基于ZigBee技术的室内定位系统研究与实现 - 硕士学位论文 - 图文(2)

大连理工大学硕士研究生学位论文

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绪论

课题背景

随着现代移动通信技术和无线网络的蓬勃发展，人们对无线定位的需求与日俱增。无线定

1．1

位服务是指通过无线终端和无线网络的配合，确定移动用户的实际位置信息，从而提供用户所需的与位置和方向相关的服务。无线定位服务的发展始于美国。1996年，美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission，FCC)$lJ定了E．911法规IIJ，要

求所有移动通信运营商，在移动用户发出紧急呼叫时，必须向公共安全服务系统提供用 户的位置信息和终端号码，以便对用户实施紧急救援工作，并要求分阶段实施定位精度不断提高的用户定位服务。1999年FCC对E．911法进行修订，对定位精度提出新的要求，极大的促进了美[雪LBS(Location Based Service)产业的快速发展。此后，日本、德国、法国、瑞典、芬兰等国家纷纷推出各种各具特色的商用定位服务。这些服务主要应用于：公共安全，如紧急救援；报警信息发布，跟踪业务，如犯罪嫌疑人的跟踪，走失老人和儿童的寻找，车辆的防盗报警，交通监控；基于位置的信息业务：如车辆导航服务，城市观光；基于位置的信息发布等。无线定位服务已经在军用、民用和商用领域证明了其重要性。现今实用的定位系统多半基于GPS【2l(Global Positioning System)技术，导致应用成本较高。低成本、高可靠性的新型定位系统的研究开发变得非常紧迫。

另一方面，无线传感器网络(WSN)可以使人们在任何时间、任何地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息。因此，这种网络系统可以被广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐、抗灾等领域，它是信息感知和采集的一场革命。由于WSN的低成本、便于大规模应用，使得以wSN为载体的定位研究被给予了广泛的关注。WSN的定位机制逐渐成为其主要技术之一。

在无线通信协议体系中，IEEE802．15．4是其中一种新兴的协议标准，因其优越性，它获得了快速的发展。它确定了低速个人局域网J(LR．WPAN)标准，定义了物理层(PHY) 和媒体接入控制层(MediaAccess Control，MAC)[引。2003年，ZigBee联盟在物理层和媒体接入控制层的基础上对网络层(NWK)和应用层(APL)进行了具体定义，为用户提供了大量的API函数，从而形成了完整的ZigBee协议。ZigBee技术作为一种新兴的低成本、低功耗、低速率的短距离无线通信技术，它的独特技术特点使得其成为WSN中的理想通信技术选择。

随着对ZigBee技术研究的不断深入，大量的实用ZigBee硬件、软件载体都相继被推出，使得基于ZigBee技术的WSN和定位技术获得了迅猛的发展。尤其是基于ZigBee 技术的定位系统的研究与开发逐渐成为了一个研究热点。

基于ZigBee技术的室内定位系统研究与实现

在所有的定位实现中，室内空间由于其环境的复杂性，一直是定位系统实现的一个难点。现今，成熟的室内定位系统仍然比较少、而且多存在成本偏高的缺陷，不利于大范围广泛应用。本文试图利用ZigBee技术实现一种较低成本、较低复杂度的室内定位系统。

1．2典型室内无线定位系统

1．2．1室内GPS定位技术GPS是目前应用最为广泛的定位技术。当GPS接收机在室内工作时，由于信号受

建筑物的影响而大大衰减，定位精度也很低，要想达到室外一样直接从卫星广播中提取 导航数据和时间信息是不可能的。为了得到较高的信号灵敏度，就需要延长在每个码延迟上的停留时间，A—GPS(Assisted GPS，无线网络辅助GPS)技术为这个问题的解决提供了可能性。室内GPS技术采用大量的相关器并行地搜索可能的延迟码，同时也有助于实现快速定位。

利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大，且定位导航信号免费。缺点是定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，而且定位器终端的成本较高。 1．2．2室内无线定位系统

(1)RADAR系统

Microsoft公司开发的RADAR室内定位系统【5J利用“指纹识别”技术进行定位，解决 WLAN中定位移动计算设备的问题。该方法是通过对特定环境下的RF信号衰落特征值进行处理实现的。

RADAR系统是基于IEEES02．1l WLAN的室内无线射频定位系统，属于采用经验测

试和信号传播模型相结合的场景法定位系统。RADAR系统把信号强度作为估算射频发射器与接收器间距的依据，建立射频信号的传输信道模型，确定信号衰减与发射器、接收器间墙壁数量的关系，从而得到给定位置接收器最优的距离估算参数。该系统事先在建筑物内部固定有三个位置已知的基站，待定位置的移动点通过两个步骤获取位置。首先是一个离线的数据收集的过程，由各移动节点发送广播报文，基站的接收器根据信号强度确定移动节点的位置，并将此位置存入一个场景．位置的表结构中。第二个步骤是在线数据处理过程，移动节点定期发送广播报文，基站节点查表，根据接收信号的强度找出最为接近的位置作为节点当前的位置。

RADAR系统的主要优点在于易于安装、需要很少基站，采用无线网络结构。但是，其依赖于无线局域网技术，制约了节点的种类、大小和电源情况。RADAR系统实现了 …… 此处隐藏：754字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……