基于ZigBee的定位算法及其實(shí)現(xiàn)研究.pdf

1、定位技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)重要支撐技術(shù)之一，也是當(dāng)前研究的一個熱點(diǎn)課題。一些突發(fā)事件的發(fā)生往往需要確定其位置信息，以便在采取相應(yīng)的應(yīng)急措施和救援措施時(shí)就顯得得心應(yīng)手，這就需要我們有一套比較完備的定位系統(tǒng)和一系列有效的算法理論，而定位算法的研究直接影響到定位系統(tǒng)能否達(dá)到理想的定位精度。因此對定位算法的研究是一件很有價(jià)值的事，在實(shí)際的應(yīng)用中具有深遠(yuǎn)的意義。
　　 根據(jù)定位方法的分類，可將其分為基于距離的和距離無關(guān)的定位，也可將其分為并

2、發(fā)式的和遞增式的定位。本文研究的定位方法主要是基于距離的和基于遞增式的定位方法，遞增式定位方法的實(shí)質(zhì)也是基于距離的定位，它們都需要測量距離，二者距離的測量均采用基于RSSI(Received Signal Strength Indication)測距原理。
　　 本文首先介紹了當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于定位技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及存在的不足，說明了研究定位技術(shù)的重要現(xiàn)實(shí)意義。其次介紹了ZigBee無線技術(shù)及其相關(guān)理論，ZigBee是近幾年才發(fā)展起來

3、的一門新技術(shù)，它在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用具有較大的優(yōu)勢，基于ZigBee技術(shù)的無線定位是本文研究的重點(diǎn)。接著對常見的定位算法理論進(jìn)行詳細(xì)說明，主要介紹了基于距離的定位算法原理和過程，如TOA(Time of Arrival)、TDOA(Time Difference of Arrival)、RSS(Received Signal Strength)以及AOA(Angle of Arrival)等。然后在ZigBee定位技術(shù)及其算法研究

4、基礎(chǔ)上提出了兩種特殊的定位算法，即兩點(diǎn)定位算法和改進(jìn)的遞增定位算法。定位原理是基于采集到的RSSI值，通過理論或經(jīng)驗(yàn)測距模型將其轉(zhuǎn)換成距離值，再根據(jù)提出的定位算法就可求出未知點(diǎn)的坐標(biāo)?？紤]公路和井下等特殊環(huán)境，提出單側(cè)布置參考節(jié)點(diǎn)的兩點(diǎn)算法，一方面能夠節(jié)約成本，另一方面還可以提高定位效率;而在大規(guī)模區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)定位需要知道較多的錨節(jié)點(diǎn)位置，如果采用人工測量就顯得很復(fù)雜，因此提出一種逐步遞增定位法，即將參考節(jié)點(diǎn)看作是定位節(jié)點(diǎn)，初始定位時(shí)只

5、選擇某幾個參考節(jié)點(diǎn)作為已知位置的節(jié)點(diǎn)，但是遞增定位會造成累計(jì)誤差的影響，因此在此基礎(chǔ)上又提出一種改進(jìn)的加權(quán)最小二乘法。通過MATLB仿真，提出的算法均可有效定位。
　　 最后，在實(shí)際應(yīng)用中結(jié)合ZigBee硬件實(shí)現(xiàn)算法。基于ZigBee技術(shù)的定位研究主要是采用CC2430模塊，它的最大特點(diǎn)是成本和功耗都比較低。整個定位系統(tǒng)由參考節(jié)點(diǎn)、移動節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)組成，并對各節(jié)點(diǎn)的硬件組成和下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)描述?；趯?shí)驗(yàn)環(huán)境采集到的RSS