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ZIGBEE无线定位技术

ZIGBEE无线定位技术

大多数无线传感器网络都要求具备一种确定网络节点位置的方法。因此在设备安装期间,需要弄清楚哪些节点相互之间直接进行数据交换,或者确定哪些节点直接与中央数据采集点进行数据交换。

  当通过基于软件的计算方法来确定网络节点位置时,就需要考虑到市场化解决方案 (market solution)。这些具体的计算方法是:节点首先读取计算节点位置的参数,然后将相关信息传送到中央数据采集点,对节点位置进行计算,最后,再将节点位置的相关参数传回至该节点。这就是典型的数据密集型计算,并且需要配置一台PC 或高性能的 MCU
  这种计算节点位置的方法之所以只适用于小型的网络和有限的节点数量,是因为进行相关计算所需的流量将随着节点数量的增加而呈指数级速度增加。因此,高流量负载加上带宽的不足限制了这种方法在电池供电网络中的应用。
  针对上述问题,CC2431 采用了一种分布式定位计算方法。这种计算方法根据从距离最近的参考节点(其位置是已知的)接收到的信息,对节点进行本地计算,确定相关节点的位置。因此,网络流量的多少将由待测节点范围中节点的数量决定。另外,由于网络流量会随着待测节点数量的增加而成比例递增,因此,CC2431 还允许同一网络中存在大量的待测节点。
  本文所提供的结果是根据对 ZigBee 网络的测量得出的,然而,这些测量结果同样适用于基于 IEEE 802.15.4协议构建的更简单的网络。
  定位引擎技术
  定位引擎根据无线网络中临近射频的接收信号强度指示 (RSSI),计算所需定位的位置。在不同的环境中,两个射频之间的 RSSI 信号会发生明显的变化。例如,当两个射频之间有一位行人时,接收信号将会降低 30dBm。为了补偿这种差异,以及出于对定位结果精确性的考虑,定位引擎将根据来自多达16 个射频的 RSSI 值,进行相关的定位计算。其依据的理论是:当采用大量的节点后,RSSI 的变化最终将达到平均值。
  在 RF 网络中,具有已知位置的定位引擎射频称为参考节点,而需要计算定位位置的节点称为待测节点。
  要求在参考节点和待测节点之间传输的唯一信息就是参考节点的 X Y 坐标。定位引擎根据接收到的X Y 坐标,并结合根据参考节点的数据测量得出的RSSI 值,计算定位位置。
将定位技术纳入网络协议
  一些采用定位引擎的应用可能要求放置若干个参考节点,以作为基础设施设置不可或缺的一部分。ZigBee 技术能够实现对家庭、办公以及工业等应用的无线控制。随着 ZigBee 设备在楼宇基础设施中的安装数量不断增多,ZigBee 将会在家庭和办公自动化方面拥有更为广阔的应用前景。
  典型的办公场所都会配置 ZigBee 设备,通过各办公室和会议室中的温度传感器、控制温度调节装置以及 A/C 导管。同时,每个房间还会安装由 ZigBee 控制的灯具开关和设备,而这些设备又易于作为定位引擎的参考节点。将 ZigBee 射频作为 ZigBee 协议栈上的参考节点所需的代码容量通常小于 1 Kb
  定位引擎从3~16 个参考节点采集数据,并使用这些数据计算定位位置。如果定位引擎从 16 个以上的节点接收到数据时,它则会将接收到的参考节点位置进行分类,然后采用 16 个参考节点中信号最强的 RSSI 值。



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