WSN期末考试总结报告2

北京师范大学珠海分校信息技术学院

期末考试总结报告

课程名称： 无线传感网络 任课教师：__杨博雄__ 姓名______董兆基______ 学号____0901040017_______ 班级_09电子1班_______

基于zigbee的测距与定位

一、当前实现这个需求的基本原理和思路（主要包括当前利

用zigbee进行定位的基本原理、应用领域以及实现的一些方法）

随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。当前所使用的定位技术主要有A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。这些室内定位技术从总体上可归纳为几类，即GNSS技术(如伪卫星等)，无线定位技术(无线通信信号、射频无线标签、超声波、光跟踪、无线传感器定位技术等)，其它定位技术(计算机视觉、航位推算等)，以及GNSS和无线定位组合的定位技术(A-GPS或A-GNSS)。在这里主要介绍Zigbee进行定位的基本原理、应用领域以及实现方面。Zigbee技术中定义了３种设备：协调器，路由器和终端设备。协调器主要负责启动整个网络；路由器的功能主要是允许其他设备加入网络及多跳路由等；终端设备一般没有特定的维持网络结构的责任。目前来说，基于Zigbee的定位技术主要是根据RSSI（链路信号强度）的测距定位算法。

定位系统的构成

无线定位网络：利用ZigBee无线网络模块，根据实际应用环境合理布局，组成一套ZigBee无线定位骨干网络，网络形态可以是链状或网状拓扑。定位网络中的参考节点将接收到移动节点信息(RSSI和LQI)，传送到上位机进行处理。

移动节点：利用低价ZigBee无线模块(只完成无线收发不需要网络功能的RFD模块)，制成一个便携式的移动装置。

定位应用算法：上位机对无线网络传送回来的移动节点信息，用一定方法进行解算，得到移动节点的位置信息。上位机对该位置信息进行存储、显示等处理。

定位原理与方法

从算法采用的手段来看，ZigBee定位算法可以分为两大类：基于距离的算法和

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非基于距离的算法。基于距离的算法通过测量节点间的距离或角度信息，使用三边测量、三角测量或最大似然估计定位法计算节点位置。常用的测距技术有RSSI、LQI；非基于距离的算法则不需要距离和角度信息，算法根据网络连通性等信息来实现节点定位。

在定位过程中，需要利用ZigBee两个关键技术：(1)ZigBee节点的标识。每个ZigBee节点都有64位的永久地址，作为其唯一性标识。可以将这个地址映射为对应用层有意义的名字，从而可对每个节点进行身份辨认。(2)定位判定。位置判断的依据为无线信号参数LQI，位置判断的精度取决于路由节点分布的密度。

定位的过程和计算主要有四种方法：

(1)网格定位。如图1所示，将ZigBee定位参考节点，以等间距布置成网格状，移动节点分别接收到与参考节点间的LQI，用LQI计算出到相邻节点的距离，用三角函数方法计算移动节点的坐标[3]。

这里举一个例子来计算坐标值。假设参考节点和定位节点的位置如图所示。

从分布图中可以看出，如果在理想的情况下，与定位点最近的4个参考点分别是A1、A2、A4、A5，最近的三个参考节点是A1、A4、A5。根据三角公式可求得：P点的X坐标为17.0125；P点的Y坐标为12.9875。这样就计算出了一组定位节点坐标：(12.9875，17.0125)。

(2)一点信号强度定位。移动节点在不同的位置接收信号时，因距参考节点距离远近的不同，所收到的信号强度也不同。当移动节点接收到最近的参考节点的LQI值后，通过计算或比照，确定移动节点的位置。以参考点为原点坐标，单位m，参考节点距离30 m.

(3)两点信号强度定位。移动节点接收到相邻两个参考节点信号，计算其差值，确定移动点位置。其中LQIA为参考节点A的LQI值，LQIB为参考节点B的LQI值，以参考节点A的位置为坐标原点，单位m，参考节点距离30 m。结果如表2所示。 (4)固定点定位。将收到最大LQI值的那个节点的位置，当作为移动节点位置。此方法需要较小的网络节点间距，精度也较低。

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二、你所采用的技术路线和实现方法（从目前的实现原理和

思路基础上，你模拟某种应用设计出自己的实现技术路线和所采用的方法）

基于RSSI的测距实验 从上述的介绍中我已经了解了一些基本的利用Zigbee测量距离与定位的方式，在这次的小组项目中，我们小组主要采用了利用RSSI的值来测量距离的方法。在实验时我们已经修改过相关代码，具体的方式是修改代码，接收5次RSSI值然后取平均值得出这一次所接收到的RSSI平均值。由于实验条件有限，我们最初测量了实验室一块地板砖的长度是50CM。然后根据使用两个实验箱，一个实验箱作为基准点另一个试验箱做为一动点，每次移动50CM然后从连接固定点的实验箱连接的台式机的串口中记录下RSSI的平均值，记录三次。然后录入EXCEL表格做出线性关系图，得出一个RSSI值与距离相关的线性关系公式。

基于RSSI的定位实验 对于这个实验，由于时间以及设备的原因我们小组关于定位的实验主要选了下面

这种方法。由于前面的实验我们已经测量出每块正方形的地板砖边长为50CM所以，我们选取了其中一块砖的一个边作为坐标原点（0,0）然后分别选取了三个坐标点A（0.5,0）B（1.5,2）C（0，3.5）三个点作为参考点。这三个参考点烧录的程序均是接收端即收到RSSI的测量数据后在串口显示。然后我们随机选取了这个这个坐标系中的四个点，这四个点分别用同一个实验箱的网关板作为发送端。在发送端通过修改代码我们将Zigbee修改成广播模式，向三个参考点发送RSSI值，然后通过串口读出。在接收端我们还是修改了代码用接收5次的平均值作为一次数据记录，每个点记录三次。实验过程如图所示：

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三、实验方法与数据结果分析（包括从实验数据得出测距的线

性度以及定位的精度、稳定性、可靠性等，以表格、图标等方式加以说明）

RSSI测距实验

根据上述实验过程我们记录了测距的实验数据并输入EXCEL表格做出了线性图

并得出了线性关系。实验数据记录如下：

所得出的散点图以及所获得的线性方程如下图所示：

从上述记录中我们看出的三条线性关系中我们选择出一条方差最小的作为我们

RSSI测距所得出的线性关系的公式。但是经过数据分析，我们发现方差依然达到了0.8097，这个方差显示了我们测量的数据误差很大，我想是有以下几个原因首先是因为在室内的缘故，2.4G频段的穿透能力以及绕射能力较差每当有人挡在两个Zigbee之间时候都会发生RSSI值巨大的变化。第二，由于我们所采取的RSSI求平均值的

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算法有些简单所以求出的平均值只是些大概的数值所以误差也有些大。同时这个平均值也是时时在变化的所以这样的误差也是很大的。

RSSI定位实验

根据第二部分的试验方法的描述，我们得出了下面的数据：

测试点1 -36，-37，-39 -49，-48 -54，-53 测试点2 -41，-41，-41 -50，-48，-49 -44，-45，-46 测试点3 -44，-44，-43 -41，-41，-41 -51，-51，-51 测试点4 -50，-51，-50 -42，-42，-42 -40，-40，-40 RSSI值与测试点 参考点A 参考点B 参考点C 由于我们之前我们已经知道了参考点的坐标分别是（0.5,0）（1.5,2）（0，3.5）所以根据两点之间的距离公式列出三个二次方程：

同时利用上面测距离所得出的公式Y=-3.0667X-36.224经过计算我们得出了数据但是这数据中除了测试点4意外别的测算点误差都在0.5米以内，所以总体来说算法还是正确的。至于误差的原因我认为先是因为在室内的缘故，2.4G频段的穿透能力以及绕射能力较差每当有人挡在两个Zigbee之间时候都会发生RSSI值巨大的变化。第二，由于我们所采取的RSSI求平均值的算法有些简单所以求出的平均值只是些大概的数值所以误差也有些大。同时这个平均值也是时时在变化的所以这样的误差也是很大的。第三，由于设备本身的原因导致实验经常死机被迫重新开始，这样导致了数据在一定程度上不准确，在今后的实验中我们仍要在设计实验室考虑到误差因素以求获得更好的数据。

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