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基于无线传感器网络的室内定位技术研究与实现

作　者: 王琦
导　师: 胡方明
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 室内定位 无线传感器网络 ZigBee RSSI测距
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


现代社会人们对生产生活中的安防和智能化的需求越来越高，精确定位技术在许多室内场景的实用性和必要性已经日趋显著，室内定位技术应用前景广阔，具有极大的研究价值和市场需求。作为一种新兴的无线网络技术，无线传感器网络的重要功能就是实现定位。无线传感器网络由于其低成本、低功耗、组网简单、布设方便等优点被越来越多地应用于室内定位研究中。本文在对无线传感器网络定位相关技术进行研究之后，结合室内定位特点及现有技术，搭建了基于ZigBee技术的室内定位软硬件平台，以实验室走廊为实验场景进行了室内定位实验研究。这个实验主要分两步，首先在实验室走廊实地做了接收到的信号强度(Received Signal Strength Indicator, RSSI)测距实验，对测距实验采集到的数据使用线性回归分析拟合出了当前环境的具体RSSI测距模型；然后设计了实验方法，对信标和未知节点进行了软件开发，并实现了基于RSSI测距的定位算法。经过定位实验精度评估，本文算法的平均定位误差为2.3m，满足大多室内场景要求，并且所用的定位节点硬件成本与功耗低，非常适合室内定位实际应用，便于大范围布设。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 课题研究背景与意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 本文的主要工作  9
  1.4 论文结构安排  9-11
第二章 无线传感器网络定位相关技术研究  11-25
  2.1 无线传感器网络体系结构  11-14
    2.1.1 无线传感器网络节点结构  12
    2.1.2 无线传感器网络拓扑结构  12-13
    2.1.3 无线传感器网络特点  13-14
  2.2 无线传感器网络定位机制  14-17
    2.2.1 基于测距的定位算法  15-17
    2.2.2 距离无关的定位算法  17
  2.3 常用定位算法  17-21
    2.3.1 三边测量法  17-19
    2.3.2 三角测量法  19
    2.3.3 极大似然估计算法  19-20
    2.3.4 加权质心算法  20
    2.3.5 位置指纹算法  20-21
  2.4 常用室内定位技术  21-22
  2.5 定位系统和算法的性能评价标准  22-23
  2.6 室内定位技术难点分析  23-25
第三章 ZigBee 技术简介  25-35
  3.1 ZigBee 节点构成  25-26
  3.2 ZigBee 网络配置  26-28
  3.3 ZigBee 协议架构  28-31
    3.3.1 物理层  28-30
    3.3.2 媒体访问控制层  30-31
  3.4 数据传输模式  31-35
第四章 基于 ZigBee 的室内 RSSI 测距实验研究  35-49
  4.1 RSSI 测距实验软硬件平台搭建  35-38
    4.1.1 HFZ-CC2430ZDK ZigBee 开发套件  35-38
    4.1.2 ZigBee 开发软件简介  38
  4.2 RSSI 测距原理  38-41
    4.2.1 无线信号传播模型  38-40
    4.2.2 RSSI 测距模型的建立  40-41
  4.3 RSSI 测距实验  41-49
    4.3.1 实验方法与数据采集  41-42
    4.3.2 模型参数分析  42-44
    4.3.3 模型参数优化  44-46
    4.3.4 RSSI 滤波处理  46-49
第五章 基于 RSSI 测距的室内定位实验研究  49-63
  5.1 基于 RSSI 测距的定位分析  49
    5.1.1 定位功能分析  49
    5.1.2 RSSI 测距定位算法过程描述  49
  5.2 软硬件平台搭建  49
  5.3 定位软件设计  49-57
    5.3.1 ZigBee 协议定位数据包封装与传输流程  49-52
    5.3.2 定位软件结构  52-53
    5.3.3 信标节点软件设计  53-55
    5.3.4 未知节点软件设计  55-57
  5.4 定位实验  57-63
    5.4.1 实验方法  57-60
    5.4.2 定位效果评估  60-63
第六章 总结和展望  63-65
  6.1 全文总结  63
  6.2 工作展望  63-65
致谢  65-67
参考文献  67-69
研究生在读期间的研究成果  69-70

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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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