基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)室內(nèi)定位技術(shù)研究的中期報(bào)告

基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)室內(nèi)定位技術(shù)研究的中期報(bào)告摘要：本文介紹了基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)室內(nèi)定位技術(shù)研究的中期進(jìn)展。文章首先介紹了室內(nèi)定位的背景及現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，然后闡述了基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)室內(nèi)定位技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)步驟。接著，對(duì)目前已經(jīng)完成的硬件和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)地介紹，并給出了測(cè)試結(jié)果及分析。最后，對(duì)未來的研究方向進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：Zigbee，無線傳感網(wǎng)，室內(nèi)定位，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)。一、背景隨著無線傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，無線傳感網(wǎng)在室內(nèi)定位領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如，室內(nèi)導(dǎo)航、物品定位、人員監(jiān)測(cè)等。室內(nèi)定位技術(shù)是指在室內(nèi)環(huán)境下，通過使用無線傳感器，采集并處理物理信息，確定物體或人員在室內(nèi)的位置。目前，室內(nèi)定位技術(shù)主要分為三種：基于無線信號(hào)的定位、基于視覺識(shí)別的定位和基于慣性導(dǎo)航的定位。其中，基于無線信號(hào)的定位技術(shù)是最為常用的一種技術(shù)。在基于無線信號(hào)的定位技術(shù)中，利用的無線信號(hào)主要有Wi-Fi和Zigbee兩種。Wi-Fi作為一種廣泛應(yīng)用的無線通信技術(shù)，應(yīng)用在室內(nèi)定位領(lǐng)域已有許多研究成果。但是，Wi-Fi信號(hào)受到的信道干擾較大，容易受到物體的遮擋效應(yīng)，因此，Wi-Fi信號(hào)在室內(nèi)定位精度方面有很大不足。與之相比，Zigbee作為一種低功耗、短距離、高通信效率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在室內(nèi)定位領(lǐng)域也具有很大的潛力。二、研究?jī)?nèi)容本文的研究?jī)?nèi)容是基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)室內(nèi)定位技術(shù)。研究?jī)?nèi)容分為兩個(gè)部分：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要是針對(duì)Zigbee節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，包括節(jié)點(diǎn)的硬件電路設(shè)計(jì)和Zigbee節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)主要是針對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的通信和數(shù)據(jù)處理，包括節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)和定位算法的實(shí)現(xiàn)。三、研究進(jìn)展1.硬件設(shè)計(jì)本文的硬件設(shè)計(jì)采用TI公司的CC2530芯片作為Zigbee節(jié)點(diǎn)的核心芯片，配合CC2591增強(qiáng)器，擴(kuò)大了無線信號(hào)的傳輸范圍。節(jié)點(diǎn)電源采用鋰電池供電，以保證長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。在節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)中，我們采用了直接布線的方式，以提高節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力。在節(jié)點(diǎn)界面設(shè)計(jì)上，我們采用了標(biāo)準(zhǔn)的JTAG調(diào)試接口，方便開發(fā)人員進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試。2.軟件設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)方面，我們首先實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。數(shù)據(jù)通信協(xié)議采用的是IEEE802.15.4協(xié)議，該協(xié)議專門針對(duì)Zigbee物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)，具有較高的通信效率和穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議采用AODV協(xié)議（AdhocOn-demandDistanceVectorRoutingProtocol），這是一種經(jīng)典的自組網(wǎng)路協(xié)議，可以有效支持Zigbee節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸。然后，我們實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)定位算法。我們采用了RSSI（ReceivedSignalStrengthIndication，接收信號(hào)強(qiáng)度指示）算法來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。這種算法是通過信號(hào)強(qiáng)度來推算距離，并綜合多個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度信息來確定節(jié)點(diǎn)的位置。為了提高定位精度，我們?cè)赗SSI算法的基礎(chǔ)上添加了加權(quán)平均算法。這種算法可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置和信號(hào)強(qiáng)度值對(duì)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室對(duì)我們的系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)室內(nèi)定位技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高的定位精度，定位誤差在1-2米之間。此外，我們還測(cè)試了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能，并且測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)的響應(yīng)速度可以滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求。五、未來工作目前，我們的研究工作還處于中期，我們的下一步工作將主要包括以下幾個(gè)方面：1.系統(tǒng)優(yōu)化：優(yōu)化定位算法和數(shù)據(jù)處理流程，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的定位精度