基于ZigBee的无线传感器网络定位算法的研究与应用

论文摘要

无线传感器网络集中了微机电、感知、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信等技术,形成了一种全新的信息获取和处理模式。布局、覆盖、节点定位、网络通信协议是传感器网络研究中的几个基本问题。其中,网络通信协议和节点定位问题是无线传感器网络众多应用的前提,也是传感器网络研究中的热点问题之一。本文对基于ZigBee协议的网络定位技术进行了研究。首先,论文在分析无线传感器网络特点、体系结构的基础上,综述了ZigBee通信协议的基本内容及其在组建无线传感器网络中的应用,阐明了ZigBee技术以其低功耗、低成本、低速率等优点,成为了最炙手可热的无线通信技术之一,广泛应用于家庭智能化、工业控制等众多领域。其次,论文分析了当今主流的无线传感器网络定位算法的基本原理及其性能评价标准和分类方法。对于通常的基于RSSI的测距方法,着重分析了LQI值对它的辅助作用,采用二者相结合的方式进行测距。对于三边测量法计算复杂的情况,采用基于测距的Bounding-inbox定位算法,并针对Bounding-inbox定位算法定位误差较大的情况进行改进,改进出四信标节点B-box加权质心定位算法,在matlab平台上进行仿真验证,结果表明其平均定位误差有所下降。最后,论文分析现有小区停车场管理系统对车辆位置监控的功能需求,以小区车辆位置监控系统作为应用实例,在IAR开发环境上利用CC2430无线通信芯片实现了传感器网络的组建,并在其上完成了改进算法的定位过程。测试结果表明,改进的定位算法可以实现良好定位,精度较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 无线传感器网络概述
• 1.2.1 无线传感器网络节点定位技术概述
• 1.2.2 ZigBee的优势及应用
• 1.3 本文研究内容及结构安排
• 第2章 无线传感器网络定位技术及ZIGBEE技术
• 2.1 无线传感器网络定位技术
• 2.1.1 无线定位相关的基本概念
• 2.1.2 无线定位算法的分类
• 2.1.3 无线定位技术的基本原理
• 2.1.4 无线定位方法的评价标准
• 2.2 ZIGBEE技术
• 2.2.1 ZigBee的起源及技术特点
• 2.2.2 ZigBee协议栈
• 2.2.3 ZigBee网络的构成
• 2.2.4 精简版ZigBee协议栈
• 第3章 BOUNDING-INBOX定位算法的研究及改进
• 3.1 BOUNDING-INBOX定位思想简介
• 3.2 测距方法的研究及改进
• 3.2.1 节点间测距方法的研究
• 3.2.2 R&L测距方法
• 3.3 定位方法的研究及改进
• 3.3.1 基于测距的B-box定位方法的分析
• 3.3.2 加权质心算法的研究
• 3.3.3 四信标节点B-box加权质心定位算法
• 3.3.4 改进算法的优势分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于ZIGBEE技术的小区车辆位置监控系统的研究及设计
• 4.1 项目需求分析
• 4.1.1 停车场管理系统的基本功能
• 4.1.2 小区车辆位置监控功能的需求
• 4.2 车辆位置监控系统总体设计
• 4.2.1 功能模块划分
• 4.2.2 系统采用硬件平台介绍
• 4.3 网络规划
• 4.3.1 信标节点布置
• 4.3.2 定位现场示意图
• 4.4 系统定位层软件的设计及实现
• 4.4.1 完整定位步骤设计
• 4.4.2 下位机软件的设计及实现
• 4.4.3 上位机定位软件的设计及实现
• 4.5 系统应用层软件的设计
• 4.5.1 车辆位置实时显示的设计
• 4.5.2 车辆位置历史查询的设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统功能测试
• 5.1 距离测量模块的测试
• 5.1.1 网管及路由子模块功能测试
• 5.1.2 定位子模块功能测试
• 5.2 定位控制模块的测试
• 5.3 应用层模块的测试
• 5.4 测试结果分析
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表的学术论文