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1、第30卷第1期西安工业大学学报Vol.30No.12010年02月JournalofXi.anTechnologicalUniversityFeb.2010文章编号:167329965(2010)012009204*ZigBee技术在室内定位中的应用1121高明,吉祥,刘宇,吕宏(1.西安工业大学光电工程学院,西安710032;2.西安应用光学研究所,西安710065)摘要:为了完成短距离室内定位问题,提出了一种利用ZigBee技术的解决方案.通过对无线电传播路径损耗模型的分析,给出了一种基于接受信号强度指示(Receiv
2、edSignalStrengthIndicator,RSSI)的节点定位算法.以三边定位算法为基础,对得出的解加权平均以达到优化定位结果的作用.实验研究表明,在一定的通讯距离之内,可实现在扩大定位范围的同时提高定位精度.现场实验中最佳定位控制精度可达到0.5m.关键词:ZigBee技术;室内定位;无线传感器网络;信号强度中图号:TN929.5文献标志码:A近年来短距离室内定位越来越受到广泛的关域出现被感知对象的信息时,在通信距离内的参考[1]注,各种相应的定位方式也不断出现,但是由于节点能快速的采集到这些信息,同时利用路由
3、广播诸如功耗和通信成本等原因,室内定位技术还有待的方式把信息传递给其他参考节点,最终形成了一于进一步的研究完善.目前的定位方式主要有红外个信息传递链并经过信息的多级跳跃回传给终端线室内定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、射频电脑加以处理,从而实现对一定区域的长时间监控[223]识别技术和无线传感器网络技术等.无线传感和定位.如图1所示,密集排布的参考点之间可以[4]器网络技术是近年来新兴的无线网络技术,无线进行路由通信,同时也可以与感知对象之间建立联传感器网络集成了传感器、嵌入式计算、现代网络系,经过数据整合打包后经过信息
4、多跳,回传给PC及无线通信、分布式信息处理等技术.ZigBee技术机进行处理,并将定位结果展现出来.[5]作为无线传感器技术中的一种也随之发展起来,鉴于ZigBee技术其自身的特点,能更好的满足短距离室内定位的要求.文中通过基于ZigBee的无线传感器网络设计和多次定位实验,在验证了无线传感器网络定位技术在短距离室内定位中的可行性的基础上,提出了[6]图1Zigbee的定位原理示意图室内定位的优化组网方式,同时,通过优化定位算Fig.1PrincipleofZigbeelocalization[6]法进一步提高了定位准确度
5、.1.2定位算法1ZigBee技术的定位原理及算法由于使用的场合是短距离室内定位,因此基于测时间的定位方式会产生较大的误差,而基于测距1.1定位原理技术的定位方式则比较适合短距离室内这种环境.Zibee技术就是通过在待定位区域布设大量的接收信号强度指示技术(ReceivedSignal廉价参考节点,这些参考节点间通过无线通信的方StrengthIndicator,RSSI)功耗低、成本低、实用性式形成了一个大型的自组织网络系统,当待定位区高,是目前比较适合大规模应用的技术,本文选用*收稿日期:2009208224作者简介:
6、高明(19642),男,西安工业大学教授,主要研究方向为光学设计、光电仪器设计.E2mail:minggao1990@sohu.com.10西安工业大学学报第30卷[7]222测距定位方式中的RSSI技术作为定位方式.L3:2(x3-x1)x+2(y3-y1)y=d1-d3-x1+222电波在自由空间传播的距离、频率和信号衰减x3-y1+y3(6)的关系为Qlos=32.44+20lgd+20logf(1)[8]式中:Qlos为传播损耗,单位为dB;d为距离,单位为km;f为工作频率,单位为MHz.当电波的频率和发射功率固
7、定不变时,通信的距离和接收器接收到的功率直接相关,由于不同的环境下信号的衰减程度不同,在相应的环境下进行测量得到传播损耗经验值,并对式(1)进行修正.作为需要定位的目标装置,本方案选择CC2431芯片来完成.CC2431是TI公司推出的带图2产生误差时的实际测量情况硬件定位引擎的片上系统(SoC)解决方案,能满足Fig.2Theactualmeasurementwitherrors低功耗ZigBee/IEEE802.15.4无线传感器网络的三条直线的交点即为式(5)~(7)组成的方程[9]应用需要.CC2431定位引擎基于
8、RSSI技术,根组的解,可以作为待定位节点的估计坐标.如果测据接收信号强度与已知参考节点位置准确计算出到多个节点的距离,组合得到多个方程组,这些方目标装置位置.程组的解分别是(x1,y1),(x2,y2),,,(xn,yn),取RSSI的理论值可表示为这些解的平均值能够有效的减少误差,可由式(7)IRS
