基于WSN的室内定位技术研究与实现

论文摘要

WSN（Wireless Sensor Network）是采用无线通信方式形成的一个多跳自组织网络,它使人们可以在任何的时间、地点和环境条件下获取大量准确和详细的信息,是信息感知和采集领域的一场革命。Zigbee联盟提出的Zigbee技术特别适合应用WSN中,该技术采用了IEEE 802.15.4标准的物理层和MAC（Media Access Control）层,Zigbee联盟定义了网络层和应用层,具有通信距离短,复杂度低,传输速率低、低成本和低功耗的特点。在WSN的应用中,网络节点必须有自身所在的位置,才能够有效地反映被监测物体的信息。室内空间由于环境比较复杂、影响因素多,成为定位系统的一个难点。本文基于WSN技术使用Zigbee芯片CC2430和FPGA实现了一种低成本的室内定位系统。文中对WSN和Zigbee技术进行了简要的介绍,重点阐述了TI Z-STACK协议栈的构成和使用方法。本文还深入研究了各种定位技术,提出了基于RSSI的最小二乘法定位算法。使用CC2430设计了WSN中的传感器节点,基于Z-STACK设计了WSN定位网络。使用FPGA中的加法器、乘累加器和除法器设计了最小二乘法算法。利用SOPC（System-on-a-programmable-chip）技术搭建了室内定位系统的上位机平台,并在教研室的环境中进行了测试,取得了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 室内定位技术研究现状
• 1.3 论文的主要工作和内容安排
• 第二章 WSN、Zigbee 和 Z-STACK 介绍
• 2.1 WSN 技术的发展与特点
• 2.2 WSN 体系结构
• 2.3 Zigbee 技术概述
• 2.3.1 Zigbee 技术特点和应用领域
• 2.3.2 Zigbee 协议栈简介
• 2.3.3 Zigbee 设备类型
• 2.3.4 Zigbee 网络结构
• 2.3.5 Zigbee 协议术语
• 2.4 Z-STACK 介绍
• 2.4.1 Z-STACK 简介
• 2.4.2 OSAL 简介
• 2.4.3 在OSAL 上使用Z-STACK 编程简介
• 第三章 室内定位技术研究
• 3.1 测量技术
• 3.2 定位算法
• 3.3 室内定位算法设计
• 第四章 室内定位系统的实现
• 4.1 室内定位系统的构成
• 4.2 Zigbee 节点设计
• 4.2.1 Zigbee 芯片选择
• 4.2.2 Zigbee 节点电路设计
• 4.3 定位网络设计
• 4.3.1 网络构成
• 4.3.2 OSAL 接口程序和应用框架程序设计
• 4.3.3 协调器软件设计
• 4.3.4 参考节点软件设计
• 4.3.5 盲节点软件设计
• 4.4 定位算法的硬件实现
• 4.4.1 算法设计
• 4.4.2 Avalon 总线接口设计
• 第五章 上位机软硬件设计和系统验证
• 5.1 SOPC 和Nios II 简介
• 5.2 上位机硬件系统设计
• 5.3 上位机软件设计
• 5.4 系统测试
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果