基于zigbee室內(nèi)定位算法研究

摘要基于RSSI的ZigBee無線定位技術(shù)是室內(nèi)定位系統(tǒng)的主要技術(shù)之一。由于摘要基于RSSI的ZigBee無線定位技術(shù)是室內(nèi)定位系統(tǒng)的主要技術(shù)之一。由于RSSI測距技術(shù)受室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜多變性影響大，可能造成±50％的測距誤差本課題針對這種粗定位方式，進(jìn)行了一些算法的改進(jìn)。本課題主要分析了影響定位精度的兩個(gè)主要因素：測距誤差和計(jì)算誤差。第一，分析了影響RSSI測距的室內(nèi)無線信道傳輸損耗模型；第二，分析了三角形質(zhì)心算法、以及加權(quán)三角質(zhì)心算法等對計(jì)算誤差的影響；第三，針對RSSI具隨機(jī)性與成正態(tài)分布等特性，分析了高斯濾波算法和貝葉斯統(tǒng)計(jì)原理，并對基于RSSI測距的定位算法進(jìn)行了改進(jìn)。本課題主要利用由無線通信芯片CC2430組成的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)讀取定位節(jié)點(diǎn)和各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的RSSI值，通過高斯濾波算法對RSSI值進(jìn)行預(yù)處理，再通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ颓笕《ㄎ还?jié)點(diǎn)和各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，然后通過定位算法估算出定位節(jié)點(diǎn)的初步位置。最后，根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)學(xué)原理建立貝葉斯濾波模型，以估算出的定位信息為先驗(yàn)值，進(jìn)一步提高定位節(jié)點(diǎn)的定位精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過貝葉斯濾波算法改進(jìn)后的定位精度有了明顯提高。定位精度可以精確到關(guān)鍵詞：室內(nèi)定位；Zigbee：接收信號強(qiáng)度指示；高斯濾波算法；貝葉斯濾波算RSSIbasedoneofthemainonpositioningandofpositioningsystem．BecauseoftheofRSSI50maybecausesenvironment，positioningalgorithminviewoftherangingerrors．Therefore，weimprovetwomainThepapererroranderrortheindoormainlypositioningaccuracy．First，itchannelinfluencestherangingerroroflossmodelRSSIbasedoneofthemainonpositioningandofpositioningsystem．BecauseoftheofRSSI50maybecausesenvironment，positioningalgorithminviewoftherangingerrors．Therefore，weimprovetwomainThepapererroranderrortheindoormainlypositioningaccuracy．First，itchannelinfluencestherangingerroroflossmodel leadtotheoftofeaturerandomandoffilteringtheoryareanalyzedinordertoRSSI-positioninghasvaluesbetweenthe wirelessnetworkwhichunknownnodeandZigbeecomposedbythewirelessRSSIprocessedbyCC2430．Then，thGauss filteringmodel．Initial isestimatedbymodelfromapositioning principleofthetakestheestimatedlocationinformationthepriorvalue，tofurtherimprovetheindoorpositioningresultsshowthathasbeenpositioningimprovementcanbeaccurateaboutKeyLocalization；ZigBee；RSSI；GaussiafilteringBayesianfilteringⅡ第一章緒1．1研究背景與意義隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)計(jì)算設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)Ⅲ(IOT：InternetofThings)發(fā)展，越來越多的基于位置服務(wù)(LBS第一章緒1．1研究背景與意義隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)計(jì)算設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)Ⅲ(IOT：InternetofThings)發(fā)展，越來越多的基于位置服務(wù)(LBSService)的室內(nèi)應(yīng)用受到了關(guān)注。比如：大型地下車庫的車輛定位、醫(yī)院病患的追蹤管理、智能家居定位、家中兒童老人定位看護(hù)、地下煤礦的人員跟蹤與定位以及發(fā)生災(zāi)難時(shí)的人員跟蹤與定位等。室內(nèi)定位的核心問題就是如何精確的定位室內(nèi)環(huán)境中的人員和物品。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，使用的最廣泛的定位技術(shù)是GPS技術(shù)【21。但是GPS位技術(shù)因?yàn)槠涔谋容^高，必須在開闊的地方使用，并不適合于在封閉的樓層和地下環(huán)境等室內(nèi)環(huán)境，而且它的定位精度相對來說比較低，并不能滿足室內(nèi)定位的定位精度要求。如果要在室內(nèi)定位系統(tǒng)中使用GPS技術(shù)，則可以增加一些輔助，比如加有接插式外接天線或者感應(yīng)式天線的蜂窩無線定位。雖然這樣做能使定位精度達(dá)到幾十米，但是卻不能夠明確定位目標(biāo)的具體房間。并且，因?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境的復(fù)雜性，無線信號的多徑效應(yīng)和反射比較嚴(yán)重，GPS信號在室內(nèi)會(huì)變差，這樣使得許多基于室內(nèi)位置服務(wù)的應(yīng)用變得沒有意義。所以，GPS定位技術(shù)不再適合于室內(nèi)定位系統(tǒng)。根據(jù)室內(nèi)環(huán)境的這種復(fù)雜多變性，人們在室內(nèi)定位方面不斷的提出解決方案和實(shí)現(xiàn)方法，比如利用GNSS技術(shù)(如偽衛(wèi)星等)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，或者利用無線傳輸技術(shù)(無線局域網(wǎng)路、紅外線、超聲波、藍(lán)牙、WiFiRFID、ZigBee和超寬帶等)來進(jìn)行室內(nèi)定位，以及利用像航位推算、圖像分析、電腦視覺等技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)定位。雖然目前對室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究比較多，但是卻缺少性能比較完善且價(jià)格比較低廉的室內(nèi)定位系統(tǒng)1．2室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀1．2．1國外的研究1．基于紅外感應(yīng)的室內(nèi)定位系統(tǒng)——Badge系統(tǒng)該系統(tǒng)是1993年Cambridge提出的【31，是屬于最早的室內(nèi)定位之一。它的基本原理在于：在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位之前，要先在定位環(huán)境中建立一個(gè)由多個(gè)紅外接收器(紅外傳感器節(jié)點(diǎn))連接而成的網(wǎng)絡(luò)，在待定位的人員身上裝置紅外發(fā)送器。一旦待定位的人員進(jìn)入這個(gè)房間以后，紅外接收器就會(huì)接收到紅外線信號，然后經(jīng)過定位算法計(jì)算出待定位人員的位置信息。該定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是功耗極低，多個(gè)紅外接收器(紅外傳感器節(jié)點(diǎn))連接而成的網(wǎng)絡(luò)，在待定位的人員身上裝置紅外發(fā)送器。一旦待定位的人員進(jìn)入這個(gè)房間以后，紅外接收器就會(huì)接收到紅外線信號，然后經(jīng)過定位算法計(jì)算出待定位人員的位置信息。該定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是功耗極低，體積很小。其缺點(diǎn)是紅外線傳輸?shù)木嚯x較短，很容易受到周圍環(huán)境的干擾，從而造成定位精度較低。因此在室內(nèi)環(huán)境定位中的實(shí)用性較差。2．基于IEEE802．1l無線網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位系統(tǒng)——RADAR系該系統(tǒng)是1998年微軟公司研發(fā)的【4】，解決了WLAN中移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的定位問題?？梢酝ㄟ^場景分析和三邊測量這兩種方式來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。前者是先在室內(nèi)環(huán)境中建立一個(gè)信號強(qiáng)度 Strength)數(shù)據(jù)庫，并且定位目標(biāo)配置的感器節(jié)點(diǎn)要具有測量射頻(RFRiadoFrequency)信號強(qiáng)度的功能，這樣我們可以通過無線網(wǎng)絡(luò)來查詢這個(gè)SS數(shù)據(jù)庫，只要選擇一個(gè)可能性最大的位置來定位自身的位置坐標(biāo)；后者則是先通過RSSI測距計(jì)算定位節(jié)點(diǎn)和各個(gè)基站之間的距離，再利用三邊測量法計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。該定位系統(tǒng)具有采用無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、容易安裝、使用基站少等優(yōu)點(diǎn)。但是，該系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)，比如：對環(huán)境要求較高，依賴于無線局域網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)定位精度也有待提高。它通常只能夠?qū)崿F(xiàn)辦公室范圍內(nèi)2～3米的實(shí)時(shí)定位。所以該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然困難較多。3．基于超聲波的室內(nèi)定位系統(tǒng)——Bat系統(tǒng)和Cricket系Bat系統(tǒng)【5】是1999Cambridge研究所開發(fā)的，它是通過超聲波信號的TOA實(shí)現(xiàn)三維空間定位。其定位原理和基于紅外線的室內(nèi)定位系統(tǒng)相似，也需要先在室內(nèi)環(huán)境先建立一個(gè)超聲波接收網(wǎng)絡(luò)，先給待定位的人員配置超聲波發(fā)射器，然后在待定位人員進(jìn)入定位區(qū)域內(nèi)時(shí)后，超聲波接收器根據(jù)接受到的超聲波信號通過定位算法計(jì)算出待定位人員的位置坐標(biāo)。該系統(tǒng)與Badge系統(tǒng)相比，提高了定位精度，可達(dá)到3厘米。其缺點(diǎn)在于要預(yù)先部署超聲波接收節(jié)點(diǎn)較多，造成成本夠高，而且超聲波信號不能受阻礙物的遮擋，需要視距傳播，這樣它的應(yīng)用便捷性就變得較差。Cricket系統(tǒng)【6】是2000年由MIT實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的，主要是用來確定大樓內(nèi)的靜止的或者移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)的具體房間位置。該系統(tǒng)由作為錨節(jié)點(diǎn)的超聲發(fā)射器和作為定位節(jié)點(diǎn)的嵌入接收器組成，然后定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到錨節(jié)點(diǎn)的超聲波信號與射頻信號的時(shí)間差(TDOA)來計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，從而通過三角2測量算法計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。Cricket系統(tǒng)是Active BatH系統(tǒng)的改進(jìn)與ActiveBat系統(tǒng)、ActiveBat低，但該算Badge系統(tǒng)相比，其精度測量算法計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。Cricket系統(tǒng)是Active BatH系統(tǒng)的改進(jìn)與ActiveBat系統(tǒng)、ActiveBat低，但該算Badge系統(tǒng)相比，其精度比可提高定位系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和安全性，因?yàn)樗麑σ苿?dòng)節(jié)點(diǎn)的定位使用了分布性計(jì)算。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是需要較高的底層硬件設(shè)施投資和功耗較大，因?yàn)樗瑫r(shí)發(fā)送超聲波信號與RF信號，另外，它的定位精度較低，實(shí)用性還比較低。4．基于RFID的室內(nèi)定位系統(tǒng)——SpotON系統(tǒng)和LANDMARC系SpotON系統(tǒng)【7】是1999年研發(fā)，是一種基于射頻RSS(ReceiveSignal接收信號強(qiáng)度)分析的三維位置感知方法，它假定了室內(nèi)環(huán)境的傳輸損耗模型，將接收的SS直接換算成待定目標(biāo)與接收機(jī)之間的距離，如式(11)所示。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于使用了瞎子爬山(hill．climbing)優(yōu)化算法，利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)最小化對定位計(jì)算造成的計(jì)算誤差。另外，它可以成功實(shí)現(xiàn)小范圍室內(nèi)定位。船=O．0236×d2-LANDMARC系統(tǒng)18】是通過室內(nèi)傳播路徑損耗模型來建立SS與幾何空間距離的映射關(guān)系，并引入?yún)⒖级ㄎ粯?biāo)簽，根據(jù)不同標(biāo)簽之間的殘差加權(quán)算法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)投資較少，因?yàn)槎ㄎ恢惺褂玫膮⒖级ㄎ粯?biāo)簽而不是閱讀器。另外，定位有效性較高，因?yàn)閰⒖紭?biāo)簽?zāi)軌蛱峁┯行У亩ㄎ还?jié)點(diǎn)的位置信息5．基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)——Scries該系統(tǒng)是尤比森斯公司開發(fā)的新型定位系統(tǒng)【糾，它主要包含可以發(fā)射信號的活動(dòng)標(biāo)簽、可以接收并估算位置的固定傳感器和綜合所有位置信息的軟件平臺。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它在三維空間定位中的定位精度可以達(dá)到15米由于該系統(tǒng)的投資成本較高，并不適合那種對定位精度要求不高卻要求低成本的定位場6．基于WiFi的定位系統(tǒng)——-該系統(tǒng)是2001年研發(fā)的00]，提供Wi．Fi定位服務(wù)，該系統(tǒng)使用貝葉斯網(wǎng)推斷節(jié)點(diǎn)的位置。1．2．2國內(nèi)的研究國內(nèi)室內(nèi)定位方面研究不多，還處于探索中。目前，室內(nèi)定位系統(tǒng)研究主要集中在各個(gè)高校和科研院所。3復(fù)旦大學(xué)提出的基于對數(shù)正態(tài)分布的室內(nèi)傳播損耗模型，它是利用最大似然估復(fù)旦大學(xué)提出的基于對數(shù)正態(tài)分布的室內(nèi)傳播損耗模型，它是利用最大似然估計(jì)算法，然后通過迭代估算出用戶與各個(gè)接收機(jī)之間的距離以及相應(yīng)的傳播損耗模型中的遮蔽因子，從而估計(jì)出室內(nèi)用戶的位置。香港科技大學(xué)的Lun等于2007年提出了WHAM!定位系統(tǒng)【11】。這個(gè)系統(tǒng)是基于WiFi的，先將環(huán)境分為多個(gè)區(qū)域，然后利用返回跟蹤技術(shù)來定出移動(dòng)設(shè)備最后所處的區(qū)域。上海交通大學(xué)微電子學(xué)院正在布置的基于WiFi技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本室內(nèi)定位的實(shí)驗(yàn)室【12】1．3室內(nèi)定位技術(shù)分析1．3．1室內(nèi)無線傳播的在室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下，無線信號傳播可能收到吸收、反射、折射、繞射、散射、多徑干涉、非視距傳播和多普勒頻移等一系列物理過程的影響。多徑傳播是因?yàn)闊o線信號在房間內(nèi)傳播時(shí)，受到家具、地板、墻壁、天花板和隨意走動(dòng)的人員的影響而通過多條路徑到達(dá)接收端而形成的。非視距傳播是指當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接受節(jié)點(diǎn)在可視距范圍之外時(shí)，無線信號在經(jīng)過一系列的反射、散射、繞射活動(dòng)后到達(dá)接收端時(shí)造成的。經(jīng)過多徑和非視距傳播的信號在傳播時(shí)延，傳播方向，功率等方面造成信號強(qiáng)度的實(shí)時(shí)性與隨機(jī)性，從而導(dǎo)致了基于信號強(qiáng)度的定位誤差較大1．3．2室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：GPS、紅外(Infrared)、超聲波(UltrasonicTechnologies)BluetoothWi·Fi(wirelessfidehty)、RFIDUWB、等室內(nèi)定位技術(shù)在辦公室、家庭、工廠等場合得到了廣泛應(yīng)用。1．A—GPS)定位技術(shù)：GPS是目前為止一種比較成熟的室定位技術(shù)31。因?yàn)楫?dāng)接收機(jī)在室內(nèi)工作時(shí)，信號因?yàn)槭艿浇ㄖ锏恼趽醵蟠笏p，因此并不適合室內(nèi)定位。但是A．GPS技術(shù)卻為室內(nèi)定位提供了可能性。其優(yōu)點(diǎn)在于首次捕獲GPS信號的時(shí)間較短，且定位精度較高。但是該技術(shù)仍然存在著一些無法解決的缺點(diǎn)，還是無法圓滿解決室內(nèi)定位這個(gè)的問題。2．Infrared定位技術(shù)：該技術(shù)是通過安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收來自紅外線標(biāo)識發(fā)射出已調(diào)制好的紅外射線信號來進(jìn)行定位【141。它的優(yōu)點(diǎn)在于室內(nèi)定位精度較高，但是因?yàn)榧t外技術(shù)是直線視距且傳輸距離較短。因此，并沒有被室內(nèi)4定位系統(tǒng)廣泛接受。3．超聲波定位技術(shù)：該技術(shù)是采用反射式測距法和三角定位算法來實(shí)現(xiàn)定位【15】。其主要原理是：發(fā)射節(jié)點(diǎn)發(fā)射超聲波信號并且定位系統(tǒng)廣泛接受。3．超聲波定位技術(shù)：該技術(shù)是采用反射式測距法和三角定位算法來實(shí)現(xiàn)定位【15】。其主要原理是：發(fā)射節(jié)點(diǎn)發(fā)射超聲波信號并且接收由被測物產(chǎn)生的回波，然后，根據(jù)回波與發(fā)射波的之間的時(shí)間差來計(jì)算出待定位物體的距離。其優(yōu)點(diǎn)是由于超聲波的速度傳播較低，用于室內(nèi)定位精度較高；超聲波定位設(shè)備價(jià)格較低且較簡單。缺點(diǎn)是超聲波因?yàn)闊o法穿透墻壁和一些障礙物，所以受非視距傳播和多徑效應(yīng)的影響比較大，而且它還需要投資大量的底層硬件設(shè)施，投資成本較高。4．Bluetooth定位技術(shù)：它是一種短距離的低功耗的無線傳輸技術(shù)，通過測量SS來進(jìn)行定位【16】。其定位原理是：首先要在室內(nèi)安裝適當(dāng)?shù)腂luetooth局域網(wǎng)接入點(diǎn)，把網(wǎng)絡(luò)配置成一種基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式，并保證Bluetooth域網(wǎng)的接入始終是這個(gè)微微網(wǎng)的主設(shè)備，這樣就可以成功獲得用戶的位置信息，從而實(shí)現(xiàn)定位。其優(yōu)點(diǎn)是容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備，信號傳輸不受視距的影響，并且設(shè)備體積小、易于集成，因此很容易推廣普及。缺點(diǎn)是Bluetooth設(shè)備價(jià)格比較貴，于復(fù)雜的空間環(huán)境，穩(wěn)定性稍差，而且藍(lán)牙協(xié)議棧比較復(fù)雜5．Wi．Fi(無線保真)定位技術(shù)：是基于無線局域網(wǎng)絡(luò)系列標(biāo)準(zhǔn)的一種定位解決方案【171。其優(yōu)點(diǎn)在于無線電波的覆蓋范圍廣，半徑則可達(dá)100米；采用波段是2．4GHz；容易安裝，基站需求少，能采用相同的底層無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總精度高。缺點(diǎn)是很容易受到其他信號的干擾，從而影響其精度。近來，公司創(chuàng)始人1181在"WiFi室內(nèi)精準(zhǔn)定位你的位置”中聲稱：··精確度會(huì)隨著你與室內(nèi)環(huán)境的互動(dòng)而產(chǎn)生變化”。通過結(jié)合周邊Wi．Fi網(wǎng)絡(luò)的“印跡”及手機(jī)內(nèi)置的加速度計(jì)和指南針來定位手機(jī)的所在，定位精度在十來步之內(nèi)。6．RFID(射頻識別)定位技術(shù)：利用射頻方式進(jìn)行非接觸式的雙向通信方交換數(shù)據(jù)達(dá)到識別和定位的目的【19】。優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)識的體積比較小，造價(jià)比較低，定位精度較高，且傳輸范圍較大，同時(shí)它是其非接觸和非視距傳播。缺點(diǎn)是傳輸距離較近，一般最長為幾十米。而且節(jié)點(diǎn)不具有通信能力，不利于集成到其他系7．UWB(超寬帶)定位技術(shù)：它是通過發(fā)送和接收一些納秒級或納秒級以下的極窄脈沖來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸【2們。其優(yōu)點(diǎn)是具有穿透力強(qiáng)、功耗低、成本低、系統(tǒng)復(fù)雜度低、傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、抗干擾性較強(qiáng)、抗多徑的效果好、安全性高、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，超寬帶可用于對室內(nèi)靜止或者移動(dòng)物體以及人的精確定位，而且它的定位精度較高。8．ZigBee定位技術(shù)：是一種新興的低速率的短距離的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)【211ZigBee協(xié)議具有一套全球統(tǒng)一的、完整的、開放的標(biāo)準(zhǔn)，它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，可以在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間進(jìn)行相互協(xié)調(diào)通信并實(shí)性高、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，超寬帶可用于對室內(nèi)靜止或者移動(dòng)物體以及人的精確定位，而且它的定位精度較高。8．ZigBee定位技術(shù)：是一種新興的低速率的短距離的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)【211ZigBee協(xié)議具有一套全球統(tǒng)一的、完整的、開放的標(biāo)準(zhǔn)，它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，可以在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間進(jìn)行相互協(xié)調(diào)通信并實(shí)現(xiàn)定位。Zigbee有網(wǎng)絡(luò)容量大、低功耗、低速率、低成本、近距離、時(shí)延短、安全級別高、傳輸范圍小和支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中表現(xiàn)良好，但由于環(huán)境因素變化的原因，在實(shí)際應(yīng)用中，我們往往還需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。除了以上各種定位技術(shù)，還有基于計(jì)算機(jī)視覺定位和信標(biāo)定位等。1．3．3無線定位的基本室內(nèi)無線定位技術(shù)根據(jù)定位過程中是否測量節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或角度，將定位算法分為基于距離的定位算法和距離無關(guān)的定位算法1221。前者是通過測量多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間信號的傳播時(shí)間或入射角度參數(shù)，由此計(jì)算出多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離，主要有：基于信號到達(dá)時(shí)間(TOA：TimeofArrival基于信號到達(dá)時(shí)間差DifferenceArrival)、基于信號入射(AOA：AngleofArrival)、基于RSSI以及它們的混合定位技術(shù)等。后者則是不要測量節(jié)點(diǎn)之間的絕對距離或者方位，它僅僅只是利用節(jié)點(diǎn)間的估計(jì)距離或者僅利用網(wǎng)絡(luò)連通性等信息來計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位置，比如質(zhì)心算法。1．TOA定位原理是：在已知信號的傳播速度的條件下，根據(jù)信號的傳播時(shí)間計(jì)算出節(jié)點(diǎn)問的距離，然后通過相關(guān)定位算法計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)的位置。其優(yōu)點(diǎn)是不依賴于定位節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步，但要求至少要有三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)。由于測量的電波傳播時(shí)間，定位節(jié)點(diǎn)的位置被限制了在以錨節(jié)點(diǎn)為圓心的圓周定位區(qū)域上。實(shí)際中，兩個(gè)圓周通常相交于兩點(diǎn)，這樣就造成了定位節(jié)點(diǎn)的位置會(huì)不確定。2．TDOA定位原理是：當(dāng)定位節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信時(shí)，錨節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的兩種信號達(dá)到的時(shí)間差以及這兩種信號的傳播速度，計(jì)算兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離，然后再通過相關(guān)定位算法計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)的位置。該方法的關(guān)鍵點(diǎn)在于需要建立錨節(jié)點(diǎn)之間的同步，否則就會(huì)產(chǎn)生軌跡雙曲線的偏離誤差。在定位過程中，因?yàn)橹恍枰佬盘杺鞑r(shí)間的時(shí)間差，而不要求知道信號的實(shí)際傳播時(shí)間，所以在通常情況下，定位精度會(huì)高于TOA技術(shù)。63．AOA定位原理是t接收節(jié)點(diǎn)首先通過天線陣列或者多個(gè)超聲波接收機(jī)接收發(fā)射節(jié)點(diǎn)信3．AOA定位原理是t接收節(jié)點(diǎn)首先通過天線陣列或者多個(gè)超聲波接收機(jī)接收發(fā)射節(jié)點(diǎn)信號的到達(dá)方向，然后計(jì)算出接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)射節(jié)點(diǎn)之間的相對方位或者角度，最后，再通過定位算法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的位置。因?yàn)樵摲椒ǖ膬蓷l直線只能相交于一點(diǎn)。但是如果定位節(jié)點(diǎn)恰好是位于兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的連線上，則用AOA法不能確定目標(biāo)的位置，所以我們通常采用兩個(gè)以上的錨節(jié)點(diǎn)提供定位。當(dāng)定位節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)時(shí)，錨節(jié)點(diǎn)入射角的微小偏差就會(huì)造成較大的誤差。對于非視距傳播情況，無線信號會(huì)經(jīng)過反射或折射傳播，這樣會(huì)造成入射角度大的變化，從而引起較大的誤差，所以AOA定位技術(shù)不適用于多徑影響較大的區(qū)域。4．基于RSSI定位的基本原理是t首先，在已知發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號強(qiáng)度的條件下，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到來自發(fā)射節(jié)點(diǎn)的RSSI值計(jì)算出信號的傳播損耗然后利用理論模型或者經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯鬏敁p耗轉(zhuǎn)化為距離，再利用定位算法計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)的位置1231。其優(yōu)勢是：不用增加硬件的復(fù)雜度，容易實(shí)現(xiàn)，低功耗低成本，靈活性大。缺陷是：網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性還有待提高，易受環(huán)境干擾。當(dāng)無線信號在室內(nèi)環(huán)境中傳播時(shí)，出現(xiàn)多徑傳播現(xiàn)象和非視距影響，以及天線增益而產(chǎn)生的傳播損耗，造成較大的測距誤差，可能達(dá)N士505．混合定位技術(shù)：有TOA／AOA、TDOA／AOA、TDOA／TOA、RSSI／TOARSSI／TDOA等。因?yàn)槭覂?nèi)傳播環(huán)境的復(fù)雜性，AOA、TOA、TDOA等技術(shù)無法適用于環(huán)境。相比，RSSI測距法可以在一定程度上抵消掉室內(nèi)多徑效應(yīng)造成的影響它只需要利用一個(gè)信號強(qiáng)度測量設(shè)備，不需要額外的硬件，這樣不會(huì)增加節(jié)點(diǎn)的硬件成本和尺寸，因此更適合應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境1．4本論文研究的創(chuàng)新點(diǎn)本課題是研究一種基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的室內(nèi)定位。以ZigBee無線技術(shù)組建基本的網(wǎng)絡(luò)，使用RSSI測距定位技術(shù)來定位節(jié)點(diǎn)，并從測距階段和計(jì)算坐標(biāo)階段兩個(gè)方面對定位算法進(jìn)行改進(jìn)。第一階段是，建立一個(gè)更符合實(shí)際環(huán)境的無線信道傳輸損耗模型。建立對數(shù)距離損耗模型和IEEES02．15．4簡化模型，通過實(shí)驗(yàn)與仿真，建立一個(gè)符合室內(nèi)實(shí)際環(huán)境的無線信號損耗模第二階段是，結(jié)合各種定位算法并對其進(jìn)行算法優(yōu)化，這樣可以減小傳輸損7耗模型給定位帶來的誤差。根據(jù)RSSI值的隨機(jī)成正態(tài)分布特性，通過高斯濾波算法對耗模型給定位帶來的誤差。根據(jù)RSSI值的隨機(jī)成正態(tài)分布特性，通過高斯濾波算法對RSSI值進(jìn)行預(yù)處理，從概統(tǒng)計(jì)原理的角度，通過貝葉斯統(tǒng)計(jì)理論對初始坐標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，得到更加精確的位置坐標(biāo)。并通過改變錨節(jié)點(diǎn)的位置，取得合適的錨節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)，減少錨節(jié)點(diǎn)對定位節(jié)點(diǎn)的誤差影響，以提高定位精度本課題希望通過本文的改進(jìn)算法能提高室內(nèi)定位算法的定位精度，定位精度設(shè)計(jì)預(yù)期達(dá)到0．01～lm左右1．5本論文的主要工作安排第一章緒論：簡要介紹了目前室內(nèi)定位系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和基本的室內(nèi)定位技術(shù)，并提出了本論文的創(chuàng)新點(diǎn)和工作安排第二章基于ZigBee的RSSI定位算法和基于貝葉斯統(tǒng)計(jì)原理：詳細(xì)介紹了IEEE802．15．4／ZigBee協(xié)議棧和基于RSSI測距定位，以及貝葉斯統(tǒng)計(jì)原第三章基于RSSI和貝葉斯濾波的定位算法：從測距階段和坐標(biāo)計(jì)算階段兩個(gè)方面進(jìn)行算法改進(jìn)，根據(jù)RSSI具有的隨機(jī)性和成正態(tài)分布特性，從概率統(tǒng)計(jì)原理出發(fā)，通過高斯濾波原理和貝葉斯濾波原理對其算法進(jìn)行了改進(jìn)。第四章實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析：通過實(shí)驗(yàn)與仿真，做了詳細(xì)的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與總結(jié)，并證明了本課題改進(jìn)算法的獨(dú)創(chuàng)性和優(yōu)勢。第五章總結(jié)與展望：總結(jié)本課題所做的工作，并對未來的工作提出了展望。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)ZigBee是一種新興的低速率的短距離的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee技術(shù)以其網(wǎng)絡(luò)容量大、低ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)ZigBee是一種新興的低速率的短距離的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee技術(shù)以其網(wǎng)絡(luò)容量大、低功耗、低速率、低成本、近距離、時(shí)延短、安全級別高、傳輸范圍小、擁有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)和支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多等優(yōu)點(diǎn)，成為室內(nèi)定位技術(shù)的首先之一。而且，ZigBee技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中表現(xiàn)良好。但是因?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境因素變化的復(fù)雜性，在實(shí)際應(yīng)用中，我們往往還需要做進(jìn)一步的改進(jìn)。ZigBee標(biāo)ZigBee標(biāo)準(zhǔn)是由q-作組和ZigBee聯(lián)盟共同制訂。ZigBee協(xié)使用IEEES02．15．4規(guī)范【241作為介質(zhì)訪問控制層(MAC)和物理層，ZigBee聯(lián)盟則定義了網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層以及各種應(yīng)用產(chǎn)品的資料。ZigBee協(xié)議棧125】126](如圖2．1)滿足國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模式。應(yīng)用表示層會(huì)話層傳輸應(yīng)用程序接口網(wǎng)絡(luò)=網(wǎng)絡(luò)邏輯鏈路控制(LLC)質(zhì)接入控制(MAC)數(shù)據(jù)鏈物理物理層OSI模ZigBee1．物理層IEEE802．15．4定義了868／915MHz和2．4GHz兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)。二者都是基于直接序列擴(kuò)頻(DSSSDirectSequenceSpectrum)技術(shù)。868MHz頻段僅有一個(gè)信0)，傳輸速率為20kb／s：902MHz～928MHZ頻段有10信道GHz頻段道1．10)，信道間隔為2MHz，傳輸速率為40kb／s。24GHz"216個(gè)信道(信道11-26)，信道間隔為5MHz，能夠提供250kb／s的傳輸速率。物理層能夠提供兩種服務(wù)實(shí)體【271，它們分別是：9(1)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體(PDSE：PHYDataSevriceEntity)，通過PDSAP(PHYDataSAP：物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)1)來實(shí)現(xiàn)通信雙方在MAC子層實(shí)體之間Unit：媒體接入控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元)(1)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體(PDSE：PHYDataSevriceEntity)，通過PDSAP(PHYDataSAP：物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)1)來實(shí)現(xiàn)通信雙方在MAC子層實(shí)體之間Unit：媒體接入控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元)的數(shù)據(jù)傳輸。還①對無線收發(fā)器進(jìn)行激活或者關(guān)閉；②對當(dāng)前信道進(jìn)行ED(EnergyDetect：能量檢測)，并為網(wǎng)絡(luò)層的信道選擇算法提供依據(jù)③對空閑信道進(jìn)行評估Indication)進(jìn)行檢測，能④對接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示(LQI：Link夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)層或者應(yīng)用層接收點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)包時(shí)，提供詳細(xì)的無線信號的質(zhì)量信息和信號強(qiáng)度(2)物理層管理實(shí)體服務(wù)LayerEntityPLME—SAP：物理層管理實(shí)體服務(wù)接來實(shí)現(xiàn)MLME(MACEntity：媒體接入控制子層管理實(shí)體)和PLME間管理命令的傳輸2．MACMAC層能夠?qū)崿F(xiàn)IEEE802．15．4規(guī)范所要求的功能，且負(fù)責(zé)與物理層進(jìn)行交互活動(dòng)。MAC層可以提供種服務(wù)：(1)MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)(MLDS：MACLayerDataService)，能夠?qū)崿F(xiàn)MPDU理層數(shù)據(jù)服務(wù)上對數(shù)據(jù)的正確收發(fā)。Entity)[2s1(2)MAC層管理服務(wù)LayerMAC層管理功能能夠順利執(zhí)行的一些接口，并定義了特定服務(wù)匯聚子層和物理層之間的接口。并且，還負(fù)責(zé)維護(hù)一個(gè)存MAC子層協(xié)議相關(guān)信息的數(shù)InformationBase據(jù)庫MAC子層主要能夠完成以下工作：①產(chǎn)生并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)(beacon)幀，在beacon幀與協(xié)議器之間進(jìn)行同步；②支持無線信號節(jié)點(diǎn)安全機(jī)制，處理和維持保證時(shí)隙Slot)機(jī)制；⑧使用時(shí)隙載波多路偵聽技術(shù)(CSMA—CA)機(jī)制訪問信道，并共享物理信道和完全握手協(xié)議；④支持對等的MAC層間數(shù)據(jù)的可靠傳輸；⑤支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)(Association)和解除關(guān)聯(lián)(Disassociation)操作：前是指設(shè)備從協(xié)調(diào)④支持對等的MAC層間數(shù)據(jù)的可靠傳輸；⑤支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)(Association)和解除關(guān)聯(lián)(Disassociation)操作：前是指設(shè)備從協(xié)調(diào)器或者路由器處取得網(wǎng)絡(luò)的基本參數(shù)和網(wǎng)內(nèi)16bits的地址，它是設(shè)備成功加入網(wǎng)絡(luò)的途徑之一：后者則是指當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備離開網(wǎng)絡(luò)或進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)就執(zhí)行解除關(guān)聯(lián)操作。3．網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是ZigBee協(xié)議棧的一個(gè)重點(diǎn)【2們。網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的組建，為新加入網(wǎng)絡(luò)的訪問節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等。每一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)都包含網(wǎng)絡(luò)層，為了確保ZigBee的MAC層能夠正常工作，網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個(gè)服務(wù)接口，分別如下所示：(1)為數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)提供的NLDE．SAP接口，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體在通過其服務(wù)接入點(diǎn)時(shí)提供數(shù)據(jù)服務(wù)；而且當(dāng)它在兩個(gè)或者多個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)時(shí)，則將按照應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，且要求這些設(shè)備必須在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中(即在同一個(gè)內(nèi)部個(gè)域網(wǎng)中)；并且能夠提供生成網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)和指定拓?fù)鋫鬏斅酚煞?wù)。(2)為管理服務(wù)提供的NLME·SAP接口，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(NLME通過其服務(wù)接入點(diǎn)時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，并允許應(yīng)用與協(xié)議棧相互作用。此外，還存在一個(gè)隱藏接口，它能夠使NLME通過使用NLDE的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)來實(shí)現(xiàn)它的一些管理任務(wù)活動(dòng)。而且，NLME還負(fù)責(zé)維護(hù)和管理網(wǎng)絡(luò)信息庫Base)4．應(yīng)用層ZigBee應(yīng)用層【30】由四個(gè)部分組成：應(yīng)用支持子層(APSApplicationSubDeviceObject)、應(yīng)用架構(gòu)Layer)、ZigBee設(shè)備對象(ZDO：ZigBceFramework)和制造商定義的應(yīng)用對象(AppObj：ApplicationObjectApplicationAPS為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的服務(wù)提供接口。這些服務(wù)是通過兩個(gè)實(shí)體來實(shí)現(xiàn)DataEnitiy：APS數(shù)據(jù)實(shí)體)通過APSDE．SAP(APSDE服務(wù)入點(diǎn))來完成同一網(wǎng)段內(nèi)各個(gè)應(yīng)用實(shí)體之間的數(shù)據(jù)通信，還可以用來拆分和重組 Enitiy：APS管理實(shí)體)通過服務(wù)接入點(diǎn))來提供的多種服務(wù)給ZDO和Obj使用。也可以對綁定表進(jìn)行維護(hù)，對群地址進(jìn)行定義， Enitiy：APS管理實(shí)體)通過服務(wù)接入點(diǎn))來提供的多種服務(wù)給ZDO和Obj使用。也可以對綁定表進(jìn)行維護(hù)，對群地址進(jìn)行定義，并群尋址信息進(jìn)行移除和過濾等。AF是一個(gè)ZigBee設(shè)備應(yīng)用對象之間的工作環(huán)境。在AF內(nèi)，應(yīng)用對象之間通過APSDE-SAP來完成對數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送并接收。應(yīng)用對象主要是通過設(shè)備對象公共接口來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)初始化和對ZigBee設(shè)備的協(xié)議層進(jìn)行控制和管理ZDO介于AF和APS之間。ZDO的主要功能如①對APS，NKW(網(wǎng)絡(luò)層)和sss(安全服務(wù)規(guī)范)進(jìn)行初始化：②收集來自終端應(yīng)用的各種配置信息，以完成網(wǎng)絡(luò)管理、安全管理綁定管理等操③定義ZigBee設(shè)備在網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)角色：ZigBee調(diào)器、ZigBee路由器、ZigBee終端設(shè)備。在一個(gè)ZigBee設(shè)備中我們最多可以定義240個(gè)不同的Obj，分別對應(yīng)1-240終端。另外，為了方便APSDE服務(wù)接入點(diǎn)的使用，定義了一個(gè)作為與ZigBee設(shè)備對象間的數(shù)據(jù)接El的0終端和一個(gè)作為對所有應(yīng)用對象的數(shù)據(jù)廣播接口255終端。并預(yù)留了241～254終端，用來以后擴(kuò)展使用，因此用戶不能使用。ZigBee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技1．ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IEEE802154ZigBee協(xié)議定義了兩種相互配合使用的物理設(shè)備：全功能設(shè)備device)和簡化功能設(shè)備(RFDdevice)1311(1)FFD可支持任何一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，具有轉(zhuǎn)發(fā)與路由能力，擁有足夠存儲(chǔ)空間來存放路由信息，處理控制能應(yīng)較強(qiáng)。在ZigBee線網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器是FFD(2)RFD，內(nèi)存小，功耗低，只支持星型結(jié)構(gòu)，不能成為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由器，只發(fā)送與接收信號，實(shí)現(xiàn)簡單。RFD是最小、最簡單的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)。它可以實(shí)現(xiàn)一組最少的ZigBee服務(wù)。2．ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)IEEE802154ZigBee協(xié)議中明確定義了三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如圖22)結(jié)構(gòu)(star)、網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇樹型網(wǎng)結(jié)構(gòu) Tree)1321圖ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?1)星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種最簡單的單跳網(wǎng)絡(luò)。它是由一個(gè)作為主設(shè)備的協(xié)結(jié)構(gòu)(star)、網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇樹型網(wǎng)結(jié)構(gòu) Tree)1321圖ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?1)星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種最簡單的單跳網(wǎng)絡(luò)。它是由一個(gè)作為主設(shè)備的協(xié)調(diào)器和一個(gè)或多個(gè)作為從設(shè)備的終端設(shè)備組成。不需要用到ZigBee協(xié)議棧直接用IEEE802154的層就可以實(shí)現(xiàn)這種組網(wǎng)技術(shù)。在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制中心點(diǎn)，所有的終端節(jié)點(diǎn)都只與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通信。假如某一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)終端節(jié)點(diǎn)，則它會(huì)先把數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，然后再由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)依次將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)接收器的終端節(jié)點(diǎn)。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，組網(wǎng)技術(shù)簡單，但是它的通信范圍卻十分有限，所以單獨(dú)使用這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況比較少。(2)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用的是完全對等的點(diǎn)對點(diǎn)通信，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅可以和自己的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)通信，還可以和在通信范圍允許內(nèi)的具有路由功能的非父子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)槁酚善鞑粫?huì)定期的發(fā)送信標(biāo)，它僅在網(wǎng)內(nèi)設(shè)備要求時(shí)才對其進(jìn)行單播信標(biāo)，這樣能夠提高網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性，但是也因?yàn)槿绱?，使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)很難達(dá)到同步，所以我們必須采取像廣播等手段來實(shí)現(xiàn)。(3)簇樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)都只可以和他的子節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)行通信。但是它的路由器采用分級路由策略來傳送數(shù)據(jù)和控制信息，且它通常是基于信標(biāo)(Beaeon)l拘通信模式。因?yàn)樗耐ㄐ怕酚墒俏ㄒ坏?，所以，一旦骨干絡(luò)中有路由節(jié)點(diǎn)發(fā)生癱瘓，則相應(yīng)的區(qū)域就會(huì)進(jìn)入通信癱瘓狀態(tài)，只有等待該部分的網(wǎng)絡(luò)重組以后，才能夠恢復(fù)通信狀態(tài)。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：因?yàn)槎ㄆ诎l(fā)送信標(biāo)有利于同步，并且有利于節(jié)點(diǎn)定期的進(jìn)入休眠狀態(tài)，這樣可以降低系統(tǒng)功耗，延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽3．ZigBee組網(wǎng)技術(shù)在ZigBec網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)中，只有PAN協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)可以發(fā)起并建立一個(gè)新的ZigBec網(wǎng)絡(luò)【331。它主要通過以下幾個(gè)步驟在ZigBec網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)中，只有PAN協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)可以發(fā)起并建立一個(gè)新的ZigBec網(wǎng)絡(luò)【331。它主要通過以下幾個(gè)步驟來建立網(wǎng)絡(luò)(1)當(dāng)PAN協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，它首先會(huì)掃描整個(gè)信道，然后尋找這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)空閑信道來建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。(2)當(dāng)在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中找到了一個(gè)合適的信道以后，ZigBec協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)就會(huì)為這個(gè)新網(wǎng)絡(luò)選擇一個(gè)PAN標(biāo)識符，這個(gè)PAN標(biāo)識符是用來標(biāo)識整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的，在該信道內(nèi)必須是唯一的。因此，一旦選定了一個(gè)PAN標(biāo)識符，就可以說明已經(jīng)成功建立了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。(3)當(dāng)另外一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)在掃描這個(gè)信道時(shí)，這時(shí)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的ZigBee協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)就會(huì)作出響應(yīng)并聲明它的存在。而且，這個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)還會(huì)為自己選擇一個(gè)16位的網(wǎng)絡(luò)地址。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，所有的節(jié)點(diǎn)都會(huì)擁有一個(gè)64位的IEEE擴(kuò)展地址和一個(gè)16位的網(wǎng)絡(luò)地址，后者在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，也就是IEEES0215．4MAC短地址(4)一旦ZigBec協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)選定了一個(gè)16位的網(wǎng)絡(luò)地址后，就可以開始接受新的節(jié)點(diǎn)的加入了。當(dāng)任意一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)希望加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它首先需要通過信道掃描來搜索它的周圍可能存在的網(wǎng)絡(luò)。如果這個(gè)節(jié)點(diǎn)找到了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它就會(huì)通過關(guān)聯(lián)過程加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，只有具備路由功能的節(jié)點(diǎn)才允許別的節(jié)點(diǎn)通過它來關(guān)聯(lián)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)中的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)與這個(gè)網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系以后還想新加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它可以通過進(jìn)行孤立通知過程來重新加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。(5)在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，任意一個(gè)具有路由器功能的節(jié)點(diǎn)都可以用來維護(hù)一個(gè)路由表和一個(gè)路由發(fā)現(xiàn)表，另外，它還可以用來參與數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)、路由的發(fā)現(xiàn)、路由的維護(hù)，以及關(guān)聯(lián)其它節(jié)點(diǎn)來擴(kuò)展這個(gè)網(wǎng)絡(luò)2．2基于RSSI測距定位RSSI基于RSSI測距定位方法主要測量距離和坐標(biāo)計(jì)算兩個(gè)步驟組成RSSI測距原理是指在已知無線發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號強(qiáng)度條件下，無線接收節(jié)點(diǎn)首先根據(jù)接收到來著發(fā)射節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度計(jì)算出無線信號的傳播損耗，然后通過理論模型或者經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯o線信號的傳播損耗轉(zhuǎn)化為距離，最后再利用定位算法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)定位。如圖23所示。根據(jù)室內(nèi)信號傳播模型和值計(jì)算距算法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)定位。如圖23所示。根據(jù)室內(nèi)信號傳播模型和值計(jì)算距采集l述SI圖2．3RSSI剎距足位流程圖RSSI測距使用的無線信號傳播模型包括經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ?，本文采用傳播理論模型來建模。因?yàn)槎鄰叫诺澜邮盏降男盘枏?qiáng)度一般被認(rèn)為是服從對數(shù)正態(tài)分布的，所以本文中采用對數(shù)距離路徑損耗模型134來建模如式(21)所示：P啪=Pl(do)+lOMoglo其中，糾(回與Pl(d。)分別為定位節(jié)點(diǎn)在距離為d和參考距離d。時(shí)對應(yīng)的接收信號功率(宓冊)；d。為參考距離(肼)，一般為l；五是一個(gè)零均值的高斯隨機(jī)變(翹神，反應(yīng)了當(dāng)距離一定時(shí)，接收信號功率的變化，通過對疋，分析建立合適噪聲差模型，可以有效補(bǔ)償環(huán)境的誤差；刀為路徑損耗指數(shù)，一般取值l一7，是一個(gè)與環(huán)境相關(guān)的值，建筑物室內(nèi)環(huán)境視距傳播為1．4-1．8接收端的信號強(qiáng)度如式(22)所示：Pr(,0=只一用(回A為信號的發(fā)射功率，根據(jù)CC2430手冊可知Pt=-0．1dBm，I'r(cO為接收信號強(qiáng)度(dBm)，即RSSI，用口)即為經(jīng)過距離d后的路徑損耗。因此，在已知發(fā)射功率的情況下，通過測量得到接受功率，然后計(jì)算路徑傳播損耗就可以求出距離根據(jù)式(2．1)模型和式(22接收端的信號強(qiáng)度如式(2．3RSSI=A一10nloglo其中A；￡一PI(d。)·以，彳為每米信號接收強(qiáng)度，取負(fù)值，對式(2．3)進(jìn)行等d=10u堋甜加2．2．2計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)的基本在二維空間定位中，至少需要三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)和一個(gè)定位節(jié)點(diǎn)才能根據(jù)三角形定理計(jì)算出目標(biāo)的位置。已知ABC節(jié)點(diǎn)的標(biāo)分別為(xyxYxY節(jié)點(diǎn)D正好是以三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的半徑，口，％，0作圓的交點(diǎn)，如圖24所示。當(dāng)三圓交于一點(diǎn)時(shí)，根據(jù)三邊定位算法135】的原則節(jié)點(diǎn)D正好是以三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的半徑，口，％，0作圓的交點(diǎn)，如圖24所示。當(dāng)三圓交于一點(diǎn)時(shí)，根據(jù)三邊定位算法135】的原則，可以得出式(2．5)求出定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)D(x，力。圖2．5{一其中，x=[；]，彳=[主譬二乏；主愛二芰；]，丑=[：f,2式(2．6)經(jīng)過解線性方程組，可得定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)D(x，y)在實(shí)際室內(nèi)環(huán)境情況中，由于RSSI測距存在著較大的誤差，這是因?yàn)閷?shí)際的路徑損耗模型它比理論模型的數(shù)值存在的偏差較大，也就是說通過測距定位測量出來的定位節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的距離d總是會(huì)大于錨節(jié)點(diǎn)與定位節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際距離，．。原來以彳、口和C三點(diǎn)為圓心，以d。，d6，d。為半徑作圓作圓的三個(gè)圓再相交于一個(gè)交點(diǎn)D，而是相交于一個(gè)區(qū)域，這三個(gè)圓兩兩相交于e，，，g三個(gè)交點(diǎn)，則根據(jù)三角形質(zhì)心算法【36】的特性，三條交線將相交于一個(gè)交點(diǎn)，為質(zhì)心如圖2．5根據(jù)三角形的性質(zhì)，可得出式l√(x。一x。)2+

。-y。)2≤dl√(屯一t)2+(y。-y。)2-d由公式(2．7)其中，x=[；：]，彳=。22。(毛Xo一-tx‘，)二,2魄(Yo一-兒Y。，)．I，丑=[：2--2--式(2．8)經(jīng)過解線性方程組，可得出交由公式(2．7)其中，x=[；：]，彳=。22。(毛Xo一-tx‘，)二,2魄(Yo一-兒Y。，)．I，丑=[：2--2--式(2．8)經(jīng)過解線性方程組，可得出交點(diǎn)坐標(biāo)PO。，Y。)，同理可以得出，bf，yf、，g(xs結(jié)合質(zhì)心定位算法【37】(如圖2．6)，可以通過下式(2．9)求出定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)工=型半，y圖2．6質(zhì)心定位算式(2．9)所示的三角形質(zhì)心定位算法是是質(zhì)心算法的一個(gè)特例。質(zhì)心定位算非常簡單，只要先確定好這個(gè)包含定位節(jié)點(diǎn)的區(qū)域，就可以直接求解出這個(gè)區(qū)域的質(zhì)心。我們一般將多邊形的幾何中心作為這個(gè)多邊形的質(zhì)心，這個(gè)多邊形的頂點(diǎn)坐標(biāo)的平均值就是該質(zhì)心節(jié)點(diǎn)O，y)的位置坐標(biāo)。設(shè)多邊角形頂點(diǎn)的位置向量質(zhì)心算法雖然實(shí)現(xiàn)起來非常簡單、且它的通信開銷較小，但是它是在假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)都擁有理想的球型的無線信號傳播損耗模型的情況下進(jìn)行的，而且實(shí)際上的信號傳播模型與理想的模型是存在很大的差別的，并且是用質(zhì)心作為實(shí)際位置，它本身就是一種估計(jì)，這個(gè)算法估計(jì)的精確度和錨節(jié)點(diǎn)的密度有很大的關(guān)系，而且節(jié)點(diǎn)的分布密度越大，越均勻，它的定位精度就越高，反之，則越低。因此我們常常將它當(dāng)作為一種實(shí)現(xiàn)粗略定位的定位估計(jì)算法。因此，實(shí)際中需要對該算法進(jìn)行進(jìn)一步的算法改進(jìn)，以達(dá)到提高定位精度的目的。3．加權(quán)三角形質(zhì)心定位算法由于RSSI與距離之間的映射關(guān)系誤差比較大，從而影響了定位精度。在具體的實(shí)際應(yīng)用3．加權(quán)三角形質(zhì)心定位算法由于RSSI與距離之間的映射關(guān)系誤差比較大，從而影響了定位精度。在具體的實(shí)際應(yīng)用中，采用一種基于RSSI的加權(quán)質(zhì)心定位算法【3引，通過加權(quán)因子體現(xiàn)錨節(jié)點(diǎn)對質(zhì)心坐標(biāo)的影響程度，并反映它們之間的內(nèi)在關(guān)系。RSSI值越的錨節(jié)點(diǎn)對定位位置節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)的決定權(quán)越大，反之，則決定權(quán)越小。因此，可以通過加權(quán)因子來達(dá)到提高定位精度的目的，這樣可以降低錨節(jié)點(diǎn)距離定位節(jié)點(diǎn)較近的節(jié)點(diǎn)對定位誤差的影響，增加錨節(jié)點(diǎn)距離定位節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)對定位誤差的影響?？梢酝ㄟ^以下兩種加權(quán)因子具體來說明(1)通過距離的倒數(shù)‘i1，百1，百1)加權(quán)【39】【4們，由式(2．11)可得出定位坐標(biāo)x=而yt．叢量+蘭+皇d3臚}---I-牟---{"r 以dl以，瓦{i，麗(2)通過距離的和的倒數(shù)‘而)加權(quán)H1】【421212可得出定位坐標(biāo)。x=等L等半+億dl+—d+ddl3一d+d2-d4．多一≮√＼．二_圖2．8極大似然估計(jì)定位算法圖2．7三角定位算如圖27431如果知三個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)分工。Jy6c(x。，y。)，節(jié)點(diǎn)她∞與三個(gè)節(jié)點(diǎn)的角度分別為Z．4DB，,EADC，ZBDC。以節(jié)點(diǎn)C和L,IDC，且弧段AC在AABC內(nèi)，這樣可以確定唯一的一個(gè)圓，設(shè)圓心為0l(了01，y01)，半徑為rI，那么口=糾0lc=(幼．2／ DC)，則可以通過0l(了01，y01)，半徑為rI，那么口=糾0lc=(幼．2／ DC)，則可以通過式(2．11)確定心Ol和半徑rl，同理可求出圓心0203和半徑r2r3，再利用三邊測量法求出Dl√(工。I一工．)2+(y。l—y。I(％一Xc)2+

。-y。)2=2r產(chǎn)(1-cosa)L到定位節(jié)點(diǎn)酏力的距離分別為d．，d：9o*o$d。，則定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)可以通過下式|、／—(x-x1)2+—(y-y02：√—(x-—x2—)2—+(—．v-—Y2—(2．12)求出將式(2．12)解線性方程組：肛=口，再使用最小方差估計(jì)方法得出節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為：j：(ArA)一IATB統(tǒng)計(jì)學(xué)中有頻率學(xué)派(經(jīng)典學(xué)派)和貝葉斯(Bayesian)學(xué)派【45】兩個(gè)主要學(xué)派。它們之間有同也有異，貝葉斯統(tǒng)計(jì)學(xué)是基于先驗(yàn)信息、總體信息和樣本信息進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)推斷。它和經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)的主要差別——是否利用先驗(yàn)信息。在使用樣本息上也存在差異，貝葉斯統(tǒng)計(jì)學(xué)重視已出現(xiàn)的樣本觀測值，而對未發(fā)生的樣本觀測值則不予以考慮。貝葉斯統(tǒng)計(jì)學(xué)的一個(gè)最基本的觀點(diǎn)是任意一個(gè)定位量0都以看作是一個(gè)隨機(jī)變量，我們可以應(yīng)用一個(gè)概率分布去描述對這個(gè)0的定位狀況。我們通常將這個(gè)概率分布稱之為先驗(yàn)分布，它是代表抽樣前(即在觀察到任何與定位參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)之前)就有的關(guān)于0的先驗(yàn)信息的概率分布。貝葉斯定理重點(diǎn)在于給出了一個(gè)關(guān)于更新參數(shù)值的先驗(yàn)分布，從而能夠得出該參數(shù)的后驗(yàn)分布(指觀察到與參數(shù)值有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果之后所確定的概率分布)的數(shù)學(xué)方法。2．3．1離散參數(shù)的貝葉斯定設(shè)Xl,X2，．．．，x一為獨(dú)立且同分布的可觀測隨機(jī)向量變量，2．3．1離散參數(shù)的貝葉斯定設(shè)Xl,X2，．．．，x一為獨(dú)立且同分布的可觀測隨機(jī)向量變量，每一個(gè)變量X都有概率密度函數(shù)f(xl8))，目代表隨機(jī)變量及其取值。那么，貝葉斯定理【461表明，對于定的XlX2x0的概率度函數(shù)由下式(215)確定：h(口Ixt，x2，?，xⅣ)21呈f：：i(7xl云iIe-1)lf巧(歹x乏2：l：eT)否．．．i／=：(了xiN：而其中，萬(目)表示目的先驗(yàn)概率，在實(shí)驗(yàn)觀察X就確定的，是已預(yù)先對總體具有的經(jīng)驗(yàn)值；h(OlXl,x2，．．．，xⅣ)稱為0的后驗(yàn)概率，在觀察了試驗(yàn)數(shù)據(jù)之后才的值，可以看作是用總體信息和樣本信息(即抽樣信息)對先驗(yàn)分布／p整的結(jié)果 I刃，f=l，2’?，N表示在目發(fā)生的條件下，毛發(fā)生的條件概率2．3．2似然原一系列觀測值Xl,X2，．．．’x一的似然函數(shù)被當(dāng)作定位參數(shù)汐時(shí)，它就把f(xl，X2，．．．，x—I口)=兀le)稱為觀測值的聯(lián)合密度。假設(shè)XX1X2x．)，=Oly2y是兩個(gè)同的觀察集，且舷llp)。這就意味著0極大似然計(jì)量是相同的，如果對口采用一個(gè)相同的先驗(yàn)，那么基于x對曰所做的后驗(yàn)斷與基于y對口所做的后驗(yàn)推斷就是相同的。這也就是似然原理。似然原理的條件是：只要根據(jù)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中所收集的觀察值(并不依賴于已經(jīng)存在的觀察可以做出推斷。因此，必須現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)。貝葉斯定理的等價(jià)表述：后驗(yàn)概率芘似然函數(shù)先驗(yàn)概率2．3．3正態(tài)分布的貝葉斯估設(shè)占是總體分布中的參數(shù)，萬(占0的先驗(yàn)密度函數(shù)，假設(shè)由抽樣信息得到的后驗(yàn)密度函數(shù)與萬(占)具有一個(gè)相同的函數(shù)形式，則稱為萬p)是口的共軛先驗(yàn)布。共軛先驗(yàn)分布是對某個(gè)分布的參數(shù)而言的，離開了指定的參數(shù)和它所在的布就沒有意義了。正態(tài)均值的共軛先驗(yàn)分布即正態(tài)分布【471。設(shè)x；{x。，x：，．．．'x。)是來著正態(tài)分布^r(口，仃2)的一個(gè)樣本觀測值。其中盯2已知。則該樣本的似然函數(shù)為式(2．16示m㈣=(d茅)nexp{?！?xi吲2)，啾2盯口√2取另一個(gè)正態(tài)分布N(∥，r2)作為正態(tài)均值日的先驗(yàn)分布，∥和f2為已知，則可以得出式硼)=去唧{．譬)，一矽因此，樣本x與參數(shù)0的聯(lián)合密度函數(shù)為式(2．18)所示h(取另一個(gè)正態(tài)分布N(∥，r2)作為正態(tài)均值日的先驗(yàn)分布，∥和f2為已知，則可以得出式硼)=去唧{．譬)，一矽因此，樣本x與參數(shù)0的聯(lián)合密度函數(shù)為式(2．18)所示h(妒)=(2萬)-(n+1)120-nf-令七1-(2石)嘶D彪仃一～～，i=∑#，口；=等，彳=當(dāng)+j，矗=砉+告，c=孝+丁令向邛石，一刪％一叫，i=筆#，口；=譬，彳=吉+71，矗=言+砉，c=嘉h㈣)=ktexN-三(A02-2BO+C2))-h卅半)唧{-銷"令k2=kl∞卅旦型}絲}，則可以得到x的邊緣分布如式(2．20)所示／aI=B=il“2可以看出后驗(yàn)均值局是樣本均值i和先驗(yàn)均值∥用方差倒數(shù)組成的權(quán)的加權(quán)平均。假如樣本均值復(fù)的方差盯；偏小，則其在后驗(yàn)均值朋的份額就大，反之就較小，但先驗(yàn)均值∥在后驗(yàn)均值／J。的份額就大，這表明后驗(yàn)均值是在先驗(yàn)均值和樣本均值中間采取一個(gè)折衷的方案。在處理正態(tài)分布時(shí)，可以將方差的倒數(shù)看作為精度。后驗(yàn)分布的精度是樣本均值分布的精度與先驗(yàn)分布精度之和，增加樣本量n或者減少先驗(yàn)分布方差都有利于提高后驗(yàn)分布的精度。因此，可以通過貝葉斯公式計(jì)算0的后驗(yàn)分布如式(2．22)所示h(0x)=f(xl口弦p)其中，由于m(x)不依賴于0故可以將它看作是一個(gè)正則化因子，可以將上(2．22價(jià)于如式(223h(OIx)acf(xI2．3．4確定先驗(yàn)在貝葉斯方法中關(guān)鍵的一步是確定先驗(yàn)分布【4311．概率可以通過古典方法(包括幾何方法)或頻率方法確定。通常我們都使用頻h(OIx)acf(xI2．3．4確定先驗(yàn)在貝葉斯方法中關(guān)鍵的一步是確定先驗(yàn)分布【4311．概率可以通過古典方法(包括幾何方法)或頻率方法確定。通常我們都使用頻率方法，經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)中研究的對象是指能夠大量重復(fù)的隨機(jī)現(xiàn)象，而不是這類隨機(jī)現(xiàn)象。貝葉斯學(xué)派完全同意概率的公理化定義，但是他們認(rèn)為概率也可以通過經(jīng)驗(yàn)確定。這樣可以使不能夠重復(fù)或者不能大量重復(fù)的隨機(jī)現(xiàn)象也可談及概率了。貝葉斯學(xué)派將主觀概率定義為：一個(gè)事件的概率可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對該事件的可能性所給出個(gè)人信念。而這個(gè)給出的概率就是主觀概率。比如說：一位體育老師認(rèn)為甲的體育成績?nèi)?yōu)的概率是09，而乙的體育成績?nèi)?yōu)的概率是02位體育老師根據(jù)自己多年的經(jīng)驗(yàn)和甲乙兩位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況而分別得到的個(gè)人信念。這個(gè)主觀概率不是隨意的，而是因?yàn)楫?dāng)事人對所考察的事件比較理解且有豐富的經(jīng)驗(yàn)，并能對周圍信息和歷史信息進(jìn)行仔細(xì)分析，這樣主觀概率就能夠符合實(shí)際2．利用無信息確定先驗(yàn)分在討論一些理論問題的時(shí)候，假定先驗(yàn)分布密度石p)是已知，這是完全可以的。但是在實(shí)際中，有時(shí)候參數(shù)0是沒有任何過去的知識可以參考的，而是通過試驗(yàn)結(jié)果來獲得參數(shù)，這個(gè)時(shí)候的先驗(yàn)分布就叫做無信息先驗(yàn)分布，即指在未進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)或者不考慮任何樣本提供的信息能夠幫助我們?nèi)ミx用一個(gè)特定的分布作為先驗(yàn)分布，但并不是指對參數(shù)口的其他情況也不了解。貝葉斯方法的重點(diǎn)在于研究如何合理地使用先驗(yàn)信息。而如何去確定無信息先驗(yàn)分布是貝葉斯方法的一個(gè)重大的理論問題。我們知道參數(shù)口和樣本x是聯(lián)合密度的關(guān)系，且先驗(yàn)分布中所含的定位參數(shù)就是超參數(shù)。正態(tài)均值的共軛先驗(yàn)分布是正態(tài)分布N(蘆，盯有均值和方差兩個(gè)超參數(shù)。而均值和方差的取值范圍分布是咧∥硼，0<0．2<∞。貝葉斯假設(shè)認(rèn)為無信息分布應(yīng)選取在口取值范圍內(nèi)的均勻分布。但如正態(tài)分布的兩個(gè)參數(shù)的變化范圍是無限的區(qū)間，是不存在均勻分布的，因?yàn)榫鶆蚍植嫉拿芏群瘮?shù)是／∽=c滯數(shù))，其微分值不能為l，這樣貝葉斯假設(shè)就遇到問題了。且定位參數(shù)的選取是任意的，如正態(tài)分布的參數(shù)叮：，即可以選擇叮：也可以是口，假設(shè)口在(o，喲均勻分布，那么仃2就不可能仍然在(o，oo)均勻分布了，反之，也是一樣。因此，為了克服這些問題，許多學(xué)者經(jīng)過努力，認(rèn)為可以從在(o，喲均勻分布，那么仃2就不可能仍然在(o，oo)均勻分布了，反之，也是一樣。因此，為了克服這些問題，許多學(xué)者經(jīng)過努力，認(rèn)為可以從幾個(gè)不同的角度來說明去某些分布作為先驗(yàn)分布是合理的。最大熵原則【491是選先驗(yàn)分布石p)，使得它的熵日p)達(dá)到最大。當(dāng)隨機(jī)變量x={x，，X2s,oo'，x。)是離散的，可以對空間中的每個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)主觀概率，且P體=xD=p，，，=l，2，?，刀，則日(x)=一∑p山A，允許p，---0，且規(guī)定0．1n0=0?？梢造刂挥蟹植加嘘P(guān)。Ⅳ(x)最大的充要條件是Pl=p2=?=p。=土，即在有限范圍內(nèi)取值的隨機(jī)范圍，它是均勻分布時(shí)，才能夠使熵達(dá)到最大值。而如果口在無限區(qū)間上，則采用先驗(yàn)密度石I，稱為廣義貝葉斯假設(shè)。廣義最大熵原則是選先驗(yàn)分布st(e)使樣本x與參數(shù)矽聯(lián)合的熵z-Z'(x，口)達(dá)到最大。例如：在(_嗚動(dòng)上取值的離散分布，限定了它的一階矩是／．z，二階中心矩是盯：，則熵最大的分布是正態(tài)分布AT(∥，盯2)3．利用先驗(yàn)信息確定先驗(yàn)分布當(dāng)總體參數(shù)X只含有有限個(gè)或者可數(shù)個(gè)的點(diǎn)時(shí)，可以對其參數(shù)空間中的每個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)主觀概率，其主觀概率由以上所述的方法而確定。但是，當(dāng)總體參數(shù)是連續(xù)時(shí)，要構(gòu)造一個(gè)先驗(yàn)分布就困難多了，當(dāng)參數(shù)的先驗(yàn)信息足夠多的時(shí)候，可以通過直方圖法來確定。在本文中不予詳細(xì)介紹4．利用邊緣分布m(x)確定先驗(yàn)分布總體參數(shù)X的密度函數(shù)是／(，I們，定位參數(shù)e的先驗(yàn)分布選用的是已知密度函數(shù)砷)，口是離散的參數(shù)，則X的邊緣分布(eli無條件分布)，如式(2．m(x)=∑如ef(xt2．3．5最大后驗(yàn)最大后驗(yàn)估計(jì)否(x)eli參數(shù)e的估計(jì)值使后驗(yàn)密度／I到最大值。采用貝葉斯假設(shè)：x(e)區(qū)l，則最大后驗(yàn)估計(jì)就是選占(x)使f(xl口)達(dá)到最大值。llp經(jīng)．典方法中的最大似然估計(jì)，即選占(x)2p函數(shù))達(dá)到最大值。即使得式(222得最大值，盯2f2z為已知的常數(shù)，對等式兩邊分別對占求微分，并微分為0，得下式0。吉(．2)驢q)+古㈣t‘／c‘it‘2．3．6t‘／c‘it‘2．3．6貝葉斯估計(jì)的當(dāng)提出一個(gè)統(tǒng)計(jì)的估計(jì)時(shí)，通常需要指出估計(jì)的精度。貝葉斯估計(jì)精度是這個(gè)估計(jì)量的后驗(yàn)方差，6r是0的估計(jì)值，而礦的后驗(yàn)均值為式(∥f(x)Eh(Olz)【因此礦的后驗(yàn)方差為式(228曙(x)=E邶m口一百)2El(0a(x)2=Ex2】+E22E／axXu7x=VX(x)+(∥，(x)一占則y，(x)量哆(x)稱為后驗(yàn)方差，抄，(x)為后驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差。從而可知，后驗(yàn)均值∥，(x)最小值吁(x)，從而是最小標(biāo)準(zhǔn)誤差估2．3．7貝葉斯估計(jì)的具體貝葉斯估計(jì)是把要估計(jì)的參數(shù)作為某種具體的分布形式的隨機(jī)變量，通過對樣本的觀察使概率密度分布ml口)轉(zhuǎn)化為后驗(yàn)概率h(0Ix)，先確定參數(shù)分布的率密度函數(shù)。再求得其數(shù)學(xué)期望獲得參數(shù)估計(jì)值。貝葉斯估計(jì)的具體步驟如下：1．確定參數(shù)0的先驗(yàn)分布石p)，待估測的參數(shù)為隨機(jī)變量；2．用樣本xx，‰)求出樣本的聯(lián)合概率密度分布fxl3．利用貝葉斯公式，確定參數(shù)0的后驗(yàn)概率4．求參數(shù)估計(jì)值占。2．4本章首先介紹了802．11．5／ZigBee協(xié)議棧的基本架構(gòu)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)技術(shù)；接著從基于測距的定位方法著手，介紹了RSSI的信號衰減經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停肦SSI的測距技術(shù)來測取節(jié)點(diǎn)之間的距離，并計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，結(jié)合質(zhì)心算法來優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。最后，從概率統(tǒng)計(jì)原理角度，介紹了服從正態(tài)分布的離散貝葉斯統(tǒng)計(jì)原理，以及如何確定先驗(yàn)分布，求得后驗(yàn)分布，從而進(jìn)行貝第三章基于RSSI對于RSSI測距技術(shù)定位，其定位精度影響主要在于測距階段和計(jì)算坐標(biāo)段。本課題中在測距階段可第三章基于RSSI對于RSSI測距技術(shù)定位，其定位精度影響主要在于測距階段和計(jì)算坐標(biāo)段。本課題中在測距階段可以通過兩個(gè)步驟來進(jìn)行優(yōu)化：一，通過建立一個(gè)符合實(shí)際室內(nèi)環(huán)境的信號傳播損耗模型；二，通過平均值濾波和高斯濾波算法來優(yōu)化RSSI值。在計(jì)算坐標(biāo)階段，通過高斯濾波算法和貝葉斯濾波算法來提高定位算3．1IEEE802．15．4簡化模型基于無線信道傳播損耗模型，IEEE802154給出了簡化的信道損耗模型【5如式(3．1)所示腳(d)=IA_5pt-48．50．2-10-10．3．"23"≥然lA一58．5一10·3．3·似d從式(31)所示的信道模型中可以看出，RSSI信號的衰減與距離成指數(shù)衰減的關(guān)系，當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)兩端的距離比較近時(shí)，11較小；隨著收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間距離的增加，n也增大。為了盡量減少室內(nèi)環(huán)境給信號強(qiáng)度帶來的干擾，在實(shí)驗(yàn)中我們選擇較為空曠的場地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，在距離為lm的范圍內(nèi)以為間距進(jìn)行RSSI值數(shù)據(jù)采集，其它的則以lm為間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在不同的時(shí)候?qū)ν粋€(gè)距離進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每次收集100RSSI值，求幾何平均值?？梢缘玫絉SSI值隨距離變化的衰落曲線圖如圖31所示。圖E‘圖從圖3．1中可以觀察到，實(shí)際環(huán)境中的RSSI值是隨機(jī)的，因此其衰落曲線會(huì)存在不規(guī)則的振蕩和衰落，可以通過線性回歸方法對它進(jìn)行優(yōu)化。RSSI值在以存在不規(guī)則的振蕩和衰落，可以通過線性回歸方法對它進(jìn)行優(yōu)化。RSSI值在以內(nèi)的振蕩和衰落較小，可以認(rèn)為它是與802．15．4簡化模型的信號衰減曲線相符合的；但是當(dāng)距離不斷加大時(shí)，實(shí)際測量的RSSI衰減曲線就變化比較平緩，且明顯高于IEEE802．15．4簡化模型的信號衰減曲線。RSSI信號值的優(yōu)化由于RSSI信號值極易受收發(fā)節(jié)點(diǎn)所處環(huán)境的影響，且對距離十分敏感，因此，如果直接使用未經(jīng)處理的RSSI值，容易產(chǎn)生較大的測距誤差。針對這種情況，文中利用建立高斯濾波模型來提高RSSI值的準(zhǔn)確度。其原理是將高斯函數(shù)作為RSSI值概率密度函數(shù)，接收節(jié)點(diǎn)通過接收同一發(fā)射節(jié)點(diǎn)的多個(gè)RSSI值，然后對高斯函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，它的期望值就是各個(gè)RSSI值的算術(shù)平均值，其方差就是RSSI值的樣本方差。l平均值濾波平均值濾波【51】是指采集一組(m個(gè))定位節(jié)點(diǎn)RSSI值，然后取這些數(shù)據(jù)的平RSSI=1至該模型可以通過調(diào)節(jié)m值的大小來達(dá)到平衡實(shí)時(shí)性和精確性的效果。當(dāng)取值較大時(shí)，雖然可以有效解決數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，但通信成本會(huì)相應(yīng)增加，且在處理大擾動(dòng)時(shí)效果不是很理想。因此我們需要取一個(gè)合理的m值。2高斯濾波優(yōu)化由于RSSI受室內(nèi)環(huán)境的影響具有時(shí)變性，測距誤差較大，要使RSSI值趨于穩(wěn)定，可以通過設(shè)計(jì)各種濾波器使RSSI的值平滑。本文中采用高斯濾波器對RSSI測量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。高斯濾波模【521據(jù)處理原則是一個(gè)定位節(jié)點(diǎn)在同一位置收到m個(gè)RSSI值，其中必然會(huì)存在著小概事件?？梢酝ㄟ^高斯濾波模型選取高概率發(fā)生區(qū)的RSSI值，然后再取其幾何均值，即可得到最終的RSSI值這種做法可以減少一些小概率、大干擾事件對整體樣本測量的影響，從而提高定maPz7t‘裂其中∥=il三m冗跚。，仃2√il_至僻躐一力2，胄跚t為第i個(gè)信號強(qiáng)度值，m數(shù)。盯越大，高斯濾波平滑的程度就越好。高概率發(fā)生區(qū)選擇概率maPz7t‘裂其中∥=il三m冗跚。，仃2√il_至僻躐一力2，胄跚t為第i個(gè)信號強(qiáng)度值，m數(shù)。盯越大，高斯濾波平滑的程度就越好。高概率發(fā)生區(qū)選擇概率大于0．6(經(jīng)驗(yàn)值)的范圍：0．6s㈣s1，o．15cr+∥sx≤3．09tr+p，將此范圍內(nèi)的RSSI值全部取出，再求幾何平均值，即可得到節(jié)點(diǎn)的RSSI值。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，取在d=lm處，采集100組RSSI值，進(jìn)行高斯濾波處理。如圖3．2圖3．3示d=1m濾波前的RSSf使蓋℃拐芷00采樣次數(shù)k=100圖3．2d=1Ill時(shí)，濾波前的RSSId=lm濾波后的RSSI值蓋D器芷0 0采樣次數(shù)m=68圖3．3d=1m時(shí)，濾波后的RSSI由圖3．2和圖33可知，濾波前RSSI值波動(dòng)比較大，濾波后比較平滑。濾m，誤差為2637％；濾波前IRSSII的平均值為49．63【dBm】，計(jì)算距離為m，誤差為19．03％，波后IRSSII的平均值為49．18【dBm]，計(jì)算距離為距誤差降低了7％，由此可知，通過高斯濾波處理可以很好地提高測距精度。3．3貝葉斯濾波算法貝葉斯濾波理論【53】【54】主要是針對非線性系統(tǒng)進(jìn)行的估計(jì)，它的主要原理是通過概率描述的方法，建立定位節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)的先驗(yàn)概率模型和后驗(yàn)概率模型，進(jìn)而求得目標(biāo)的實(shí)際位置坐標(biāo)，而不是通過直接建立目標(biāo)位置坐標(biāo)與已知信息的方程來求得定位節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置坐標(biāo)。通常，我們認(rèn)為出現(xiàn)概率最大值的目標(biāo)位方程來求得定位節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置坐標(biāo)。通常，我們認(rèn)為出現(xiàn)概率最大值的目標(biāo)位置坐標(biāo)就應(yīng)該是定位節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置坐標(biāo)。因此，本文算法的關(guān)鍵在于如何精確建立定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)的先驗(yàn)概率模型和后驗(yàn)概率模型。設(shè)Z。=億，f=l一2．．，k)表示到k時(shí)刻為止所測量的坐標(biāo)值集合，弓表示第f時(shí)刻測量的坐標(biāo)值。用l乙)表示在己知測量集合ZI的條件下，待定位節(jié)點(diǎn)處于五(待定位節(jié)點(diǎn)的可能位置)位置的概率；p(xkl乙一1)表示在未獲得zj時(shí)對I以)表示待定位節(jié)點(diǎn)處于位置以定位節(jié)點(diǎn)位置的預(yù)測概率，即先驗(yàn)概率獲得測量值Z。的概率，即后驗(yàn)概率，它們均符合高斯分布概率模型。假設(shè)測量值弓之間彼此獨(dú)立，則根據(jù)貝葉斯公式便可導(dǎo)出式烈ztIzk)∞p(zII．k)×烈以貝葉斯濾波算法具體步驟如下所示：第一步，確定先驗(yàn)概率p(以I1)，如式(35)，設(shè)五力，．k—l=(‰-l'Yk—p％IzH)=—丟P其中，Dt表示x。到五一。的距離。Dl=、／：i=ijF=了哥第二步，確定后驗(yàn)概率p(氣I以)。如式(3．6)所示!堡絲2o1eI五)表示定位節(jié)點(diǎn)在位置．砭時(shí)，測量距離為島的概率。Q表其中待定位節(jié)點(diǎn)到某個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離吼。吒表示測量距離的不確定方差。實(shí)驗(yàn)中在個(gè)已知節(jié)點(diǎn)的位置放置3個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，其坐標(biāo)分別為Aal61B(a262C(a3島則有D2=√(x一口2+(y一包)2第三步，根據(jù)后驗(yàn)概率計(jì)算貝葉斯估計(jì)。根據(jù)式(3．4)、(3．5)、(3．6)可知，定位節(jié)點(diǎn)目標(biāo)位置的概率分布函數(shù)，如I乙)-c(贏)3彤式(3．7)所示p(五爐gA(Xil”仃l盯，IzJt厲麗其中洲帥三石瓴歸j!芻3協(xié)1?川2咿圳2，+去使p“力具有極大值的O，J，)可認(rèn)為是目標(biāo)位置。指數(shù)函數(shù)是單調(diào)函數(shù)，因t厲麗其中洲帥三石瓴歸j!芻3協(xié)1?川2咿圳2，+去使p“力具有極大值的O，J，)可認(rèn)為是目標(biāo)位置。指數(shù)函數(shù)是單調(diào)函數(shù)，因此只須求出使廠伍力具有極大值的(x，力。目標(biāo)函數(shù)f(x，J，)含有非線性因子吩2掣鋤帥曠萬麗y'-g，：g，(x，，y，)：√云了二：五了_=jgi(毛力崩gi+鴨0一工’)+嘞o，一y’)=mlx+niy+gi-mix’一，％y令白2霸一脅，，一吩y’一吼2百1，w22刁1，則可以得出式(3·令上式對x,y的m階導(dǎo)數(shù)為0，可得到I(3M+屹∑砰弦+屹(∑吩％驢+№∑島鴨-扭1w2(E馮啊h+m+w2E《涉+屹∑cl吩一解上式(3．10)的線性方程組，可得到式(3．1I=y(了。y由于定位節(jié)點(diǎn)所選擇的錨節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)本身具有的誤差和RSSI測距技術(shù)帶來的測量誤差。需要進(jìn)一步提高定位精度，可通過式(3．12)對其進(jìn)行迭代。1l<善和最大迭代次數(shù)，利用式(312設(shè)置迭代結(jié)束條件Ix廠·工一I+lyjy出目標(biāo)位置。仿真結(jié)果表明，迭代收斂很快，一般迭代2次左右即可。3．43．4．1測距測距誤差是主要誤差。因?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境中障礙物的存在而使得無線信號傳測距誤差是主要誤差。因?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境中障礙物的存在而使得無線信號傳播理論模型和實(shí)際的傳播模型存在一定的偏差而引起的誤差。即通過式(21)所示型，我們可知，L是一個(gè)均值為正的高斯分布隨機(jī)變量，它是一個(gè)與傳播離無關(guān)的值，即使是一個(gè)相同的傳播距離也可能檢測出不同的損耗值，我們可以假設(shè)其服從Nz2分布。通過式(23)進(jìn)行變換，我們可求出實(shí)際距離式(313RSf／-A“—3．4．2計(jì)算誤計(jì)算誤差是利用錨節(jié)點(diǎn)到定位節(jié)點(diǎn)的測量距離d’，通過算法計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)的位置估計(jì)誤差。計(jì)算誤差主要是測距誤差所引起的誤差和定位算法的準(zhǔn)確度引起的誤差的累積。在二維定位中，我們通過三邊測量法25計(jì)算定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。由于各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)到定位節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距離di與測量距離d：存在偏差，使得在幾何義上的以各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)為圓心，實(shí)際距離d；為半徑的圓的各個(gè)圓將不再交于一點(diǎn)，而是相交于一個(gè)區(qū)域。然后通過定位算法求出的位置坐標(biāo)，也存在一定誤差。且這個(gè)誤差的不僅和測量距離的誤差大小有關(guān)，而且還和錨節(jié)點(diǎn)的分布有關(guān)。我們知道，在RSSI測距過程中，距離越近，測距的精度越高，反之則較低。因此，為了降低錨節(jié)點(diǎn)離定位節(jié)點(diǎn)之間的距離所引起的誤差，我們可以采用距離加權(quán)(以距離的和的倒數(shù)或者距離的倒數(shù)作為加權(quán)因子)的思想來減小誤差。這樣，距離定位節(jié)點(diǎn)較近的那個(gè)錨節(jié)點(diǎn)對定位誤差的影響相對要變大些，距離定位節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的就會(huì)變小一點(diǎn)，從而我們將定位誤差定義為式Error=4(X--X7)2+O—其中瓴y)是定位節(jié)點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)，似y)是定位節(jié)點(diǎn)的估算坐標(biāo)3．5本章從兩個(gè)方面對算法進(jìn)行了改進(jìn)：一在測距階段，選擇合適的無線信道傳播損耗模型，使它更符合實(shí)際環(huán)境，通過平均值濾波和高斯濾波算法來改進(jìn)值；二在計(jì)算坐標(biāo)階段，從概率統(tǒng)計(jì)角度，通過貝葉斯濾波算法來改進(jìn)初始坐標(biāo)值的準(zhǔn)確度。最后對定位誤差的原因進(jìn)行了分析第四章實(shí)驗(yàn)與仿真分析4．1實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋菊n題主要研究基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的RSSI測距定位算法，通過高斯濾波對RSSI信號值進(jìn)行優(yōu)化預(yù)第四章實(shí)驗(yàn)與仿真分析4．1實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋菊n題主要研究基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的RSSI測距定位算法，通過高斯濾波對RSSI信號值進(jìn)行優(yōu)化預(yù)處理后，并應(yīng)用貝葉斯濾波對估算出的定位信息進(jìn)行優(yōu)化的問題(如圖41)。首先利用由無線芯片CC2430成的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)讀取定位節(jié)點(diǎn)和各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的RSSI值，通過高斯濾波算法對RSSI值行預(yù)處理，再通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ颓笕《ㄎ还?jié)點(diǎn)和各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，然后通過位算法估算出定位節(jié)點(diǎn)的初步位置。最后，從概率統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理建立貝葉斯濾波模型，以估算出的定位信息為先驗(yàn)值，進(jìn)一步提高定位節(jié)點(diǎn)的定位精度。l根據(jù)室內(nèi)信號傳播模 I根據(jù)距離，參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和定位 l獲得精確的采RSSI值71型和RssI值計(jì)算距離r 算法對位置坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算T]位置坐標(biāo)一高斯濾波處理H貝葉斯濾波處理卜圖4．1本文改進(jìn)算法的定位流程框架圖4．2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真分析本文選取實(shí)驗(yàn)室(15m·15m)作為室內(nèi)定位實(shí)驗(yàn)的場地，實(shí)驗(yàn)選用ZigBee件平臺作為通信平臺，由三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)和一個(gè)定位節(jié)點(diǎn)和一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)以星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(如圖4．2)組成的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。錨節(jié)點(diǎn)與定位節(jié)點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)場地中以三角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)布局43)?！瘛瘛瘛瘛?r c·●●，、●●——／／==二／●●●!!圖4．2星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖4．3三角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)布4．2．2基于CC2430芯片的定位根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求節(jié)點(diǎn)具有低功耗、低成本、實(shí)現(xiàn)簡單等特點(diǎn)，文中采用片上系4．2．2基于CC2430芯片的定位根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求節(jié)點(diǎn)具有低功耗、低成本、實(shí)現(xiàn)簡單等特點(diǎn)，文中采用片上系統(tǒng)CC2430作為ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心設(shè)備。實(shí)驗(yàn)中網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，錨節(jié)點(diǎn)與定位節(jié)點(diǎn)均選用本芯1．CC2430芯片性能及特點(diǎn)CC2430芯片(如圖4．4)延用了CC2420芯片架構(gòu)【55】(如圖4．5)，它主要集成Zigbee射頻(RF)前端、微控制器和內(nèi)存。特點(diǎn)如下(1)采用了18bits的低功耗、高性能的的MCU(8051(2)具有32KB、64KB、128KB三種可編程閃存(FLASH)和8KB的(3)具有看門狗定時(shí)器(Watchdogtimer)、4個(gè)定時(shí)器(Timer32768kHz振的休眠模式定時(shí)器(4)具有模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，使用AESl28協(xié)處理器；(5)上電復(fù)位電路(Power Reset)、掉電檢測電路(Brownoutdetection)和個(gè)可編程I／O引腳(6)較寬的電壓范圍(2036V)，能夠監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的電池和感測節(jié)點(diǎn)的溫度。(7)抗干擾性強(qiáng)，且無線接收靈敏度(8)集成符合IEEE802．15