zigbee定位方案(16个参考节点)
ZigBee无线室内定位
一、ZigBee 无线通信技术ZigBee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。
其电池功耗为半年到一年，数据传输速率为250kbps ，反应时间为30ms ，作用范围可达50-100m ，具有可扩展性。
从系统的低成本、低复杂性、实时性、可扩展性出发，ZigBee 无线技术适用于室内定位系统中，且较为理想，满足实际需要。
IEEE 802.15.4标准为LR-WPAN 网络制定了物理层(PHY)和介质访问控制(MAC)子层低功耗扩频无线电技术协议。
主要特点如下：（1）有多个物理层载波频段提供不同的数据传输速率。
2.4GHz 频段提供250kbit/s 的传输速率;而915MHz 频段(北美)，速率为40kbit/s ； 868MHz 频段(欧洲)，为20kbit/s 。
（2）支持星型、簇树和点对点网络拓扑结构。
（3）有16位短地址和可选64位扩展地址两种地址格式。
（4）支持冲突避免的载波多路侦听技术(carrier sense multiple access withcollision avoidance, CSMA-CA);（5）支持确认(ACK)机制，保证传输可靠性。
二、基于RSSI 的ZigBee 无线网络室内定位方法RSSI 定义为由接收器接收到的信号强度指示。
通常，RSSI 等价于被测量的功率，即信号强度的平方。
RSSI 可以认为是超声波、RF 或其他信号。
RSSI 测量在硬件上是相当便宜和简单的，因为几乎所有的无线通信设备都具有测量RSS的功能。
基于诸如RSSI 等RF 特征的位置指纹是用来标识位置的一个基本信息。
通常我们将一个位置和该位置处的唯一的RF 特征值作为一个整体用来描述建筑物内的某一个位置。
例如我们可以使用元组来标识一个位置，其中L 反映该位置的坐标或这类似信息，F 反映该位置的RF 特征值信息。
例如L 就用元组 。
因为同一个位置如果目标的方位不同所测量到的RF 信息也会有所变化，所以如果还要反映移动目标的方向信息，那么可以用元组 来标识一个目标节点的位置信息。
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。
ZigBee无线定位技术原理(转载自e络盟社区)
ZigBee无线定位技术原理(转载自e络盟社区)德州仪器(TI)ZigBee无线射频元件CC2431所含的定位引擎(LocationEngine)就像是室内全球卫星定位系统(GPS)，利用ZigBee网络的无线射频基础设施计算物品或人员的位置。
相较于GPS 系统，把定位引擎和微控制器(MCU)全部整合至单晶片射频收发器，不仅耗电量远少于GPS硬体，成本更不到其十分之一，且无论在室内或室外，只要有ZigBee网络的地方就能使用。
常见应用包括从屋内不同房间移动时，遥控开灯或关灯；装运码头的货柜追踪，以及从网站追踪特定设备。
定位引擎还能简化无线网络设定，能在新设备加入网路时找出其所在位置。
多数无线传感器网络都需一套方法判断网络节点的位置，所以使用者必须在安装时决定应该互相交换的资料，以及应与中央资料搜集点互传资料的节点。
市场上许多解决方案透过软体计算网络节点位置，这类系统的节点读取位置计算所需的参数，然后把资讯送到中央资料搜集点，算出位置后再传回给节点，这个过程的运算量很庞大，须用到个人电脑或高效能微控制器。
这种计算位置的方式仅对小型网络和少数节点有用，因为执行计算所需的网络流量会随着节点数目的指数增加。
高流量负载和频宽不足让这套方法只能用于电池供电的网络，可利用分布式定位计算解决这个问题，可先让网络节点找出多个已知位置且距离最近的参考节点，然后根据参考节点传来的资讯计算本身的位置，因此，网络流量将只出现在待测节点(BlindNode)连接范围内的节点。
另外，由于网络流量只会随待测节点的数目等比例增加，所以同一个网络可有很多个待测节点。
本文介绍的结果是以ZigBee网络测量值为基础，但也适用于较简单的IEEE802.15.4网路。
定位引擎会根据无线网络里，相邻无线装置传来的接收讯号强度指标(RSSI)计算自己的位置。
随着环境不同，两台无线装置之间的RSSI讯号会有很大差异，举例来说，若有人在两台无线装置的中间走过，接收讯号就可能减少30dBm，为弥补这么大的差异，定位引擎最多会根据十六台无线装置传来的RSSI值进行计算，以便得到精确的位置，这种做法的逻辑是利用多个节点求取平均值，即可将RSSI的变异量消除。
ZigBee无线定位详解
N=25 测量坐标 0.5，6.0
1，1 5.25，0.25 6.25，4.5 5.0，2.0 2.75，1.25 1.0，2.5
3，4.75 3，3.5
误差 22.4％ 28.3％ 11.2％ 26.9％ 10.0％ 25.5％ 20.0％ 11.2％ 22.4％
N=20 测量坐标 0.75，6.75 1.25，0.5 5.5，0.25 6.25，5.0 6.25，2.75 2.75，0.5 0.25，2.75 2.5，5.25 2.75，2.25
无线定位系统的实现
• 硬件平台： • CC2430/CC2431芯片介绍 • CC2431硬件引擎介绍 • 软件平台：承受IAR Systems公司的IAR Embedded
Workbench(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
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
ZigBee协议栈体系图
• ZigBee网络设备类型
ZigBee网络系统共有三种规律设备类型：
协调器：该设备初始化一个ZigBee无线网络。
路由器：允许其他设备参加网络、多跳路由和帮助
误差 5.0% 7.1% 11.2％ 11.2％ 5.0％
• 增加温度采集功能〔片内温度传感器〕
结论
• 试验结论： • 通过实地测量验证了基于RSSI定位系
统的可行性。
• 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准确度，尤其是在 定位节点密度不是很高的时候。
关于Zigbee定位参考节点布局方案的研究
一 ０ ０ ０ ０
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． ０ ４ ５
基金项 目：广东省科技计划项 目，高新技术产业化项目一 工业公关 ，基于物联网的 平板触摸式智能导游终端研发与应用 （ Ｎ ｏ ． ２ ０ １ １ Ｂ ０ １ ０ ２ ０ ０ ０ ４ ９ ）
④ ⑤
ａ ｎ ａ Ｊ ｙ ｓ ｊ ｓ ｔ ｅ ｈ ｂ ｌ ｉ ｎ ｄ ｎ ｏ ｄ ｅ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ，ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ａ ￣ ａ ｌ ｙ ｏ ｕ ￣ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ０ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ Ｊ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ．
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｏｎ Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ Ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｎｏ ｄ ｅ Ｌ ａ ｙ ｏ ｕ ｔ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ Ｃ ｈ ｅ ｎ Ｘｉ ’Ｙａ ｎ ｇ Ｚ ｕ ｏ ｌ ｏ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｏ ｕ Ｚ ｈ ｉ ｈ ａ ｎ ｇ Ｙ ａ ｏ Ｙｉ ｐ ｅ ｎ ｇ ’Ｗａ ｎ ｇ Ｌ ｅ ｉ ’Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｎ ａ
３测量结果
经过 对五 个 点 的测 量 并 记 录 一 系 列坐 标 ，作 出误 差折 线 图 ，结果 如 下 。其 中 ，横 坐标为采样 个数 ；纵坐标 为误差ｅ ，单位 ：ｍ
ｅ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｘ １ ， Ｙ 。 为测量坐 位 ， ） 【 ０ ， ｙ 。 为实际坐标
摘 要 在ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 定位 技术 中，各种 因素 的影 响会 导致 定位 不精 确 。经 实验 表 明 ，参 考 节点 的布局 位 置 会影 响 定位精 度 。 因此 ，就针对 参 考 节 点布 局位 置 ，提 出参 考 节点 的布 局 方案 ，采
zigbee学习自我总结!!!!!
1. Zigbee网络节点类型Zigbee网络有三类节点类型：即协调器Coordinator、路由器Router和终端设备EndDevice，其中协调器和路由器均为全功能设备，而终端设备选用精简功能设备。
2. Zigbee协议栈各层主要功能模块3. Zigbee网络节点地址Zigbee网络协议的每一个节点皆有两个地址：６４位的ＩＥＥＥＭＡＣ地址及１６位网络地址．EUI-64（64-bit extended unique identifier）1）64-bit地址，又称为MAC地址或IEEE地址。
每个ZigBee节点都应该有全球唯一的64位IEEE地址。
这个地址需要向IEEE 组织申请才能使用。
通信时，将待发送的数据包的目的地址设为此64位IEEE 地址，从而实现数据包的正确投递。
2）16-bit地址，即网络地址，或称为短地址。
当一个ZigBee网络形成后，ZigBee 网络内的每个节点，都会分配到一个16位的网络地址。
通信时，将待发送的数据包的目的地址设为此16位网络地址。
4.Zigbee协议术语配置文件(profile)：Zigbee协议的配置文件是对逻辑组件及其相关接口的描述，是面向某个应用类别的公约、准则．通常没有程序代码与配置文件相关联．属性（attribute）：设备之间通信的每一种数据像开关的状态或温度计值等皆可称为属性．每个属性可得到唯一的ID值．簇（cluster）：多个属性的汇集形成了簇，每个簇也拥有一个唯一的ID。
虽然个体之间传输的通常是属性信息，但所谓的逻辑组件的接口指的却是簇一级的操作，而非属性一级．终端（endpoint）：每个支持一个或多个簇的代码功能块称为终端。
不同的设备通过它们的终端及所支持的簇来进行通信。
PAN IDs：PAN IDs是用来在逻辑上分离在同一领域内的多个节点组。
这样不同组之间节点通信就不会干扰，且可以在同一通道channel上（zigbee2007不行，因为它通信时可以改变频率的）Pan id是16位，范围是0x0000~03fff。
Zigbee 定位系统
Zigbee 定位系统
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定位原理
Zigbee 定位系统
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5.1定位算法
Zigbee 定位系统
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5.2定位算法
Zigbee 定位系统
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5.3定位算法
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5.4定位算法
Zigbee 定位系统
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定位流程
Zigbee 定位系统
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谢 谢！
Zigbee 定位系统
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– 如PDF阅读器、串口调试助手等辅助软件。
– 《ZIGBEE2006无线网络与定位实战》配套教材及相关实验源代码：详见 推荐教材。
Zigbee 定位系统
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定位原理
当CC2431接收到 一个信息包时， 将它将自动添加 一个RSSI值在信 息包中。CC2431 是通过硬件计算 定位坐标,在计算 之前需要系统提 供3个到8个参考 接点的坐标值和 RSSI值,并需要通 过设置输入参考 的A值和N值.
好可达到1米；
Zigbee 定位系统
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定位系统的硬件
Zigbee 定位系统
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定位系统的组成
• 1.网关 • 2.参考节点 • 3.定位节点
Zigbee 定位系统
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网关节点
网关部分在ZigBee网
络中的角色为Coord，
芯片选择为CC2430。
它在整个系统中有着
至关重要的作用，首
先它要接收由监控软
Zigbee 定位系统
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ZIGBEE2004协议实验
• ZIGBEE2004协议实验及实验手册： ZIGBEE2004协议网络例程演示及实验
原理分析和程序实现介绍。
Zigbee 定位系统
ZigBee定位解决方案与技术原理
ZigBee定位解决方案什么是ZigbeeZigbee是IEEE802.15.4协议的代名词。
根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
Zigbee的起源Zigbee, 在中国被译为"紫蜂",它与蓝牙相类似.是一种新兴的短距离无线技术.用于传感控制应用(sensor and control).此想法在IEEE 802.15工作组中提出,于是成立了TG4工作组,并制定规范IEEE 802.15.4.2002年,zigbee Alliance成立.2004年,zigbee V1.0诞生.它是zigbee的第一个规范.但由于推出仓促,存在一些错误.2006年,推出zigbee 2006,比较完善.2007年底,zigbee PRO推出zigbee的底层技术基于IEEE 802.15.4.物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。
对工业，家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化，对无线数据通信的需求越来越强烈，而且，对于工业现场，这种无线数据传输必须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。
因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003年正式问世。
另外，Zigbee使用了在它之前所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite。
长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。
应用无线传感器网络实现移动机器人的节点定位_袁庆丹
第28卷第6期 佛山科学技术学院学报(自然科学版) Vol.28No.6 2010年11月 Jo ur nal of Fo shan University(Natural Science Edition)No v.2010文章编号:1008-0171(2010)06-0047-04应用无线传感器网络实现移动机器人的节点定位袁庆丹,王宇华(佛山科学技术学院机电工程系,广东佛山528000)摘要:介绍了一种基于无线传感器网络的移动机器人节点定位实现方案,阐述了节点定位的基本原理,给出了节点硬件电路设计和相关的软件工作流程,并通过应用试验,验证该方案具有较好的定位效果。
关键词:无线传感器网络;节点定位;Zig Bee中图分类号:T P242 文献标志码:A无线传感器网络(W ir eless Sensor Netw or k,WSN)的相关研究最早起源于军事领域。
随着微型传感器技术的发展和节点间无线通信能力的提高,无线传感器网络在环境、医疗、智能家居、工业自动化甚至是空间探索、反恐和救灾等领域的应用有着得天独厚的优势。
移动机器人虽然有着强大的计算能力和移动性,但其感知能力的局限性限制了其智能的发展。
无线传感器网络具备自组织、微型化和对周围区域的感知能力等特点,移动机器人可以通过一定的装置和传感器网络进行信息的交互,在传感器网络的引导下完成导航和任务执行。
本文提出一种基于无线传感器网络实现机器人节点定位的方法,实现无线传感器网络和移动机器人的结合,具有一定的实用价值。
1 节点定位的基本原理目前的定位算法按定位手段分为两大类:基于测距算法和非测距算法,本文采用的是基于接收信号强度指示(RSSI)的测距定位算法。
如图1所示定位系统由参考节点和定位节点组成,参考节点是一个位于已知位置的静态节点,这个节点可以将其位置信息通过发送数据包通知其他节点;定位节点(安装在机器人上)从参考节点处接收数据包信号,经过定位算法来计算其坐标位置,测得的位置信息不停地刷新,可视化地显示在PC机的监控软件上。
ZigBee网络地址的分配
ZigBee网络地址的分配一、ZigBee 有两种类型的地址：一种是64 位IEEE 地址，即MAC 地址，另一种是16 位的网络地址。
（1）64 位的IEEE地址是一个全球唯一的地址，一经分配就将跟随设备一生。
它通常由制造商或者被安装时设置。
这些地址由IEEE 组织来维护和分配。
问题：用Z-stack 协议栈编程，64位IEEE地址是否是芯片自带的，还是需要在编程时给予赋值？这点需要继续深入研究后找出答案（2）16 位网络地址是当设备加入网络后分配的，它在网络中是唯一的，用来在网络中鉴别设备和发送数据。
二、网络地址的分配（1）ZigBee使用分布式寻址方案来分配网络地址。
这个方案保证整个网络中所有分配出去的地址都是唯一的，同时，这个寻址算法本身的分布特性保证设备只能与它的父辈设备通讯来接收一个唯一的网络地址。
（2）在每个路由加入之前，寻址方案需要知道和配置一些参数，这些参数是：MAX_DEPTH，MAX_ROUTERS，MAX_CHILDREN。
这些参数是协议栈的一部分，在ZigBee2006中MAX_DEPTH = 5，MAX_ROUTERS = 6，MAX_CHILDREN = 20。
（a）MAX_DEPTH 决定了网络的最大深度，协调器位于深度0 ，其子设备位于深度1，其子子设备位于深度2（b）MAX_CHILDREN 决定了一个路由或者一个协调器节点可以处理的子节点的最大个数（c）MAX_ROUTERS 决定了一个路由或者协调器节点可以处理的具有路由功能的子节点的最大个数，这个参数是MAX_CHILDREN 的一个子集。
（3）如果开发时想改变这些值，需完成以下几个步骤：（a）首先要保证这些参数的新植要合法，整个地址空间不能超过2 ，这就限制的参数能设置的最大值。
可以使用project\ZStack\tools文件夹下的CSkip.xls文件来确认这些值是否合法。
当表格中设置的数据不合法时，就会出现错误提示。
zigbee无线方案
zigbee无线方案Zigbee是一种用于低功耗、短距离、低速率无线通信的协议。
它基于IEEE 802.15.4标准，提供了一种有效的解决方案，用于在物联网（IoT）设备之间进行通信和数据传输。
本文将探讨Zigbee无线方案的原理、特点以及应用领域。
一、Zigbee无线方案的原理Zigbee无线方案基于IEEE 802.15.4标准，采用低功率、低速率的方式进行通信。
它采用了星形拓扑结构，其中一个设备充当协调器的角色，负责网络的管理和协调其他设备的通信。
其他设备作为终端节点，与协调器进行通信。
Zigbee采用2.4GHz频段进行无线通信，其中包括16个可用的通信信道。
它还支持多通道传输，以减少物理干扰因素。
此外，Zigbee还具有自动路由功能，可以根据网络拓扑动态选择最佳的数据传输路径。
二、Zigbee无线方案的特点1. 低功耗：Zigbee采用了睡眠模式和快速唤醒技术，以最大限度地延长设备的电池寿命。
它可以在低功耗的情况下进行长期通信。
2. 网络容量大：Zigbee网络可以支持大约65000个设备，使其成为大规模物联网部署的理想选择。
3. 高安全性：Zigbee采用了AES-128位加密算法，确保通信的机密性和数据完整性。
此外，它还支持认证和密钥协商机制，以防止未经授权的设备进入网络。
4. 快速响应时间：由于Zigbee的低延迟特性，它适用于对实时性要求较高的应用，例如智能家居和工业自动化。
5. 自组网能力：Zigbee网络具有自组网功能，可以根据网络拓扑和设备之间的距离自动调整和优化网络结构。
三、Zigbee无线方案的应用领域1. 智能家居：Zigbee被广泛应用于智能家居领域，用于控制家庭设备，如灯光、门锁、温度和湿度传感器等。
它提供了方便、安全的家居自动化解决方案。
2. 工业自动化：Zigbee无线方案在工业自动化中发挥着重要作用。
它用于监测和控制工厂设备、传感器网络以及机器对机器（M2M）通信。
ZigBee室内定位系统节点设计方案
坐标 节点进 行定 位 ， 已知节 点越 多定位越 准确 。
四、 网 关 节 点 的 软 件 设 计
Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 网关 是无 线定位 系统 的 中心协 调器 ．它可 以通 过 Ｒ Ｓ ２ ３ ２ 串 口延长 线 与监控 中心 的Ｐ Ｃ 机相 连接 。网关 通 过 内置
Ａ 表 示距 发送者 ｌ ｍ时 的信 号强度 。 测 距 精 度 的高度 受 到ｎ 与Ａ 实 际取 值 大小 的影 响较 大 ． Ａ 是 一个 经验 参数 ， 可 以通 过测 量距 离发 送 者１ ｅ＃ ｒ ｌ ＂ 的Ｒ Ｓ Ｓ Ｉ 值 得 到。 ｎ 是 用来描 述信号 强度 随距离增加 而递 减 的参 量 ， ｎ 的大小 以来具体 的环境 。为 了得到 最优 的ｎ 值， 可 以先 放置 好所有 的 参 考节 点 。 然后 尝试 用不 同 的ｎ — ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ 值 找 到最适 合这 个具 体 环境 的ｎ 值。
（ 一） 低功耗： Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 芯片 一般 都有 多种 电源管 理模 式 ， 这 些 管理模 式可 以有 效的对 节点 的工作模 式 和休 眠模 式进 行 配 置 ，从 而使系 统在 不工作 的时候 可 以将 无线 设备 关 闭。加 之 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 芯 片 的传 输 速率很 低 。 工作 状 态 的发射 功率 仅为 １ ｍＷ， 因此极 大的降低 系统 功耗 ， 节 省 了电池的 能量 。
技 术 天
地
２ ０ １ ３年 第 １ ２期
Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 室 内定位 系统节点设计方案
孙 志敏
（ 兰州资 源环境 职业 技术学 院 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ２ １ ）
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ZigBee定位解决方案
技术分类：通信 | 2008-07-29
Jarle Boe
设想一下，您冲进购物中心，急切地想为您的另一半选购他（她）称心如意的生日礼物。
在这种情况下，该从何下手？您会很自然地掏出手机或PDA 来选择选购生日礼物的最佳方案。
此时，您的移动手持终端设备将显示出购物中心的导购图，并在图上标明您需前往的采购区。
当您在购物中心转悠时，移动手持终端设备上将显示出您可能会感兴趣的商品。
当今的射频(RF) 技术有望使上述设想成为现实。
TI ZigBee RF 设备中内嵌的定位引擎可以与室内GPS系统相媲美，其内嵌的定位引擎使用ZigBee 网络的RF 基础设施来计算事物或人们所处的位置。
与GPS 相比较而言，定位引擎在单芯片RF 收发器中与MCU 集成在一起，成本也不及GPS 硬件的十分之一，功耗也只是GPS 硬件的一小部分。
该定位引擎既可用于室内，也可用于室外，而且只要有现成的ZigBee 网络，就无需安装移动的接收天线。
典型的应用包括：
•遥控开/关房屋中所有房间的灯具；
•跟踪码头仓库的集装箱起运情况；
•跟踪网站的设备。
另外，当新设备接入网络时，该定位引擎能够确定其物理位置，因此定位引擎还能用于简化无线网络的设置。
后台设备
大多数的无线传感器网络都要求具备一种确定网络节点位置的方法。
因此在设备安装期间，您需要弄清楚哪些节点相互之间直接进行数据交换，或者确定哪些节点直接与中央数据采集点进行数据交换。
当通过基于软件的计算方法来确定网络节点位置时，我们就会考虑到市场化解决方案(market solution)。
这些具体的计算方法是：节点首先读取计算节点位置的参数，然后将相关信息传送到中央数据采集点对节点位置进行计算，最后，又将节点位置的有关参数传回至该节点。
这就是典型的数据密集型计算，并且需要配置一台PC 或高性能的MCU。
这种计算节点位置的方法之所以只适用于小型的网络和有限的节点数量，是因为进行相关计算所需的流量将随着节点数量的增加而呈指数级速度增加。
因此，高流量负载加上带宽的不足限制了这种方法在以电池供电的网络中的应用。
针对上述问题，CC2431 采用了一种分布式定位计算方法。
这种计算方法根据从距离
最近的参考节点（其位置是已知的）接收到的信息，对节点进行本地计算，确定相关节点的位置。
因此，网络流量的多少将由待测节点范围中节点的数量决定。
另外，由于网络流量会随着待测节点数量的增加而成比例递增，因此，CC2431 还允许同一网络中存在大量的待测节点。
本文中所提供的结果是根据对ZigBee 网络的测量得出的，然而，这些测量结果同样
适用于基于IEEE 802.15.4.构建的更简单的网络。
定位引擎技术
定位引擎根据无线网络中临近射频的接收信号强度指示(RSSI)，计算所需定位的位置。
在不同的环境中，两个射频之间的RSSI 信号会发生明显的变化。
例如，当两个射频之间
有一位行人时，接收信号将会降低30dBm。
为了补偿这种大的差异以及出于对定位结果精确性方面的考虑，定位引擎将根据来自多达16 个射频的RSSI 值，开展有关的定位计算。
其依据的理论是：当采用大量的节点后，RSSI 的变化最终将达到平均值。
在RF 网络中，具有已知位置的定位引擎射频称为参考节点，而需要计算定位位置的
节点称为待测节点。
要求在参考节点和待测节点之间传输的唯一信息就是参考节点的X 和Y 坐标。
定位
引擎根据接收到的X 和Y 坐标，并结合根据参考节点的数据测量得出的RSSI 值，计算位置进行定位。
将定位技术纳入网络协议
一些采用定位引擎的应用可能要求，放置若干个参考节点作为基础设施设置不可或缺的一部分。
ZigBee 技术能够实现对家庭、办公以及工业等应用的无线控制。
人们期望，随着ZigBee 设备在楼宇基础设施中的安装数量不断增多，ZigBee 将会在家庭和办公自动化方
面拥有更为广阔的应用前景。
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 至16 个参考节点采集数据，并使用这些数据对应定位的位置进行计算。
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。