基于ZigBee无线传感器网络的室内定位研究与优化

发布时间：2017-09-19 02:08

  本文关键词：基于ZigBee无线传感器网络的室内定位研究与优化

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【摘要】：信息时代的来临造就了互联网的高速发展,也给人们的生活带来了极大的便利,也促使各类基于位置的服务越来越流行,同时导航与定位这门交叉学科也成为了热门科学。目前以美国GPS为代表的全球定位系统已经足够成熟,作为一项室外定位技术,其精度已经可以满足民用领域,然而在室内条件下,这项技术却无法发挥其作用,这是因为其信号较弱,不足以穿透进入室内。城市化建设的大力发展使得高楼耸立,即使在室外条件下,这些楼宇包括绿化树木也会对信号造成遮挡,因此在室内以及上述情况下,需要一种能够有效的定位技术来满足这种需求。近年来,无线传感网络技术成为一大研究热门,作为其中之一的ZigBee技术凭借其优越的功耗低,成本低,安全性高的性能,成为室内定位的关键技术。文章阐述了国内外无线传感器技术的发展现状,通过对比无线传感器网络中的各类技术优缺点,得出ZigBee技术在室内定位解决方案中的可行性。目前的ZigBee室内定位技术主要以损耗模型定位和指纹库定位两种方法为主,指纹库定位方法的精度相对较高,但是前期的建库工程巨大,制约了其应用。而损耗模型定位方法则相对灵活,但是模型参数收环境影响较大,主要依靠经验,具有较大的随机性,文章通过基于进化理论的新方法对模型参数逐渐逼近最优参数。同时由于节点布置对于信号传播有着决定作用,文章通过建立对节点布置的评价标准,对节点布置优劣评价标准进行了研究。通过选用TI的CC2530芯片搭建ZigBee无线定位网络平台,对损耗模型参数进行了实验优化逼近,然后对参考节点的布置方案进行了误差对比,结果可见对区域误差较小的布置方案定位误差也较小,有一定的参考价值。
【关键词】：ZigBee无线传感器网络技术 进化理论 加权距离 节点布置优化
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN92
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 引言9-17
• 1.1 课题来源、选题背景及研究意义9-10
• 1.2 无线定位技术概述10-13
• 1.2.1 Wi Fi室内定位技术10-11
• 1.2.2 蓝牙室内定位技术11
• 1.2.3 射频识别室内定位技术11
• 1.2.4 UWB室内定位技术11-12
• 1.2.5 超声波定位技术12
• 1.2.6 Zig Bee室内定位技术12-13
• 1.3 几种典型的室内定位系统13-14
• 1.3.1 Active Badge系统13
• 1.3.2 Active Bat系统13-14
• 1.3.3 RADAR系统14
• 1.3.4 Cricket系统14
• 1.4 室内定位研究现状及应用前景14-15
• 1.5 主要内容和章节安排15-17
• 第2章 Zig Bee无线传感器网络技术17-25
• 2.1 IEEE 802.15.4 协议17-20
• 2.1.1 主要特点17-19
• 2.1.2 物理层（PHY）规范19-20
• 2.1.3 媒体介质访问层（MAC）规范20
• 2.2 Zig Bee无线传感器网络技术20-24
• 2.2.1 Zig Bee协议体系结构20-21
• 2.2.2 网络层规范21-22
• 2.2.3 应用层规范22-23
• 2.2.4 Zig Bee网络设备及拓扑23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 室内定位机制25-37
• 3.1 三角测量技术25-28
• 3.1.1 TOA25-26
• 3.1.2 TDOA26-27
• 3.1.3 AOA27-28
• 3.2 RSSI测量技术28-31
• 3.2.1 基于信号传播损耗模型28-29
• 3.2.2 基于指纹库的定位方法29-31
• 3.3 坐标计算方法31-33
• 3.3.1 三边测量法31
• 3.3.2 三角测量法31-32
• 3.3.3 极大似然估计法32-33
• 3.4 室内定位平台搭建33-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 Zig Bee室内定位优化方案37-49
• 4.1 基于路径损耗的参数定位方法37-38
• 4.1.1 加权最邻近定位算法37-38
• 4.1.2 数据预处理方法38
• 4.2 基于进化理论的参数确定方法38-40
• 4.2.1 产生初始种群39
• 4.2.2 执行进化策略39-40
• 4.3 节点优化布置方法40-44
• 4.4 实验测试44-47
• 4.4.1 获取模型参数45-46
• 4.4.2 参考节点优化布置与定位测试46-47
• 4.5 本章小结47-49
• 第5章 结论与展望49-51
• 5.1 结论49
• 5.2 未来展望49-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-54
• 攻读硕士学位期间的研究成果54

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