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基于ZigBee的无线传感器网络定位系统的研究与实现

作　者: 程阵
导　师: 胡庆新
学　校: 合肥工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: ZigBee技术 接收信号强度指示 无线传感器网络 定位技术 嵌入式web服务器
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


无线传感器网络直接感知客观世界,改变了人类与自然界的交互方式。然而由于无线传感器网络应用系统所采集的数据必须与节点自身相对应才有意义,所以定位已经成为传感器网络应用中最为关键的技术之一。同时,随着低成本、低功耗的ZigBee技术的兴起,基于ZigBee的无线传感器网络越来越受到关注。本文将基于ZigBee技术无线传感器网络定位系统作为研究的主要内容。首先,本文在查阅大量参考文献的基础上,对无线传感器网络定位技术的研究背景、国内外研究现状和ZigBee协议栈进行了介绍,综述了无线传感器网络定位技术的相关理论知识,并把基于RSSI的无线传感器网络定位算法作为本文研究的重点。其次,在通过对现有定位算法优缺点、无线电损耗模型、以及RSSI测距和影响RSSI因素的分析,并通过对两种算法模型分析的基础上,提出了一种基于高斯模型的优化RSSI的算法。该算法可以有效地抗干扰,提高定位精度。本文详细地描述了定位算法实现流程,并通过实验进行了验证。最后,本文设计了一个低功耗、高性价比的无线传感器网络定位系统,实现了无线定位与有线通信的有机结合,并运用在实际的应用中,得出了实验结论,并分析了目前存在的问题以及下一步的工作展望。本文提出的定位方案有效降低了干扰、非视距等因素的影响,提高了定位精度,并在远距离通信时有效降低传输的不稳定性,在实际应用中取得了良好的效果。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-14
第一章 导论  14-19
  1.1 概述  14-16
    1.1.1 课题来源与背景  14
    1.1.2 课题研究目的与意义  14-15
    1.1.3 国内外研究现状  15-16
  1.2 本论文的研究内容、拟解决的关键问题及创新之处  16-17
    1.2.1 本文研究内容  16-17
    1.2.2 本文拟解决的关键问题  17
    1.2.3 本论文的创新之处  17
  1.3 本文的组织结构  17-19
第二章基于IEEE802.15.4 的ZigBee 技术  19-27
  2.1 ZigBee 协议栈概述  19-22
    2.1.1 IEEE 802.15.4 通信层  19-21
    2.1.2 ZigBee 网络层(NWK)  21
    2.1.3 ZigBee 应用层(APL)  21-22
  2.2 Zigbee 组网设计  22-25
    2.2.1 ZigBee 网络拓扑构成  22-23
    2.2.2 新网络的建立过程  23-24
    2.2.3 允许设备入网的过程  24-25
    2.2.4 设备加入网络  25
  2.3 ZigBee 技术的特点和应用  25-26
    2.3.1 ZigBee 技术的特点  25
    2.3.2 ZigBee 技术的应用  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 无线传感器网络定位技术的基本理论  27-35
  3.1 定位技术的基本概念  27
  3.2 定位算法的分类  27-28
  3.3 定位的基本原理  28-34
    3.3.1 基于距离的定位算法  28-30
    3.3.2 距离无关的定位算法  30-31
    3.3.3 节点定位基本计算方法  31-34
  3.4 定位的性能评价标准  34
  3.5 本章小结  34-35
第四章 基于RSSI 的无线传感器网络节点定位技术分析  35-46
  4.1 算法模型的描述  35
  4.2 无线电传播损耗模型的分析  35-36
  4.3 RSSI 测距分析  36-40
    4.3.1 四种测距法比较  36-37
    4.3.2 RSSI 测距原理  37-38
    4.3.3 RSSI 与距离关系  38
    4.3.4 环境对 RSSI 测量影响  38-40
  4.4 基于 RSSI 的无线传感器网络节点定位算法  40-45
    4.4.1 两种模型的分析  40-41
    4.4.2 定位算法分析  41-44
    4.4.3 定位算法实现过程  44
    4.4.4 试验结果及分析  44-45
  4.5 本章小结  45-46
第五章 无线传感器网络定位系统的硬件设计  46-52
  5.1 系统概述  46-47
  5.2 扩展板的设计  47
  5.3 节点硬件设计  47-50
    5.3.1 ZigBee 无线模块  47-49
    5.3.2 网关节点的硬件设计  49-50
    5.3.3 参考节点硬件设计  50
    5.3.4 移动节点硬件设计  50
  5.4 嵌入式web 服务器硬件设计  50-51
  5.5 本章小结  51-52
第六章 无线传感器网络定位系统的软件设计  52-60
  6.1 无线传感器节点软件设计  52-54
  6.2 嵌入式web 服务器软件设计  54-59
    6.2.1 软件开发平台建设  54-55
    6.2.2 嵌入式动态网页的实现  55-58
    6.2.3 嵌入式web 服务器界面的设计  58-59
  6.3 本章小结  59-60
第七章 总结与展望  60-62
  7.1 本文研究工作总结  60
  7.2 本文研究还存在的问题  60-61
  7.3 进一步的研究工作和展望  61-62
参考文献  62-66
作者在攻读硕士期间发表的学术论文  66-67
附录 A. WSN 节点原理图  67-68
附录 B. 嵌入式 web 服务器原理图  68-69

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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