fā)證時(shí)間失效時(shí)間權(quán)限保留8byte8byte16char1byte1byte4byte精確到分精確到分4byte2byte定位檔案（每3秒鐘記錄一次，用于實(shí)時(shí)顯示和歷史查詢,通過(guò)實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)計(jì)算得出位置坐標(biāo)）標(biāo)簽長(zhǎng)地址時(shí)間位置坐標(biāo)報(bào)警信息電量信息保留8byte精確到秒8byte1byte1byte2byte網(wǎng)絡(luò)檔案（每分鐘記錄一次實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)）設(shè)備長(zhǎng)地址時(shí)間跳數(shù)（1-n）設(shè)備長(zhǎng)地址1鏈路消耗1保留1設(shè)備長(zhǎng)地址n鏈路消耗n保留n8byte精確到秒2byte8byte2byte2byte8byte2byte2byte電子地圖檔案地圖編號(hào)創(chuàng)建時(shí)間描述類型存儲(chǔ)地址保留2byte精確到日16char2byte2byte2byte以下2個(gè)檔案為ZigBee協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)上傳的信息數(shù)據(jù)內(nèi)容實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)（zigbee網(wǎng)關(guān)提供）設(shè)備長(zhǎng)地址時(shí)間長(zhǎng)度（1-n）標(biāo)簽長(zhǎng)地址1電量報(bào)警1信號(hào)強(qiáng)度1標(biāo)簽長(zhǎng)地址n電量報(bào)警n信號(hào)強(qiáng)度n8byte精確到秒2byte8byte2byte2byte8byte2byte2byte實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)（zigbee網(wǎng)關(guān)提供）設(shè)備長(zhǎng)地址時(shí)間跳數(shù)（1-n）設(shè)備長(zhǎng)地址1鏈路消耗1保留1設(shè)備長(zhǎng)地址n鏈路消耗n保留n8byte精確到秒2byte8byte2byte2byte8byte2byte2byte系統(tǒng)每一分鐘掃描一下網(wǎng)絡(luò)信息，進(jìn)行“實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)”更新3 操作圖形界面主界面類似上圖所示。左側(cè)上端列表按照“子網(wǎng)”-“路由器”-“標(biāo)簽”分級(jí)，左側(cè)下端可按照各種條件進(jìn)行查詢；右側(cè)為電子地圖及報(bào)警信息欄，點(diǎn)擊報(bào)警信息可以直接跳轉(zhuǎn)至該人員所在的電子地圖?！半娮拥貓D導(dǎo)入”可以將定位區(qū)域的平面工程圖載入，點(diǎn)擊進(jìn)入，彈出文件選擇界面，選擇文件后，導(dǎo)入圖片并在界面顯示，點(diǎn)擊確定導(dǎo)入完成。此一項(xiàng)功能應(yīng)支持多種圖片格式，以滿足不同層次的客戶需求。導(dǎo)入的平面圖可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放等操作。電子地圖導(dǎo)入之后，可以確定電子地圖的比例尺，如下例所示：在電子地圖中拖拽“比例測(cè)量器”（圖中紅色部分），將其與兩端與一個(gè)已知的長(zhǎng)度兩端對(duì)齊，然后輸入實(shí)際距離（實(shí)例圖中為200米），點(diǎn)擊“確定”，則系統(tǒng)可以計(jì)算出電子地圖的比例尺。“路由器定位”可將路由器按照其安裝位置拖拽到電子地圖的對(duì)應(yīng)位置上。在電子地圖導(dǎo)入完成以后，則路由器可覆蓋范圍可