一种基于RSSI室内定位系统的设计及其在精神病院的应用

发布时间：2019-12-06 08:09

【摘要】：随着无线通信技术飞速发展,定位技术越发得到人们关注。但在实际应用中,复杂的信道环境、较大的测量误差以及一定程度的信号衰减,传统全球定位系统(GPS)并不适用。如何在复杂的室内环境中实现精确定位目前被广受关注。本文针对室内定位系统无线网络的特殊性,在标准ZigBee芯片的MAC层协议基础之上,设计了一种适用于室内定位应用的,具有自组织、自维护、低时延、可灵活调整网络拓扑结构的高可靠高稳定性的无线传感器网络(WSN)系统。同时,对基于无线传感器网络信号强弱(RSSI)的经典质心定位算法进行改进,通过贝叶斯模型和误差容忍技术,提高了定位的稳定性和定位精度。相关系统在实际医院的成功部署和运行,取得了很好效果。本文核心内容如下:一,本文研究并设计了一种企业级多级自组无线传感器网络系统。该网络系统有效克服传统ZigBee网络标签会不断的执行出入网及动态路径选择操作,导致标签功耗较高、数据传输效率低、易造成网络阻塞或网络风暴等不利因素。系统以ZigBee网络MAC层为基础,实现多级自组树形组网协议栈,具有组网迅速、标签功耗较低、网络节点规模可扩展性好等特点。二,系统以无线传感网为硬件基础,以软件模型为上层管理架构。采用德州仪器公司的CC2530芯片为物理层和MAC层以实现硬件部署,实现企业级多级自组无线传感器网络链路层协议栈的实现和硬件构建,硬件模块包含网络、数据、外接等具有信息传输、处理、服务等功能模块组成。系统采用C#和Web Service作为开发语言和软件架构模型,并采用JSON作为传输手段,部署了基于贝叶斯模型的误差容忍定位算法,并实现实时室内定位。三,本文创新了一种基于贝叶斯模型的误差容忍定位算法。在测距阶段,对原始数据进行阈值滤波、高斯滤波,去除噪音等突变干扰;在待测点坐标估计阶段,引入误差容忍的概念,利用最小二乘法估计待测节点的最优估计;同时建立贝叶斯模型,以动态监测路径衰减因子的变化。引入该算法经过实际印证后,硬件更简单,可扩展性更强,在定位的准确度和适应性方面改善明显。四,本文除重视系统定位功能实现外,对性能的稳定性,实际应用性也格外重视,不仅突破的网络规模的限制,更兼具了可持续发展性。系统可广泛用于医院内部的特殊人群、贵重物资等的实时定位,提高医院综合管理水平和管理效率。
【图文】：

数据流图,自组网络,数据流图

图 2-2 为多级自组网数据相互关系图。（1）定位请求和定时回收 RSSI 数据装置同步进行，且两种行为均有发起。（2）为获取和汇总 RSSI 数据，基站同步接收终端发出的数据和请求相应处理。（3）基站除了对终端发送的请求进行响应外，还兼具 RSSI 值的格式转筛选的功能，需要挑选出最适合的数据，以消除不需要的误差，提高数度和准确性。（4）经过基站仔细筛选得出的数据，将在有效时间内被再次转发汇总终端需要同步更新数据，同时，结合自身相对距离，对 RSSI 数据的序新优化。（5）经过优化的数据需要再次经过计算，最终必须以报文的形式上发容包含了经过计算的待测点坐标。（6）基站将该定位信息打包，再通过协调器上发至上位机，即可。

架构图,数据服务层,架构

件层面采用.Net 分布式体系架构，定位算法以 RSSI 为基础，开放式多信协议，对消除不稳定因素及网络宽度深度容量上也有较大帮助。同终端反复的入网、出网所造成的庞大数据占有量，特解放标签，，只参与，不作为网络路由使用。数据服务层务接口、各应用定义式服务模块和定位系统中间件三大块共同组成数据成为上层软件数据处理的核心，详见图 2-3 所示。各应用定义式服务模服务层重要的组成部分，是终端数据的处理的加工厂和任务分配指挥主要组成有：1）地图处理：包含地图导入、地图初始化、定位数据显示等；2）网络服务：如网络设备管理、网络流量管理等；3）系统配置：主要实现系统设置；4）复杂事件处理：事件定义（如报警事件等）、事件分发、事件存储5）报表生成：报表模板定义、报表统计等。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP212.9;TN929.5

【参考文献】