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(3)

大连理工大学硕士学位论文

楼内2～3m的实时定位。提出了WAF模型替代经验数据来推动节点位置的方法并做了初步尝试。

(2)SpotON系统

SpotONt6】标签的硬件有Dragonball EZ处理器、在916．5MHZ的TRl000射频收发器和

10．bit A／D

转换器构成。该系统基于射频接收信号强度(RSS)分析的三维位置感知方法，实现

小范围的定位。SpotON系统中硬件标签网络状分布，无需中央控制单元，通过标签测试到的信号强弱来表征标签之间的几何距离。但是，完整的SpotON系统到目前为止还没有建成。

(3)Cricket系统I 7】

E．911系统和智能机器人导航领域都有使用AOA技术确定目标方向和位置的技术，但它们大都使用了高能耗的天线阵列测量信号方向，不适用于低功耗的WSN领域。针对

这个问题，MIT提出了一种融合TDOA和信号到达相位差的硬件解决方案一ricket

Compass，其原型系统可在+40。角内以±5。的误差确定接收信号方向。

Cricket系统是麻省理工学院的Oxygen项目的一部分，用来确定移动或静止节点在大楼内的具体所在房间位置。该定位系统利用射频信号与超声波信号到达时间间隔和各自的传播速度，计算出未知位置节点到已知位置节点的距离。然后通过比较到各个临近信 标节点的距离，选择出离自己最近的信标节点，从该信标节点广播的信息中取得自身所在的房间位置。

℃4)ActiveBadge室内定位系统

Active Badget8】系统是最早的室内定位跟踪系统之一。它采用了红外线技术实现室内

定位，属于无线小区监视接入的相邻法定位系统。每个待定位的物体使用红外发射机定期发送自身唯一的ID识别码。同时，在定位区域的每一个房间里固定放置红外接收机，用于提取红外信号携带的数据，并通过有线网络上报给控制中心数据库。墙壁对红外线的屏蔽作用，确保接收机只能接受到同一房间中的标识信号，从而实现对运动物体的准确定位。

Active Badges系统的不足之处在于：使用有线网络的代价较大，在一定程度上限制了系统容量的扩充；由于红外信号的直线视距和传输距离较短，房间中存在着一些死角，而红外接收机不能检测到；使用相邻法定位，位置信息不够精确。

(5)UC Berkeley系统19J

传感器网络中的传感器受环境噪声和其他因素的影响，采集到的数据会有误差，有时误差非常严重，这样的数据需要直接剔出。剔出这种数据可以通过历史数据的分析，

基于Zig,Bee技术的室内定位系统研究与实现

或者通过相邻的传感器采集的数据进行判决。这就需要采用多传感器融合技术，使用空间相关性，融合后的二进制测量值提供更加精确的信息。

Oh等人使用Trio传感器节点，使用无线传感器网络跟踪未知数目的目标。每个节点通过二进制值来报告目标是否靠近传感器。由于目标的个数和初始位置是未知的，对于粗粒度测量的系统，从二进制值完成跟踪的任务是非常困难的。该实验使用多传感器融合算法，使用空间相关性，融合后的二进制测量值提供更加精细的位置信息。融合后的数据通过数据关联的马尔可夫．蒙特卡罗算法(Markov chainMonte CarloData Association．MCMADA)跟踪未知个数的目标。在Trio节点的大规模跟踪实验中，该算法成功地实现了实时跟踪户外未知数目的移动目标。该实验可能是无线传感器网络一次最大规模的多目标跟踪组网演示。

1．3无线定位算法

节点定位算法是无线传感器网络的重要技术之一，在无线传感器网络部分应用中是不可或缺的。根据具体的定位机制，可以将现有的无线传感器网络定位方法分为两类：基于测距的方法和不基于测距的方法【9’321。基于测距的定位机制需要测量未知节点与锚节点之间的距离或者角度信息，然后使用三边测量法、三角测量法或最大似然估计法计算未知节点的位置。而不基于测距的定位机制无需距离或角度信息，或者不用直接测量这些信息，仅根据网络的连通性等信息实现节点的定位。

1．3．1 基于测距的定位技术

基于测距(range．based)的技术，通过测量和估计节点之间的距离，根据几何关系计算出节点之间的位置。通常采用以下方法。

(1)信号强度(RSS)测距法110】已知发射功率，在接收节点测量接收功率，计算传播损耗，使用理论或经验的信号

传播模型将传播损耗转化为距离。例如，在自由空间中，距发射机d处的天线接收到的信号强度由下面的公式给出：

Pr(d)=P,O。G，名2／(4万)2d2L

(1．1)

其中，Pt为发射机功率；Pdd)是在距离d处的接收功率；G。、G，分别是发射天线和接收天线的增益；d是距离，单位为米；L为与传播无关的系统损耗因子；五是波长，单位为米。由公式可知，在自由空间中，接收机功率随发射机与接收机距离的平方衰减。这样，通过测量接收信号的强度，再利用公式1．1就能计算出收发节点间的大概距离。