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1、基于Zigbee协议的无线定位网络在安保系统中的应用 A ZigBee-based Application in Security through Wireless Location Networks,毕业设计,文献综述,课题背景介绍 GPS设备通常能耗高、体积大、成本高，更适合于空旷的室外环境，ZigBee技术的出现为小范围例如室内无线定位技术注入了新的希望，因为它具有低成本，低功耗，易于组网等特点。 本文提到的CC2431无线定位芯片由TI公司和摩托罗拉公司共同研发，它是一个带硬件定位引擎的芯片，能满足低功耗，符合IEEE 802.15.4标准。定位精度达到0.25米，误差在3米内。,无线
2、定位系统的国内外发展现状,1992年，Active Badge系统产生于英国剑桥，是最早的室内定位系统之一。 1998年，Microsoft公司开发出RADAR定位系统，它是基于RSSI技术的室内无线射频定位系统。 2000年，MIT研制的Cricket系统是现在仍在使用的室内定位系统之一。 2001年，AHLOS系统出现，它是一种混合定位系统。 2002年，加利福尼亚大学的Calamari系统也是一种混合定位系统。,这几年兴起的定位技术还有基于超宽带(Ultra Wide Band,UWB)的定位技术、基于Wi-Fi的定位技术以及基于ZigBee的定位技术等等。,ZigBee技术简介,Zig
3、Bee发展 2000年，IEEE 802.15.4标准出台。ZigBee联盟成立于2001年8月，2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦公司等四大公司加盟 ZigBee联盟，这一事件成为ZigBee技术发展的里程碑，到目前为止，加盟ZigBee联盟的不仅仅只有当初的四家公司，而是涵盖了IT领域以及其他行业的150多家企业。,ZigBee技术的主要特点,低功耗：在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作624个月。 低成本：协议代码少，免专利费。 低速率：数据传输速率在20250 kbps。 近距离：传输范围一般介于10100 m
4、之间,在增加RF发射功率后，亦可增加到13 km。 高容量：最多一个主节点可管理254个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。 免执照频段：采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段，2.4 GHz (全球)、915 MHz(美国)和868MHz(欧洲) 。,ZigBee与其他技术的比较,ZigBee协议栈,协议栈概述 ZigBee协议栈的是由物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、网络层(NWK)和应用层(APL)组成的。其中，PHY层和MAC层协议由IEEE 802.15.4定义，网络层和应用层的协议由ZigBee联盟定义。而应用层又包含应用支
5、持子层(APS)、应用框架(AF)、ZigBee设备对象(ZDO)和由制造商制定的应用对象。,ZigBee协议栈体系图,ZigBee网络设备类型,ZigBee网络系统共有三种逻辑设备类型： 协调器：该设备初始化一个ZigBee无线网络。 路由器：允许其他设备加入网络、多跳路由和辅助它的电 池供电的子终端设备通信。 终端设备：可以有选择的进行休眠和唤醒。,ZigBee网络拓扑,定位算法简介,基于距离的定位算法 基于TOA的测距技术 基于TDOA的测距技术 基于AOA的测距技术 基于RSSI的测距技术,其他定位算法介绍,质心定位算法 APIT定位算法 DV-Hop定位算法,无线定位系统的实现,硬件
6、平台： CC2430/CC2431芯片介绍 CC2431硬件引擎介绍 软件平台：采用IAR Systems公司的IAR Embedded Workbench(简称EW) 基于RSSI的定位算法：Pr(dBm)=A-10nlgr，A可 以看作信号传输lm远时接收 信号的功率，n是传播因子,定位系统框架,无线传感器网络实现定位功能的设备由协调器(Location_dongle)、参考节点(Loeation_refnode)、定位节点 (Loeation_blindnode)三部分组成。 协调器：1个，在实验中协调器(网关)选取1块网络 扩展板与1块CC2431模块组成。 参考节点：4个，选择CC2
7、430模块。 定位节点：1个，选择CC2431模块。,实验系统搭建及演示,实验节点分布图,不同环境下的A和N值的比较,RSSI522.685log10(d),节点置于地面,RSSI42.82.377log10(d),节点置于地上1米处,定位系统的实际测量,增加参考节点采集次数后定位效果,增加温度采集功能（片内温度传感器）,结论,实验结论： 通过实地测量验证了基于RSSI定位系统的可行性。 通过增加参考节点测量次数，修正RSSI值可以提高接收RSSI值的稳定性，从而提高定位系统的精确度，尤其是在定位节点密度不是很高的时候。 从RSSI值拟合曲线可以看出，定位系统所处的环境对定位效果造成相应的影响，因此在实际应用中应尽量选择远离地面、墙壁和其它有可能对信号产生干扰的因素。,不足之处及未来改进,测试环境还不够理想，在实际的安保系统中，环境的复杂程度较高，因而在RSSI接收处理算法上需要进一步完善，以适应更复杂的环境； 为了检验定位精度与网络中参考节点的数目之间的关系，可以在以后的测试中增加更多的参考节点。 温度采集模块可以采用外接温度传感器，得到的温度值会更准确。,谢谢各位老师！,