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基于Zigbee协议的无线定位网络在安保系统中的应用AZigBee-basedApplicationinSecuritythroughWirelessLocationNetworks——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IEEE802.15.4标准。定位精度达到0.25米，误差在3米内。•无线定位系统的国内外发展现状1.1992年，ActiveBadge系统产生于英国剑桥，是最早的室内定位系统之一。2.1998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。3.2000年，MIT研制的Cricket系统是现在仍在使用的室内定位系统之一。4.2001年，AHLOS系统出现，它是一种混合定位系统。5.2002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(UltraWideBand,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•ZigBee发展2000年，IEEE802.15.4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1.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6－24个月。2.低成本：协议代码少，免专利费。3.低速率：数据传输速率在20－250kbps。4.近距离：传输范围一般介于10－100m之间,在增加RF发射功率后，亦可增加到1～3km。5.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。6.免执照频段：采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段，2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。•ZigBee与其他技术的比较IrDA蓝牙Wi-FiZigBee工作频率红外线2.4G2.4G2.4G，868/915MHz有效物理范围20cm－1.2m10m左右25－100m10m－100m最大传输速率16Mbps1Mbps11Mbps250kbps，20/40kbps网络节点273265000最大功耗数mw100mw100mw30mw语音/数据支持数据语音、数据语音、数据数据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IEEE802.15.4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：1.协调器：该设备初始化一个ZigBee无线网络。2.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。3.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1.基于TOA的测距技术2.基于TDOA的测距技术3.基于AOA的测距技术4.基于RSSI的测距技术•其他定位算法介绍1.质心定位算法2.APIT定位算法3.DV-Hop定位算法无线定位系统的实现•硬件平台：1.CC2430/CC2431芯片介绍2.CC2431硬件引擎介绍•软件平台：采用IARSystems公司的IAREmbeddedWorkbench(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。1.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。2.参考节点：4个，选择CC2430模块。3.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RSSI＝－52－2.685log10(d)节点置于地面RSSI＝－42.8－2.377log10(d)节点置于地上1米处•定位系统的实际测量实际坐标（A＝39）N=25N=20测量坐标误差测量坐标误差0，50.5，6.022.4％0.75，6.7538.1％0，01，128.3％1.25，0.526.9％5，05.25，0.2511.2％5.5，0.2511.2％5，56.25，4.526.9％6.25，5.025.0％5，2.55.0，2.010.0％6.25，2.7525.5％2.5，02.75，1.2525.5％2.75，0.511.2％0，2.51.0，2.520.0％0.25，2.757.1％2.5，53，4.7511.2％2.5，5.255.0％2.5，2.53，3.522.4％2.75，2.257.1％•增加参考节点采集次数后定位效果实际坐标测量坐标误差2.5，02.5，0.255.0%0，2.50.25，2.257.1%2.5，52.25，4.511.2％5，2.55.25，2.011.2％2.5，2.52.25，2.55.0％•增加温度采集功能（片内温度传感器）结论•实验结论：1.通过实地测量验证了基于RSSI定位系统的可行性。2.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。3.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1.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；2.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。3.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！