【摘要】：隨著無線通信技術(shù)飛速發(fā)展,定位技術(shù)越發(fā)得到人們關(guān)注。但在實際應(yīng)用中,復(fù)雜的信道環(huán)境、較大的測量誤差以及一定程度的信號衰減,傳統(tǒng)全球定位系統(tǒng)(GPS)并不適用。如何在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)精確定位目前被廣受關(guān)注。本文針對室內(nèi)定位系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的特殊性,在標(biāo)準(zhǔn)ZigBee芯片的MAC層協(xié)議基礎(chǔ)之上,設(shè)計了一種適用于室內(nèi)定位應(yīng)用的,具有自組織、自維護、低時延、可靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的高可靠高穩(wěn)定性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)系統(tǒng)。同時,對基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號強弱(RSSI)的經(jīng)典質(zhì)心定位算法進行改進,通過貝葉斯模型和誤差容忍技術(shù),提高了定位的穩(wěn)定性和定位精度。相關(guān)系統(tǒng)在實際醫(yī)院的成功部署和運行,取得了很好效果。本文核心內(nèi)容如下:一,本文研究并設(shè)計了一種企業(yè)級多級自組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有效克服傳統(tǒng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽會不斷的執(zhí)行出入網(wǎng)及動態(tài)路徑選擇操作,導(dǎo)致標(biāo)簽功耗較高、數(shù)據(jù)傳輸效率低、易造成網(wǎng)絡(luò)阻塞或網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等不利因素。系統(tǒng)以ZigBee網(wǎng)絡(luò)MAC層為基礎(chǔ),實現(xiàn)多級自組樹形組網(wǎng)協(xié)議棧,具有組網(wǎng)迅速、標(biāo)簽功耗較低、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點規(guī)模可擴展性好等特點。二,系統(tǒng)以無線傳感網(wǎng)為硬件基礎(chǔ),以軟件模型為上層管理架構(gòu)。采用德州儀器公司的CC2530芯片為物理層和MAC層以實現(xiàn)硬件部署,實現(xiàn)企業(yè)級多級自組無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路層協(xié)議棧的實現(xiàn)和硬件構(gòu)建,硬件模塊包含網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、外接等具有信息傳輸、處理、服務(wù)等功能模塊組成。系統(tǒng)采用C#和Web Service作為開發(fā)語言和軟件架構(gòu)模型,并采用JSON作為傳輸手段,部署了基于貝葉斯模型的誤差容忍定位算法,并實現(xiàn)實時室內(nèi)定位。三,本文創(chuàng)新了一種基于貝葉斯模型的誤差容忍定位算法。在測距階段,對原始數(shù)據(jù)進行閾值濾波、高斯濾波,去除噪音等突變干擾;在待測點坐標(biāo)估計階段,引入誤差容忍的概念,利用最小二乘法估計待測節(jié)點的最優(yōu)估計;同時建立貝葉斯模型,以動態(tài)監(jiān)測路徑衰減因子的變化。引入該算法經(jīng)過實際印證后,硬件更簡單,可擴展性更強,在定位的準(zhǔn)確度和適應(yīng)性方面改善明顯。四,本文除重視系統(tǒng)定位功能實現(xiàn)外,對性能的穩(wěn)定性,實際應(yīng)用性也格外重視,不僅突破的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的限制,更兼具了可持續(xù)發(fā)展性。系統(tǒng)可廣泛用于醫(yī)院內(nèi)部的特殊人群、貴重物資等的實時定位,提高醫(yī)院綜合管理水平和管理效率。
【圖文】：

圖 2-2 為多級自組網(wǎng)數(shù)據(jù)相互關(guān)系圖。（1）定位請求和定時回收 RSSI 數(shù)據(jù)裝置同步進行，且兩種行為均有發(fā)起。（2）為獲取和匯總 RSSI 數(shù)據(jù)，基站同步接收終端發(fā)出的數(shù)據(jù)和請求相應(yīng)處理。（3）基站除了對終端發(fā)送的請求進行響應(yīng)外，還兼具 RSSI 值的格式轉(zhuǎn)篩選的功能，需要挑選出最適合的數(shù)據(jù)，以消除不需要的誤差，提高數(shù)度和準(zhǔn)確性。（4）經(jīng)過基站仔細篩選得出的數(shù)據(jù)，將在有效時間內(nèi)被再次轉(zhuǎn)發(fā)匯總終端需要同步更新數(shù)據(jù)，同時，結(jié)合自身相對距離，對 RSSI 數(shù)據(jù)的序新優(yōu)化。（5）經(jīng)過優(yōu)化的數(shù)據(jù)需要再次經(jīng)過計算，最終必須以報文的形式上發(fā)容包含了經(jīng)過計算的待測點坐標(biāo)。（6）基站將該定位信息打包，再通過協(xié)調(diào)器上發(fā)至上位機，即可。

件層面采用.Net 分布式體系架構(gòu)，定位算法以 RSSI 為基礎(chǔ)，開放式多信協(xié)議，對消除不穩(wěn)定因素及網(wǎng)絡(luò)寬度深度容量上也有較大幫助。同終端反復(fù)的入網(wǎng)、出網(wǎng)所造成的龐大數(shù)據(jù)占有量，特解放標(biāo)簽，，只參與，不作為網(wǎng)絡(luò)路由使用。 數(shù)據(jù)服務(wù)層務(wù)接口、各應(yīng)用定義式服務(wù)模塊和定位系統(tǒng)中間件三大塊共同組成數(shù)據(jù)成為上層軟件數(shù)據(jù)處理的核心，詳見圖 2-3 所示。各應(yīng)用定義式服務(wù)模服務(wù)層重要的組成部分，是終端數(shù)據(jù)的處理的加工廠和任務(wù)分配指揮主要組成有：1）地圖處理：包含地圖導(dǎo)入、地圖初始化、定位數(shù)據(jù)顯示等；2）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)流量管理等；3）系統(tǒng)配置：主要實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置；4）復(fù)雜事件處理：事件定義（如報警事件等）、事件分發(fā)、事件存儲5）報表生成：報表模板定義、報表統(tǒng)計等。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 陳永光,李修和;基于信號強度的室內(nèi)定位技術(shù)[J];電子學(xué)報;2004年09期

2 劉海;;基于RSSI的室內(nèi)信號衰減模型的研究[J];電腦開發(fā)與應(yīng)用;2012年09期

3 陳維克;李文鋒;首珩;袁兵;;基于RSSI的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加權(quán)質(zhì)心定位算法[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版);2006年02期

4 錢曉華;;基于RSSI的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)改進定位算法[J];遼寧大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年01期

5 王福豹,史龍,任豐原;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的自身定位系統(tǒng)和算法[J];軟件學(xué)報;2005年05期

6 李連 ,朱愛紅;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位技術(shù)研究[J];微計算機信息;2005年15期

7 張華;王萬良;;改進質(zhì)心算法的節(jié)點自定位研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2009年16期

8 常華偉;王福豹;嚴國強;黃亮;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的TOF測距方法研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2011年01期

本文編號：2570320