基于ZigBee技术的定位技术研究与应用

单位代码：10293密级：硕士学位论文论文题目：基于ZigBee技术的定位技术研究与应用Y001090409何平张理云通信与信息系统下一代网络工学硕士2012年2月学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院（筹）办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名：_____________日期：____________研究生签名：____________导师签名：____________日期：_____________南京邮电大学硕士学位论文摘要学科、专业：工学通信与信息系统研究方向：下一代网络作者：2009级硕士研究生何平指导教师：张理云高级工程师题目：基于ZigBee技术的定位技术研究与应用英文题目：ResearchandapplicationoflocalizationtechnologybasedonZigBeetechnology主题词：无线传感器网络，ZigBee技术，到达时间差，定位Keywords：Wirelesssensornetworks,ZigBeetechnology,Timedifferenceofarrive,Localization南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要II摘要无线传感器网络技术能够给人们的生产生活带来方便，从而得到了快速的发展。其中ZigBee技术具备规范的协议标准，被广泛地用于无线传感器网络中。利用ZigBee技术可以构建廉价的无线传感器网络。确定网络中节点的位置信息对无线传感器网络技术具有重大意义。如何方便的获取节点的准确位置成为当今研究的热点。目前已经有了一些定位问题的解决方案，例如：基于RSSI定位、基于TOA或TDOA定位等。这些定位技术都存在一些瑕疵，解决无线传感器网络的定位问题仍然需要进一步的研究。本文对无线传感器网络中的定位技术进行了研究。首先，介绍了ZigBee技术及无线传感器网络中已有的针对定位问题的解决方案，重点介绍了基于测距的定位算法。其次，利用不同芯片的晶振之间时钟频率偏移具有稳定性这一特性，再结合TDOA定位算法，本文提出了一种适用于无线传感器网络的TDOA定位算法。该定位算法考虑了不同芯片晶振之间的时钟频率偏移，通过将测量得到的信号到达时间差转换成节点之间的距离差，从而进行定位。使用该定位算法避免了无线传感器网络中的时间同步难题，有效地解决了较远距离未知节点的定位问题。最后，通过修改ZigBee节点的程序，设计定位实验，证实采用本文所提出的基于TDOA定位算法得到的节点之间距离差随着采样组数的增加而趋于稳定，并且能够取得满意的定位效果，该定位算法是稳定的，可行的。该算法为以后更好地解决无线传感器网络中的定位问题奠定了基础。关键字：无线传感器网络，ZigBee技术，到达时间差，定位南京邮电大学硕士研究生学位论文AbstractIIIIAbstractWirelesssensornetworktechnologycanbringconveniencetopeople’sproductionandlife,soithasbeenrapidlydeveloped.ZigBeetechnologyhasbeenwidelyusedinwirelesssensornetworksbecauseithasastandardizedprotocol.ZigBeetechnologycanbeusedtobuildlow-costwirelesssensornetworks.Locationinformationofthenodesinthenetworkplaysanimportantroleinwirelesssensornetworktechnology,sohowtoconvenientlygettheexactlocationhasbecomeahottopicinpresentstudy.Therehavebeensomesolutionsforpositioningproblems,suchasRSSI-basedlocalization,TOA-basedlocalization,TDOA-basedlocalization,etc.Buttherearesomeflawsintheselocalizationtechnologies,sofurtherstudiesarestillrequiredtobettersolvingthepositioningproblemsinwirelesssensornetworks.Localizationtechnologiesinwirelesssensornetworkswerestudiedinthispaper.First,ZigBeetechnologyandalreadyexistingpositionsolutionsinwirelesssensornetworkswereintroduced,andrange-basedlocalizationalgorithmswerefocused.Second,akindofTDOAalgorithmwhichissuitableforwirelesssensornetworkswasproposed.Forthelocalizationalgorithm,thestabilityoftheclockfrequencyoffsetbetweendifferentchipswasusedandtheTDOAalgorithmwascombined.Inthislocalizationalgorithm,theclockfrequencyoffsetofcrystaloscillatorindifferentchipswastakenintoaccount,andthelocationwascalculatedafterconvertingtimedifferenceofarrivedsignaltothedistancedifference.Byusingthelocalizationalgorithm,thepositioningproblemsinthemoreremotelocationcouldbeeffectivelysolved,andthetimesynchronizationprobleminwirelesssensornetworkscouldbeavoided.Atlast,theprogramsoftheZigBeenodesweremodified;thepositioningexperimentsweredesigned.Itwasconfirmedthatthedistancedifferencebetweenthenodesbecamestableasthesamplenumberincreasedandthesatisfiedlocationresultscouldbeachieved.Thatshowsthealgorithmisstableandfeasible.Thealgorithmwilllaythefoundationforbettersolvingthepositioningproblemsinwirelesssensornetworksinthefuture.Keywords:Wirelesssensornetworks,ZigBeetechnology,Timedifferenceofarrive,Localization南京邮电大学硕士研究生学位论文目录IIIIII目录摘要.......................................................................IAbstract.....................................................................II目录.....................................................................III第一章绪论...................................................................11.1研究背景...............................................................11.2研究的目的和意义.......................................................21.3本文的研究内容及结构安排...............................................3第二章ZigBee技术的研究.......................................................52.1ZigBee技术及其特点[1][2][4][5]..............................................52.1.1ZigBee技术的发展.................................................52.1.2ZigBee协议的结构.................................................62.1.3ZigBee网络的结构.................................................72.1.4ZigBee技术的特点.................................................82.2ZigBee芯片CC2430简介[6][7]..............................................82.2.1CC2430概述.......................................................82.2.2增强型的8051内核................................................92.2.3电源管理介绍....................................................102.2.4定时器1简介....................................................112.2.5射频收发机简介..................................................122.3ZigBee精简协议栈[8][9]..................................................132.4本章小结..............................................................14第三章无线传感器网络中节点定位技术的研究...