基于zigbee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、第一章前言上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文(GIobaINaVigationSateIliteSyStem)，無(wú)線定位技術(shù)(無(wú)線通信信號(hào)、射頻無(wú)線標(biāo)簽、超聲波、光跟蹤、無(wú)線傳感器定位技術(shù)等)，其它定位技術(shù)(計(jì)算機(jī)視覺(jué)、航位推算等)，以及GNSS和無(wú)線定位組合的定位技術(shù)(A．GPS或A—GNSS)。但是受定位時(shí)間、定位精度、設(shè)備復(fù)雜性以及復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制，目前比較完善而且價(jià)格相對(duì)低廉的室內(nèi)定位系統(tǒng)還很少。1．2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1993年AT&T提出的紅外感應(yīng)定位系統(tǒng)即ACtiveBadge系統(tǒng)【131，ACtiveBadge定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)槭褂昧思t外

2、通信，因此功耗極低，同時(shí)也可以做到很小的體積。但是系統(tǒng)存在以下不足：·過(guò)程復(fù)雜，延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。每個(gè)移動(dòng)目標(biāo)發(fā)射出信號(hào)要經(jīng)過(guò)一個(gè)集中的處理以后才能返回結(jié)果。15秒發(fā)射一次信號(hào)，即大概15秒才能得到一次位置坐標(biāo)，這樣對(duì)于定位一些在室內(nèi)不停移動(dòng)的目標(biāo)來(lái)說(shuō)其定位速度就顯得太慢?！ざㄎ幌到y(tǒng)采用的是有線連接方式設(shè)計(jì)。系統(tǒng)不僅需要有以太網(wǎng)線的支持，而且還需要多個(gè)工作站。這樣做提高了系統(tǒng)的運(yùn)行成本和布置難度。2000年微軟公司研發(fā)的基于RF(RadioFrequency)技術(shù)的FIADAR(RadioDetectionandRanging)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用802．1

3、1網(wǎng)絡(luò)對(duì)于空間進(jìn)行定位。但是該定位系統(tǒng)需要建立在802．11網(wǎng)絡(luò)設(shè)施基礎(chǔ)之上，而且系統(tǒng)定位精度也有待提高。2000年MIT實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的Cricket系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)的軟件版本已經(jīng)更新到2．3．2。該系統(tǒng)是采用超聲波定位的典型例子，它采用超聲波時(shí)延信號(hào)進(jìn)行定位，其優(yōu)點(diǎn)是定位精度較高。但是該系統(tǒng)由于需要同時(shí)發(fā)射RF和超聲波信號(hào)，因此需要較高的底層硬件設(shè)施投資，而且系統(tǒng)功耗也比較大。尤比森斯公司開(kāi)發(fā)的新型定位系統(tǒng)Series7000，該系統(tǒng)采用UWB進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，該定位系統(tǒng)在三維空間具有15cm的定位精度，該定位系統(tǒng)成本偏高，在定位精度要求不高而定位系統(tǒng)成

4、本有要求的場(chǎng)合就不適合。目前國(guó)內(nèi)從事室內(nèi)定位技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)主要集中在科研院所和高校。復(fù)旦大學(xué)提出的室內(nèi)CDMA用戶定位方法和基于接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量的室內(nèi)定位算法，目前該算法還停留在實(shí)驗(yàn)仿真階段。西安交通大學(xué)從事的基于無(wú)線局域網(wǎng)的用戶定位，該定位系統(tǒng)的定位算法建2上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章前言立在無(wú)線局域網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)設(shè)施之上，因此在一些沒(méi)有無(wú)線局域網(wǎng)的地點(diǎn)就無(wú)法定位或者需要預(yù)先鋪設(shè)室內(nèi)局域網(wǎng)。因此該定位系統(tǒng)就存在較大的局限性。除了上面所提到的一些比較典型的國(guó)內(nèi)外關(guān)于室內(nèi)定位所采用的技術(shù)之外還有其它一些室內(nèi)定位技術(shù)，例如Bat定位系統(tǒng)、Conste¨a

5、tion追蹤系統(tǒng)等。1．3課題的目標(biāo)本論文對(duì)比國(guó)內(nèi)外室內(nèi)定位跟蹤系統(tǒng)，對(duì)lEEE802．15．4億igBee網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的室內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)定位進(jìn)行研究，提出基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架。課題研究希望所設(shè)計(jì)的室內(nèi)定位系統(tǒng)具有下面幾個(gè)方面的特點(diǎn)：(1)較高的定位精度：針對(duì)通常情況下對(duì)室內(nèi)人員或者物品定位所需要的精度要求，本系統(tǒng)的定位精度設(shè)計(jì)預(yù)期達(dá)到1m左右。(2)較低的系統(tǒng)成本：設(shè)計(jì)的定位系統(tǒng)的總成本希望普通個(gè)人用戶都有能力使用該系統(tǒng)。(3)實(shí)時(shí)性方面：設(shè)計(jì)的定位系統(tǒng)能夠滿足目標(biāo)在室內(nèi)不停移動(dòng)(諸如人員走動(dòng)、汽車(chē)緩慢駛?cè)腭偝鲕?chē)庫(kù))情況下的實(shí)時(shí)性要

6、求。(4)較低的系統(tǒng)功耗：系統(tǒng)采用電池供電情況下預(yù)期可以工作半年以上。1．4論文的主要工作和內(nèi)容安排本論文將首先研究室內(nèi)定位技術(shù)和IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee協(xié)議，然后針對(duì)現(xiàn)有的定位系統(tǒng)存在的不足提出本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)。第三，研究定位系統(tǒng)的硬件、軟件、定位算法的設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)的定位系統(tǒng)在后期的測(cè)試中能過(guò)滿足設(shè)計(jì)指出提出的四項(xiàng)指標(biāo)：較高的定位精度、較低的系統(tǒng)成本、較高的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和較低的系統(tǒng)功耗。本論文的內(nèi)容安排具體如下：第一章前言：介紹了本論文的研究背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、目標(biāo)和工作安排。第二章室內(nèi)定位技術(shù)：闡述了室內(nèi)定位的特點(diǎn)以及室內(nèi)

7、定位系統(tǒng)的常見(jiàn)的分類(lèi)方法，詳細(xì)介紹了基于RSSI的ZigBee室內(nèi)定位系統(tǒng)。第三章ZigBee技術(shù)：介紹了IEEE802．15．4億igBee技術(shù)特點(diǎn)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，闡述了ZigBee技術(shù)的物理層、媒體訪問(wèn)控制層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等各層協(xié)議的特點(diǎn)和主要功能。第四章定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)：主要介紹定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的開(kāi)發(fā)工具；定位系統(tǒng)設(shè)3第一章前言上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文4計(jì)過(guò)程中主要涉及到的一些問(wèn)題；以及介紹定位系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容。第五章實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試環(huán)境，并且利用測(cè)試環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行測(cè)試和總結(jié)，對(duì)定位算法

8、提出改進(jìn)。第六章總結(jié)與展望：對(duì)本文中提出的定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)未來(lái)的工作提出了展望。上海師范大學(xué)碩