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基于ZigBee技术的定位技术研究与应用

作 者: 何平
导 师: 张理云
学 校: 南京邮电大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络 ZigBee技术 到达时间差 定位
分类号: TP212.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


无线传感器网络技术能够给人们的生产生活带来方便,从而得到了快速的发展。其中ZigBee技术具备规范的协议标准,被广泛地用于无线传感器网络中。利用ZigBee技术可以构建廉价的无线传感器网络。确定网络中节点的位置信息对无线传感器网络技术具有重大意义。如何方便的获取节点的准确位置成为当今研究的热点。目前已经有了一些定位问题的解决方案,例如:基于RSSI定位、基于TOA或TDOA定位等。这些定位技术都存在一些瑕疵,解决无线传感器网络的定位问题仍然需要进一步的研究。本文对无线传感器网络中的定位技术进行了研究。首先,介绍了ZigBee技术及无线传感器网络中已有的针对定位问题的解决方案,重点介绍了基于测距的定位算法。其次,利用不同芯片的晶振之间时钟频率偏移具有稳定性这一特性,再结合TDOA定位算法,本文提出了一种适用于无线传感器网络的TDOA定位算法。该定位算法考虑了不同芯片晶振之间的时钟频率偏移,通过将测量得到的信号到达时间差转换成节点之间的距离差,从而进行定位。使用该定位算法避免了无线传感器网络中的时间同步难题,有效地解决了较远距离未知节点的定位问题。最后,通过修改ZigBee节点的程序,设计定位实验,证实采用本文所提出的基于TDOA定位算法得到的节点之间距离差随着采样组数的增加而趋于稳定,并且能够取得满意的定位效果,该定位算法是稳定的,可行的。该算法为以后更好地解决无线传感器网络中的定位问题奠定了基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 研究的目的和意义  10-11
  1.3 本文的研究内容及结构安排  11-13
第二章 ZigBee 技术的研究  13-23
  2.1 ZigBee 技术及其特点  13-16
    2.1.1 ZigBee 技术的发展  13-14
    2.1.2 ZigBee 协议的结构  14-15
    2.1.3 ZigBee 网络的结构  15-16
    2.1.4 ZigBee 技术的特点  16
  2.2 ZigBee 芯片 CC2430 简介  16-21
    2.2.1 CC2430 概述  16-17
    2.2.2 增强型的 8051 内核  17-18
    2.2.3 电源管理介绍  18-19
    2.2.4 定时器 1 简介  19-20
    2.2.5 射频收发机简介  20-21
  2.3 ZigBee 精简协议栈  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章 无线传感器网络中节点定位技术的研究  23-35
  3.1 无线传感网定位技术概述  23-25
    3.1.1 无线传感网定位相关的基本概念  23-24
    3.1.2 无线传感网定位的性能评价指标  24-25
  3.2 无线传感网定位技术的分类  25-26
    3.2.1 基于测距与非基于测距的定位算法  25
    3.2.2 集中式与分布式定位算法  25-26
    3.2.3 绝对与相对定位算法  26
  3.3 无线传感网中基于测距的定位算法  26-33
    3.3.1 包围盒定位法  26-27
    3.3.2 基于 RSSI 的定位法  27-29
    3.3.3 基于 TOA 的定位法  29-30
    3.3.4 基于 TDOA 的定位法  30-32
    3.3.5 基于 AOA 的定位法  32-33
  3.4 本章小结  33-35
第四章 基于 TDOA 的无线传感器网络定位算法  35-43
  4.1 Zigbee 芯片 CC2430 的晶振频率偏移稳定  35-36
  4.2 基于 TDOA 的无线传感网定位算法  36-42
    4.2.1 算法原理  36-39
    5.2.2 算法的仿真  39-42
  4.3 本章小结  42-43
第五章 定位算法在硬件平台上的实现及验证  43-57
  5.1 定位算法在硬件平台上的设计  43-46
  5.2 对 ZigBee 协议栈 msstatePAN 的主要修改  46-49
    5.2.1 提取时间信息的程序设计  46-47
    5.2.2 协调器程序的设计  47-48
    5.2.3 锚节点程序的设计  48-49
    5.2.4 未知节点程序的设计  49
  5.3 实验数据的分析方法  49-52
    5.3.1 根据提示提取数据  50-51
    5.3.2 判断数据的完整性  51
    5.3.3 删除十六进制标志  51
    5.3.4 利用 MATLAB 对数据进行处理  51-52
  5.4 实验及结论  52-56
  5.5 本章小结  56-57
第六章 全文总结与展望  57-59
  6.1 全文的总结  57
  6.2 以后研究工作的展望  57-59
致谢  59-61
参考文献  61-64
攻读硕士期间发表的学术论文  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器 > 传感器的应用
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