ZIGBEE无线定位技术

ZIGBEE无线定位技术D
典型的办公场所都会配置ZigBee 设备，通过各办公室和会议室中的温度传感器、控制温度调节装置以及A/C 导管。

同时，每个房间还会安装由ZigBee 控制的灯具开关和设备，而这些设备又易于作为定位引擎的参考节点。

将ZigBee 射频作为ZigBee 协议栈上的参考节点所需的代码容量通常小于 1 Kb。

定位引擎从3~16 个参考节点采集数据，并使用这些数据计算定位位置。

如果定位引擎从16 个以上的节点接收到数据时，它则会将接收到的参考节点位置进行分类，然后采用16 个参考节点中信号最强的RSSI 值。

扩大覆盖范围
定位引擎的覆盖范围为64m×64m，然而，大多数的应用要求更大的覆盖范围。

扩大定位引擎的覆盖范围可以通过两种方法来实现：
* 提高参考节点的输出功率，同时降低定位引擎计算结果的精度;
* 在一个更大的范围布置参考节点，并利用最强的信号进行相关参考节点的定位计算。

由于第二种方法能够在定位引擎扩大覆盖面的同时不牺牲定位精度，因此更为可取。

具体的工作原理是：网络中的待测节点发出广播信息，并从各相邻的参考节点采集数据，选择信号最强的参考节点的X 和Y 坐标。

然后，计算与参考节点相关的
其他节点的坐标。

最后，对定位引擎中的数据进行处理，并考虑距离最近参考节点的偏移值，从而获得待测节点在大型网络中的实际位置。

为了达到最佳的定位范围，当布置参考节点时，应同时考虑到室内和室外环境中天花板/地板的吸附作用。

最佳的方案就是使各节点处于相同的高度，并远离地面、天花板以及墙壁。

在实际的部署过程中要达到这种要求，是比较困难的。

因此，尽量将参考节点固定在天花板的高度或低于天花板的高度，并使天线倒置以使RF 信号向外和向下传输，同时将待测节点(手持或固定于设备)放置在人的腰部以上、头部以下位置(此处提到的高度是以人站立在该环境中为标准的)。

节点的这种设置方法实现了天花板和地板吸附作用的最小化，同时将实现在该场所中的行人或物体之间相互干扰的最小化。

定位引擎的精确性
为了确保定位引擎的室内性能，在办公环境中将采用具有8 个参考节点的网络。

根据现有表面将参考节点置于办公室的角落位置，如办公桌椅表面或其它介于人的腰部和肩部之间的表面。

8 个参考节点分别用A~H 8个字母来命名。

在 6 个选定的位置采集定位估计值数据，每一位置的定位数据
平均有20 个读取点。

相关测试结果如表1所示。

在采集8 个参考节点的数据后，将6个新增的参考节点添加到系统中。

接下来，在 4 个相同的位置，重新进行定位估计测算，观察这些新增的参考节点对定位估计值的影响。

14 个参考节点的测量结果如表2 所示。

当节点位置进入网络的覆盖范围时，定位的精确性将明显提高。

而且，当网络中设置的参考节点增多时，定位的精确性也将会不断提高。

在本试验中，增设 6 个参考节点后，4个位置的定位精确性都会有所提高，同时降低了各定位报告位置的标准偏差(一致性)。

提高精确性
定位引擎采用来自附近参考节点的RSSI 测量值来计算待测节点的位置。

RSSI 将随着天线设计、周围环境以及包括若干其他因素在内的其他附近RF 源的变化而变化。

定位引擎将数个节点的位置信息加以平均。

增加节点的数量，则可降低对各节点具体测试结果的依赖性，同时全面提高精确度。

无论在什么情况下设置参考节点，都会影响到定位的精确性，这主要是因为当参考节点设置在离相关表面很近的地方时，会产生天花板或地板的吸附作用。

因此，应尽量使用在各方位都具备相同发射能力的全向天线。