基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、近年來，無線技術(shù)和傳感器技術(shù)得到了空前發(fā)展，人們對(duì)相關(guān)技術(shù)的需求日益高漲，一種新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)橫空出世。該技術(shù)借由傳感器節(jié)點(diǎn)造價(jià)低廉、體積小巧、易于部署等特性，被廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、智能家居、智慧城市等多個(gè)領(lǐng)域。盡管這些應(yīng)用囊括了各行各業(yè)且各具特點(diǎn)，但它們具有一個(gè)共同點(diǎn)，即需要傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息。若缺少了傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息，那么系統(tǒng)獲取的一切信息都失去了意義。因而獲取節(jié)點(diǎn)位置信息的方式尤為重要。長久以來，對(duì)傳感

2、器位置信息的獲取都是通過GPS定位裝置完成的。我們知道，應(yīng)用GPS裝置需要消耗大量資金,這并不符合我們對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)廉價(jià)的要求。因此，如何控制可定位傳感器節(jié)點(diǎn)的成本問題是目前的熱點(diǎn)話題
　　眾多研發(fā)機(jī)構(gòu)都致力于開發(fā)一種新型傳感器節(jié)點(diǎn)位置信息獲取技術(shù)，目前依靠無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身進(jìn)行定位的方式頗受青睞。該技術(shù)的特別之處在于，只需運(yùn)用節(jié)點(diǎn)間的通信信息，采取特殊算法即可確定節(jié)點(diǎn)位置，從而完成定位。本文分別介紹了傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的相關(guān)概念、

3、幾種定位算法及發(fā)展現(xiàn)狀，借此分析目前該技術(shù)存在的問題，并提出改進(jìn)方案。
　　(1)輔助定位節(jié)點(diǎn)（錨節(jié)點(diǎn)）自定位，在傳統(tǒng)的無線傳感器定位系統(tǒng)中，對(duì)于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)（標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)）的定位往往需要借助大量輔助定位節(jié)點(diǎn)（錨節(jié)點(diǎn)）來實(shí)現(xiàn)。但錨節(jié)點(diǎn)的位置信息的獲取具有兩種方式，即通過GPS定位裝置獲取或人工測量，而這兩種方式的缺點(diǎn)是成本過高和定位精度受人工影響大。同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)處于室內(nèi)環(huán)境中時(shí)，由于GPS定位精度大大下降，因此可能出現(xiàn)無法定位的情況，這都

4、是目前所面臨的問題。為了解決這一問題，本文設(shè)計(jì)提出了錨節(jié)點(diǎn)自定位算法。該算法的核心在于，綜合系統(tǒng)已知和可以獲取的信息來對(duì)未知錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位工作，其中系統(tǒng)已知信息是部分錨節(jié)點(diǎn)已知的位置信息，可獲取的信息為信息到達(dá)時(shí)間信息和角度信息。借此大大減少了系統(tǒng)需求初始位置信息已知的錨節(jié)點(diǎn)數(shù)目，在對(duì)系統(tǒng)定位精度影響較小的情況下，降低了系統(tǒng)成本，提升了系統(tǒng)適用范圍。
　　(2)傳感器節(jié)點(diǎn)非視距通信。當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在室內(nèi)環(huán)境或城市中時(shí)，往往會(huì)

5、出現(xiàn)一類問題，即傳感器節(jié)點(diǎn)間信息的傳遞會(huì)受到障礙物阻擋，導(dǎo)致系統(tǒng)無法進(jìn)行視距通信。這類問題的直接后果是會(huì)使我們通過定位節(jié)點(diǎn)得到的信息出現(xiàn)較大偏差，降低系統(tǒng)定位性能。針對(duì)此類問題，本文提出非視距鑒別算法。算法利用非視距使得部分信息出現(xiàn)較大改變這一特性，從系統(tǒng)中鑒別出無法視距通信的節(jié)點(diǎn)，并在定位時(shí)去除該節(jié)點(diǎn)，從而消除非視距問題對(duì)系統(tǒng)定位性能的影響。
　　(3)基于到達(dá)時(shí)間差的定位算法復(fù)雜度高及系統(tǒng)功耗過高的問題。運(yùn)用傳統(tǒng)的TDOA定位

6、算法進(jìn)行定位時(shí)，會(huì)遇到定位方程超定非線性問題，此時(shí)需要運(yùn)用迭代法求解。而迭代法的運(yùn)用，除了提高算法復(fù)雜度外，也增加了系統(tǒng)功耗?；诖耍疚奶岢隽嘶旌蟃DOA與AOA的定位算法，結(jié)合TDOA與AOA信息，成功將求解迭代定位方程的問題簡化，成功降低了算法復(fù)雜度，減少了系統(tǒng)功耗。同時(shí)，針對(duì)于系統(tǒng)功耗高的問題，本文還提出了利用Zigbee協(xié)議代替?zhèn)鹘y(tǒng)的WiFi協(xié)議來開發(fā)定位系統(tǒng)，借此有效的降低了系統(tǒng)功耗，增加了系統(tǒng)壽命，提升了系統(tǒng)適用范圍。