毕业设计（论文）PPT答辩-基于Zigbee协议的无线定位网络在安保系统中的应用.ppt

基于基于ZigbeeZigbee协议的无线定位网络在安协议的无线定位网络在安保系统中的应用保系统中的应用A ZigBee-based Application in Security A ZigBee-based Application in Security through Wireless Location Networksthrough Wireless Location Networks 毕业设计文献综述文献综述课题背景介绍课题背景介绍GPSGPS设备通常能耗高、体通常能耗高、体积大、成本高，更适合于空大、成本高，更适合于空旷的室外的室外环境，境，ZigBeeZigBee技技术的出的出现为小范小范围例如室内无例如室内无线定位技定位技术注入了新的希望，因注入了新的希望，因为它具有低成本，低功耗，它具有低成本，低功耗，易于易于组网等特点。网等特点。本文提到的本文提到的CC2431CC2431无无线定位芯片由定位芯片由TITI公司和摩托公司和摩托罗拉拉公司共同研公司共同研发，它是一个，它是一个带硬件定位引擎的芯片，能硬件定位引擎的芯片，能满足足低功耗，符合低功耗，符合IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4标准。定位精度达到准。定位精度达到0.250.25米，米，误差在差在3 3米内。米内。无线定位系统的国内外发展现状无线定位系统的国内外发展现状1.1.19921992年，年，Active BadgeActive Badge系系统产生于英国生于英国剑桥，是最早，是最早的室内定位系的室内定位系统之一。之一。2.2.19981998年，年，MicrosoftMicrosoft公司开公司开发出出RADARRADAR定位系定位系统，它是，它是基于基于RSSIRSSI技技术的室内无的室内无线射射频定位系定位系统。3.3.20002000年，年，MITMIT研制的研制的CricketCricket系系统是是现在仍在使用的室在仍在使用的室内定位系内定位系统之一。之一。4.4.20012001年，年，AHLOSAHLOS系系统出出现，它是一种混合定位系，它是一种混合定位系统。5.5.20022002年，加利福尼年，加利福尼亚大学的大学的CalamariCalamari系系统也是一种混也是一种混合定位系合定位系统。这几年几年兴起的定位技起的定位技术还有基于超有基于超宽带(Ultra Wide(Ultra Wide Band,UWB)Band,UWB)的定位技的定位技术、基于、基于Wi-FiWi-Fi的定位技的定位技术以及基于以及基于ZigBeeZigBee的定位技的定位技术等等。等等。ZigBee技术简介技术简介ZigBee发展发展20002000年，年，IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4标准出台。准出台。ZigBeeZigBee联盟成立盟成立于于20012001年年8 8月，月，20022002年下半年，英国年下半年，英国InvensysInvensys公司、日本公司、日本三菱三菱电气公司、美国摩托气公司、美国摩托罗拉公司以及荷拉公司以及荷兰飞利浦公司等利浦公司等四大公司加盟四大公司加盟 ZigBee ZigBee联盟，盟，这一事件成一事件成为ZigBeeZigBee技技术发展的里程碑，到目前展的里程碑，到目前为止，加盟止，加盟ZigBeeZigBee联盟的不盟的不仅仅只有只有当初的四家公司，而是涵盖了当初的四家公司，而是涵盖了ITIT领域以及其他行域以及其他行业的的150150多家企多家企业。ZigBee技术的主要特点1.1.低功耗：在低耗低功耗：在低耗电待机模式下待机模式下,2,2节5 5号干号干电池可支持池可支持1 1个个节点工作点工作6 62424个月。个月。2.2.低成本：低成本：协议代代码少，免少，免专利利费。3.3.低速率：数据低速率：数据传输速率在速率在2020250 kbps250 kbps。4.4.近距离：近距离：传输范范围一般介于一般介于1010100 m 100 m 之之间,在增加在增加RFRF发射功率后，亦可增加到射功率后，亦可增加到1 13 km3 km。5.5.高容量：最多一个主高容量：最多一个主节点可管理点可管理254254个子个子节点，同点，同时主主节点点还可由上一可由上一层网网络节点管理，最多可点管理，最多可组成成6500065000个个节点点的大网。的大网。6.6.免免执照照频段：采用直接序列段：采用直接序列扩频在工在工业科学医科学医疗(ISM)(ISM)频段，段，2.4 GHz(2.4 GHz(全球全球)、915 MHz(915 MHz(美国美国)和和868MHz(868MHz(欧洲欧洲)。ZigBeeZigBee与其他技术的比较与其他技术的比较 IrDA蓝牙Wi-FiZigBee工作频率红外线2.4G2.4G2.4G，868/915MHz有效物理范围20cm1.2m10m左右25100m10m100m最大传输速率16Mbps1Mbps11Mbps250kbps，20/40kbps网络节点273265000最大功耗数mw100mw100mw30mw语音/数据支持数据语音、数据语音、数据数据ZigBee协议栈协议栈协议栈概述协议栈概述ZigBeeZigBee协议栈协议栈的是由物理的是由物理层层(PHY)(PHY)、媒体、媒体访问访问控制控制层层(MAC)(MAC)、网、网络层络层(NWK)(NWK)和和应应用用层层(APL)(APL)组组成的。成的。其中，其中，PHYPHY层层和和MACMAC层协议层协议由由IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4定定义义，网网络层络层和和应应用用层层的的协议协议由由ZigBeeZigBee联联盟定盟定义义。而。而应应用用层层又包含又包含应应用支持子用支持子层层(APS)(APS)、应应用框架用框架(AF)(AF)、ZigBeeZigBee设备对设备对象象(ZDO)(ZDO)和由制造商制定的和由制造商制定的应应用用对对象。象。ZigBee协议栈体系图 ZigBee网络设备类型ZigBeeZigBee网络系统共有网络系统共有三种逻辑设备类型：三种逻辑设备类型：1.1.协调器：该设备初始化一个协调器：该设备初始化一个ZigBeeZigBee无线网络。无线网络。2.2.路由器：允许其他设备加入网络、多跳路由和辅路由器：允许其他设备加入网络、多跳路由和辅助它的电助它的电 池供电的子终端设备通信。池供电的子终端设备通信。3.3.终端设备：可以有选择的进行休眠和唤醒。终端设备：可以有选择的进行休眠和唤醒。ZigBeeZigBee网络拓扑网络拓扑定位算法简介定位算法简介基于距离的定位算法1.1.基于基于TOATOA的的测距技距技术2.2.基于基于TDOATDOA的的测距技距技术3.3.基于基于AOAAOA的的测距技距技术4.4.基于基于RSSIRSSI的的测距技距技术 其他定位算法介绍1.1.质心定位算法质心定位算法2.2.APITAPIT定位算法定位算法3.3.DV-HopDV-Hop定位算法定位算法无线定位系统的实现硬件平台：硬件平台：1.1.CC2430/CC2431CC2430/CC2431芯片介芯片介绍2.2.CC2431CC2431硬件引擎介硬件引擎介绍软件平台：采用件平台：采用IAR SystemsIAR Systems公司的公司的IAR Embedded IAR Embedded Workbench(Workbench(简称称EW)EW)基于基于RSSIRSSI的定位算法：的定位算法：Pr(dBm)=A-10nlgrPr(dBm)=A-10nlgr，A A可可 以看作信号以看作信号传输lmlm远时接收接收 信号的功率，信号的功率，n n是是传播因子播因子 定位系统框架定位系统框架无无线传感器网感器网络实现定位功能的定位功能的设备由由协调器器(Location_dongle)(Location_dongle)、参考、参考节点点(Loeation_refnode)(Loeation_refnode)、定、定位位节点点(Loeation_blindnode)(Loeation_blindnode)三部分三部分组成。成。1.1.协调器：器：1 1个，在个，在实验中中协调器器(网关网关)选取取1 1块网网络 扩展板与展板与1 1块CC2431CC2431模模块组成。成。2.2.参考参考节点：点：4 4个，个，选择CC2430CC2430模模块。3.3.定位定位节点：点：1 1个，个，选择CC2431CC2431模模块。实验系统搭建及演示实验系统搭建及演示实验节点分布图 不同环境下的A和N值的比较RSSI522.685log10(d)节点置于地面RSSI42.82.377log10(d)节点置于地上1米处 定位系统的实际测量实际坐标实际坐标（A A3939）N=25N=25N=20N=20测量坐标测量坐标误差误差测量坐标测量坐标误差误差0 0，5 50.50.5，6.06.022.422.40.750.75，6.756.7538.138.10 0，0 01 1，1 128.328.31.251.25，0.50.526.926.95 5，0 05.255.25，5.255.2511.211.25.55.5，0.250.2511.211.25 5，5 56.256.25，4.54.526.926.96.256.25，5.05.025.025.05 5，2.52.55.05.0，2.02.010.010.06.256.25，2.752.7525.525.52.52.5，0 02.752.75，1.251.2525.525.52.752.75，0.50.511.211.20 0，2.52.51.01.0，2.52.520.020.00.250.25，2.752.757.17.12.52.5，5 53 3，4.754.7511.211.22.52.5，5.255.255.05.02.52.5，2.52.53 3，3.53.522.422.42.752.75，2.252.257.17.1 增加参考节点采集次数后定位效果实际坐标实际坐标测量坐标测量坐标误差误差2.52.5，0 02.52.5，0.250.255.0%5.0%0 0，2.52.50.250.25，2.252.257.1%7.1%2.52.5，5 52.252.25，4.54.511.211.25 5，2.52.55.255.25，2.02.011.211.22.52.5，2.52.52.252.25，2.52.55.05.0 增加温度采集功能（片内温度传感器）结论实验结论实验结论：1.1.通通过实地地测量量验证了基于了基于RSSIRSSI定位系定位系统的可行性。的可行性。2.2.通通过增加参考增加参考节点点测量次数，修正量次数，修正RSSIRSSI值可以提可以提高接收高接收RSSIRSSI值的的稳定性，从而提高定位系定性，从而提高定位系统的精的精确度，尤其是在定位确度，尤其是在定位节点密度不是很高的点密度不是很高的时候。候。3.3.从从RSSIRSSI值拟合曲合曲线可以看出，定位系可以看出，定位系统所所处的的环境境对定位效果造成相定位效果造成相应的影响，因此在的影响，因此在实际应用用中中应尽量尽量选择远离地面、离地面、墙壁和其它有可能壁和其它有可能对信信号号产生干生干扰的因素。的因素。不足之处及未来改进1.1.测试环境还不够理想，在实际的安保系统中，测试环境还不够理想，在实际的安保系统中，环境的复杂程度较高，因而在环境的复杂程度较高，因而在RSSIRSSI接收处理算接收处理算法上需要进一步完善，以适应更复杂的环境；法上需要进一步完善，以适应更复杂的环境；2.2.为了检验定位精度与网络中参考节点的数目之为了检验定位精度与网络中参考节点的数目之间的关系，可以在以后的测试中增加更多的参间的关系，可以在以后的测试中增加更多的参考节点。考节点。3.3.温度采集模块可以采用外接温度传感器，得到温度采集模块可以采用外接温度传感器，得到的温度值会更准确。的温度值会更准确。谢谢各位老师！