基于RFID的室內(nèi)定位方法研究與應(yīng)用.pdf

1、當(dāng)前位置感知正成為許多新型計(jì)算領(lǐng)域(如普適計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算等)的一個(gè)重要的特征和追求目標(biāo),而作為提供基于位置服務(wù)的核心技術(shù)之一,對(duì)室內(nèi)對(duì)象的定位方法和技術(shù)的研究也隨之逐漸深入。定位服務(wù)從普通的科學(xué)研究、軍事服務(wù)、商業(yè)活動(dòng),直至搶險(xiǎn)搜救等許多行業(yè)中都有著重要的應(yīng)用。室內(nèi)定位技術(shù)成為一個(gè)重要的研究方向,也得到了飛速發(fā)展。但是,現(xiàn)有的室內(nèi)定位方法存在著定位誤差較大、受環(huán)境影響明顯、部署定位系統(tǒng)繁瑣、維護(hù)不方便等諸多問(wèn)題,這些問(wèn)題促使基于RFID

2、的室內(nèi)定位方法成為研究熱點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有定位方法和典型定位系統(tǒng)的分析和研究,以RSSI作為位置感知信息,引入虛擬標(biāo)簽概念,利用經(jīng)典信號(hào)傳播模型在定位區(qū)域內(nèi)構(gòu)造虛擬參考標(biāo)簽空間,進(jìn)而建立了基于虛擬參考標(biāo)簽空間的RFID定位方法模型和定位算法。同時(shí),從鏈路收包率PRR、RSSI與距離變化之間的規(guī)律入手,探索了鏈路收包率PRR、RSSI和定位距離之間的關(guān)系模型,為RFID定位研究和應(yīng)用提供了新的思路和理論依據(jù)。論文首先介紹了實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的相

3、關(guān)概念、技術(shù)分類(lèi)和常見(jiàn)的幾種定位方法,如TOA,TDOA, AOA和RSSI等,并比較了這幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。特別地,論文介紹了經(jīng)典信號(hào)傳播模型中的對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型,指出了利用RSSI定位存在的主要問(wèn)題。根據(jù)室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,論文介紹并比較了幾種典型的室內(nèi)定位系統(tǒng),如：RADAR、LocSens、SpotON. LANDMARC和VIRE等。在對(duì)現(xiàn)有定位方法分析基礎(chǔ)上,針對(duì)RSSI方法中定位誤差較大、信號(hào)波動(dòng)劇烈等問(wèn)題,引入虛擬標(biāo)簽

4、概念,利用經(jīng)典信號(hào)傳播模型在定位區(qū)域內(nèi)構(gòu)造虛擬參考標(biāo)簽空間,進(jìn)而構(gòu)建了一種在稀疏密度參考標(biāo)簽環(huán)境下的RFID定位方法模型VRBP (Virtual Reference 3ased Positioning),并提出了基于此模型的定位算法VT-LANCMARC.對(duì)本文方法與經(jīng)典的LANDMARC方法從多個(gè)方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比與分析,結(jié)果表明本文方法具有較高的定位精度,同時(shí)可以有效解決實(shí)際部署大量高密度參考標(biāo)簽帶來(lái)的射頻信號(hào)干擾問(wèn)題,部署參考標(biāo)

5、簽布局靈活,同時(shí)擴(kuò)展了定位區(qū)域范圍,克服了現(xiàn)有RFID定位方法在參考標(biāo)簽外圍區(qū)域上定位精度失真的問(wèn)題。接著,論文對(duì)比總結(jié)了LQI、PRR和RSSI三種衡量鏈路質(zhì)量指標(biāo)的特點(diǎn)。根據(jù)PRR的相關(guān)研究,提出了一種通過(guò)PRR數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RSSI數(shù)據(jù)的方法。通過(guò)射頻讀寫(xiě)器與射頻標(biāo)簽之間的大量通信實(shí)驗(yàn),分析PRR在不同發(fā)射功率、距離上建立的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集,并轉(zhuǎn)換為RSSI值。利用收到的包數(shù)的頻率直方圖,進(jìn)行曲線擬合并分析其正態(tài)性,對(duì)收到包數(shù)的均值、方差、

6、分布的峰度、偏斜度等參數(shù)進(jìn)行分析,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究PRR的概率分布規(guī)律,以驗(yàn)證理論研究結(jié)果的有效性和正確性。針對(duì)利用RSSI作為唯一特征感知來(lái)源定位存在易受環(huán)境影響的缺點(diǎn),論文通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究了PRR、RSSI與距離之間的關(guān)系模型,探索了一種基于鏈路收包率的定位方法。最后,本論文根據(jù)VT-LANDMARC和PRR與RSSI轉(zhuǎn)換關(guān)系的理論基礎(chǔ),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于RFID的室內(nèi)定位系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)所用RFID設(shè)備規(guī)格和通信方式、定位