基于ZigBee无线传感器网络RSSI定位算法

摘要

节点定位技术是当前无线传感器网络技术领域的一个研究热点。节点位置信息在无线传感器网络的众多应用如环境监测，交通管理，智能家居及医疗领域的监测等具有重要意义，网络只有知道节点位置在哪或者在哪个区域，才能进行下一步的工作决策。与此同时，随着传感器技术和无线通信技术的发展，ZigBee技术因为自己的一些特定优势而得到了广泛应用。本文结合ZigBee技术对节点定位技术进行研究与应用。
　　本文介绍了基于距离和非距离的分类原则的各种定位算法。在无线传感器网络技术的众多定位算法中，RSSI定位算法硬件结构比较简单，成本比较低，且很多ZigBee技术无线通信模块可以直接获取RSSI值，据此论文确定了用ZigBee技术进行RSSI定位算法研究的实验技术路线。本文通过对RSSI定位算法的缺陷分析，分别从测距和坐标计算两个阶段对RSSI定位算法进行改进。测距阶段，引入平均值模型和高斯滤波模型，减小了信号传输过程中的波动性，减少了一些小概率、大干扰事件对整体测量的影响，增强了定位信息的准确性;坐标计算阶段，通过对传统质心定位算法和加权质心定位算法的研究，引入新的权值代替传统的加权质心定位算法，并采用优选信标节点原则选取更好的信标节点进行相关计算。进行MATLAB仿真实验结果表明，改进前后整个算法的定位精度得到了很大的提高。
　　为了验证仿真结果，利用实验室现有的无线龙设备搭建了一套基于ZigBee无线定位系统。该系统硬件主要包含以下器件:电脑、网关（网络扩展板）、C51RF-3仿真器、ZigBee模块(CC2430/CC2431)若干、电池底板、USB接线若干，软件开发环境是IAR Embedded Workbench。利用搭建好的实验平台进行了定位实验测试，得出了实验结果，通过定位算法改进前后的实验结果对比，得出了与仿真实验一致的实验结果，证明了改进的RSSI定位算法是有效可行的。最后，通过对环境温度的实时监控实现了改进的RSSI定位算法的应用。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内现状

1．3 无线传感器网络简介

1．3．1 发展历程

1．3．2 网络特点

1．3．3 网络体系结构

1．4 本文主要工作及章节安排

1．5 本章小结

第二章 ZigBee无线技术

2．1 ZigBee技术简介

2．1．1 技术特点

2．1．2 设备及地址

2．1．3 网络拓扑

2．2 ZigBee协议栈

2．2．1 ZigBee协议栈概述

2．2．2 物理层

2．2．3 媒体访问控制层

2．2．4 网络层

2．2．5 应用层

2．3 几种典型无线定位技术比较

2．3．1 超声波定位技术

2．3．2 蓝牙定位技术

2．3．3 超宽频定位技术

2．3．4 RFID定位技术

2．3．5 红外线技术

2．4 本章小结

第三章 ZigBee无线定位算法

3．1 无线定位算法简介

3．1．1 基本概念

3．1．2 无线定位算法性能评价标准

3．2 定位算法的分类

3．2．1 基于测距的定位算法

3．2．2 免测距的定位算法

3．3 定位算法典型的坐标计算方法

3．3．1 三边测量法

3．3．2 三角测量法

3．3．3 最大似然估计法

3．4 本章小结

第四章 RSSI定位算法及改进

4．1 传统RSSI定位算法

4．1．1 测距阶段

4．1．2 坐标计算阶段

4．2 改进的RSSI定位算法

4．2．1 引入平均值模型和高斯滤波模型

4．2．2 引入新的权值

4．2．3 优选信标节点

4．3 算法过程

4．4 仿真结果分析

4．5 本章小结

第五章 改进定位算法的实现及应用

5．1 实验平台的搭建

5．1．1 硬件介绍

5．1．2 软件开发环境

5．1．3 搭建过程

5．2 实验测试及结果分析

5．2．1 实验测试

5．2．2 实验结果分析

5．3 带位置信息ZigBee无线温度监测的应用

5．3．1 位置信息的确定

5．3．2 温度数据的采集

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢