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基于ZigBee技术的铁路车站集装箱定位系统的研究与设计

作 者: 颜理
导 师: 倪少权
学 校: 西南交通大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: 无线定位算法 Bounding inbox定位 RSSI ZigBee技术 铁路货运车站集装箱定位
分类号: TP274
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 248次
引 用: 2次
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内容摘要


集装箱运输是现代物流业的主要方向,也同时是铁路货物运输的发展方向,在现有的铁路集装箱运输管理信息系统中,由于采用的追踪技术绝大部分是简单的一对一通信模式,无法在任意时刻找寻到集装箱的具体位置,以致现有系统仍很难对车站内的集装箱做到高实时性准确的追踪定位。为了改进这一不足提高车站集装箱信息管理效率,决定将最新的ZigBee技术(短距离低速率无线通信协议)和无线传感器网络以及基于RSSI的定位算法作为此次研究课题,并用ZigBee网络技术和基于RSSI的无线传感器定位技术,研究与设计定位追踪系统来完成对货运车站内集装箱高实时主动的追踪定位,完善现有货运车站集装箱追踪系统,提高铁路运输信息化管理水平。本文围绕着项目组实际承担的基于ZigBee网络技术及无线传感器网络行业定位应用系统对铁路货运车站环境实用化的集装箱节点定位技术展开了研究。主要研究内容如下:1)本文通过将RSSI测距方法和Bounding inbox定位算法相结合,提出了铁路货运车站环境下改进的Bounding inbox定位算法。2)对TI公司基于CC2430芯片开发的精简版ZigBee通信协议进行基础理论性分析和研究,完成对协议栈有限状态机的分析,研究其中关键的网络通信工作原理以及数据包处理机制,并设计开发上层应用程序PP FSM,实现传感器网络中节点之间链路RSSI信息采集和传输。3)本文对该系统的设计与开发进行了阐述,主要包括:系统需求分析、相关硬件平台介绍、系统总体框架设计和定位节点子系统设计与定位控制台子系统设计,尤其特地说明了本文提出的定位算法思想与ZigBee网络技术在该系统中的实际应用,同时也对设计与实现完成后的“定位系统”制定测试方案,完成对定位系统中各子模块的系统评估和误差分析。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 基于ZIGBEE技术的铁路车站集装箱定位问题概述  12-16
    1.2.1 基本概念  12-13
    1.2.2 基于ZIGBEE技术的铁路车站集装箱定位问题概述  13-14
    1.2.3 研究范围  14-15
    1.2.4 国内外研究现状  15-16
  1.3 本文的主要工作及安排  16-18
第2章 基于RSSI的定位算法研究  18-29
  2.1 传感器定位测距基本理论和基本模型的概述  18-21
    2.1.1 RSSI测距的基本理论  18-20
    2.1.2 高斯模型优化RSSI的研究与分析  20-21
  2.2 三边测量法定位计算方法研究  21-22
  2.3 基于BOUNDING INBOX定位算法的研究  22-26
    2.3.1 BOUNDING INBOX定位算法基本原理  23-24
    2.3.2 基于BOUNDING INBOX定位的改进算法  24-26
  2.4 基于CC2430芯片无线传感器网络的定位处理研究  26-29
    2.4.1 节点模型  26-27
    2.4.2 信标节点坐标及网络场景设置  27
    2.4.3 信标节点RSSI数据采集与定位处理  27-29
第3章 基于CC2430芯片ZIGBEE协议栈的研究分析  29-48
  3.1 ZIGBEE协议栈概述  29-31
  3.2 无线通信协议中的有限状态机FSM  31-32
  3.3 ZIGBEE协议栈有限状态机FSM研究与分析  32-48
    3.3.1 物理层状态机PHY_FSM及主要功能研究  32-34
    3.3.2 媒质接入层状态机MAC_FSM及主要功能研究  34-40
    3.3.3 网络层状态机NWK_FSM及主要功能研究  40-48
第4章 基于ZIGBEE技术的铁路车站集装箱定位系统的研究与设计  48-67
  4.1 项目背景介绍  48-49
  4.2 铁路车站集装箱定位系统需求分析  49-52
    4.2.1 需求说明  49-51
    4.2.2 系统功能要求  51-52
  4.3 系统硬件平台  52-53
  4.4 定位系统总体框架设计  53-54
    4.4.1 节点子系统结构  53-54
    4.4.2 控制台子系统结构  54
  4.5 相关系统模块设计与实现  54-67
    4.5.1 节点子系统设计  54-61
    4.5.2 控制台子系统设计  61-67
第5章 系统测试与结果误差分析  67-79
  5.1 系统测试方案  67-68
    5.1.1 系统子模块测试  67
    5.1.2 一致性测试  67-68
    5.1.3 应用网络环境测试  68
  5.2 系统测试环境  68-71
    5.2.1 MASSTATEPAN网络测试环境:  69-70
    5.2.2 CC2430芯片实体节点RSSI信息采集子模块测试环境  70
    5.2.3 节点定位子模块自然场景网络测试  70-71
  5.3 系统测试结果  71-78
    5.3.1 MASSTATEPAN网络测试环境的结果  71-74
    5.3.2 CC2430芯片实体节点RSSI信息采集子模块测试结果  74-76
    5.3.3 节点定位子模块自然场景网络测试结果  76-78
  5.4 测试结果误差分析  78-79
结论与展望  79-82
致谢  82-83
参考文献  83-87
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  87

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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 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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