基于ZigBee网络室内定位系统设计与实现

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1、武汉理工大学硕士学位论文基于ZigBee网络室内定位系统设计与实现姓名：贺茂平申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：封小钰；王刚20120519摘要WSN改变了我们与客观世界之间的交互方式，使我们能方便地感知这个世界。布局和覆盖、节点定位、网络通信协议是WSN研究中的几个基本问题。随着信息化和智能化的发展，对定位的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如办公大楼、矿井、地下停车场、仓库、车站大厅等环境中，常常需要确定相关人员和重要设施的位置信息。但是受复杂室内环境、定位精度、定位时间等条件的限制，比较完善的定

2、位技术在封闭空间还无法很好的利用。近年来逐渐兴起的ZigBee技术以其低功耗、低成本的特性很好的解决了室内定位问题。本文在总结前人定位技术基础上，完成了基于ZigBee网络室内定位系统的设计。首先，基于项目的实际需求，概述本文的研究背景和意义；接着阐述基于ZigBee网络的定位技术的研究现状。其次，对ZigBee定位技术进行研究。定位需要计算节点的位置，因此首先介绍了几种节点间测距方法，并进行公式推导；然后分析了定位原理及定位步骤，定位算法的分类和评价标准，最后介绍了基于RSSI定位、TOA定位、TDOA定位、AOA

3、定位和质心定位几种典型的定位算法，同时分析了它们各自的应用范围。然后，本文提出了改进RSSI定位算法的设想。先建立信号传播耗损模型；接着对传统RSSI定位算法的缺陷进行深入分析，针对缺陷提出改进方法，并做了相关的数学理论推导，然后介绍改进后RSSI定位的执行顺序。最后为了对改进前后的RSSI算法进行定量的比较分析，通过MATLAB进行仿真，结果表明，改进后的算法明显提高了盲节点的定位精度，完成了对RSSI定位算法的改进。再次，通过构建ZigBee无线定位系统的框架，ZigBee协议栈移植设计和ZigBee组网设计，完

4、成ZigBee无线定位系统设计。系统硬件设计是基于CC2430／3l两款芯片的合理应用，CC2431模块的定位原理，三种网络节点的设计方案。系统软件设计主要包括软件开发环境，无线定位应用Profile和整个无线定位系统的数据收发流程，最后重点介绍ZigBee网关节点、参考节点和盲节点数据流程设计。最后通过搭建平台和观测系统运行状况，给出无线定位最小系统结构，利用实时定位软件检测参考节点、盲节点的算法改进前后两种定位结果，证明了系统设计的正确性和合理性。关键词：WSN，ZigBee，室内定位，CC2431Abstrac

5、tWSNchangesthewayofexchanginginformationbetweenUSandtheobjectiveworld，SOthatwecaneasilyperceive‘thenatural．Layoutandcoverage，nodelocalization,networkcommunicationprotocolsareseveralbasicproblemsinWSNresearch．Withtheprogressofinformationandintelligence，People’Sd

6、emandforlocationisinereasing．Especiallyincomplexindoorenvironments，suchastheofficebuilding，mine，undergroundparking，warehouse，airporthallandSOon，theindoorIocmioninformationofrelatedpersonnelandvaluablesneedtobeidentified．Butasthelimitationofthecomplexityoftheind

7、oorenvironmentconditions，locationaccuraeyandlocationtime，well-locationtechnologyiSstillunabletobeusedinanencloseurespaee．Inrecentyears，ZigBeetechnologyarisesgraduallyforitslow-powerandlow-costcharacteristics，resolvingsomeproblemsofindoorlocationperfectly．Ontheb

8、asisofpreviouslocationtechnology,accomplishingthedesignofindoorlocationsystembased·onZigBee．Firstly,basedontheactualneedsoftheproject,showinganoverviewoftheresearchbackgroun