基于物聯(lián)網(wǎng)的室內定位系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設計綜合文檔</b></p><p>　　設計題目 基于物聯(lián)網(wǎng)的室內定位系統(tǒng) </p><p>　　學生姓名 xxx </p><p>　　指導教師 xxx </p><p>　　班 級

2、13級物聯(lián)網(wǎng)班 </p><p>　　學 號 xxxxxx </p><p>　　完成日期：2017 年 04 月</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p>&l

3、t;p><b>　　1引言1</b></p><p><b>　　1.1編寫目的1</b></p><p><b>　　1.2背景1</b></p><p><b>　　1.3定義2</b></p><p>　　2 Zigbee系統(tǒng)簡介2&

4、lt;/p><p>　　2.1 Zigbee系統(tǒng)基本組成2</p><p>　　2.2 Zigbee系統(tǒng)基本原理4</p><p>　　2.3 Zigbee系統(tǒng)工作頻率與相關協(xié)議5</p><p>　　3國內外研究現(xiàn)狀6</p><p>　　3.1 Zigbee的研究發(fā)展現(xiàn)狀6</p><p&

5、gt;　　3.2 室內定位的研究發(fā)展現(xiàn)狀7</p><p>　　3.3研究概況以及趨勢-----------------------------------------------------------------------------8</p><p>　　4論文的選題意義和主要研究內容------------------------------------------------

6、-------------------8</p><p>　　5其他系統(tǒng)的比較----------------------------------------------------------------------------------------9</p><p>　　第二章 室內定位無線技術5</p><p>　　1室內無線傳播的特點5</p&

7、gt;<p>　　2無線定位的原理6</p><p>　　3定位信息的獲取7</p><p>　　3.1基站和終端間距離的獲取7</p><p>　　3.2由信號傳播計算距離7</p><p>　　第三章 無線定位基本算法13</p><p>　　1三邊定位算法13</p>&

8、lt;p>　　2基于接受信號的定位--------------------------------------------------------------------------------15</p><p>　　第四章 項目測試分析報告15</p><p>　　1定位數(shù)據(jù)匯總-------------------------------------------------

9、----------------------------------------16</p><p>　　2抓包數(shù)據(jù)分析-----------------------------------------------------------------------------------------16</p><p>　　第五章 總結17</p><p>　　1

10、本文工作總結18</p><p>　　2研究中遇到的問題以及解決方法18</p><p>　　第一章 項目需求分析說明書</p><p><b>　　1引言</b></p><p><b>　　1.1編寫目的</b></p><p>　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）的成功

11、使人們對定位服務的需求日益增多，然而在室內環(huán)境下，由于衛(wèi)星信號接收受到嚴重干擾，GPS無法滿足定位精度的要求?；谖锫?lián)網(wǎng)的室內定位技術由于使用范圍廣,能夠以純軟件的方式實現(xiàn),定位系統(tǒng)成本低等優(yōu)點,成為近年物聯(lián)網(wǎng)位置感知領域的一個研究熱點。本文對這一技術進行了較深入、系統(tǒng)的研究,并針對定位準確度、定位算法等方面存在的問題,提出了相應的解決方案。通過算法比較和實驗分析,證明了方案的有效性和可行性。</p><p>&

12、lt;b>　　1.2背景</b></p><p>　　1.基于物聯(lián)網(wǎng)的定位系統(tǒng)開發(fā)；</p><p>　　2.該項目是基于前人的一些半成熟的定位算法做的實驗；</p><p>　　3.該定位系統(tǒng)采用的硬件系統(tǒng)是CC2530，軟件層面是采用VB語言，架構層面采用的 國際標準是：IEEE802.15.4。 </p><p&

13、gt;<b>　　1.3定義</b></p><p>　　Zigbee:是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標準規(guī)定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱（又稱紫蜂協(xié)議）來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網(wǎng)絡。<

14、/p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)：顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，也就是物物相息。</p><p><b>　　1.4參考資料</b></p><p>　　1《ZIGBEE入門基礎》，《RFID基

15、礎原理與應用》</p><p>　　2《Visual Basic入門基礎》</p><p>　　3《C語言編程基礎》</p><p>　　4《基于RSSI的多維度室內定位算法》——石欣，印愛民，陳曦</p><p>　　5《基于ZIGBEE的貝葉斯室內定位算法的研究》——楊艷紅</p><p>　　2 Zigbee系統(tǒng)

16、簡介</p><p>　　2.1Zigbee系統(tǒng)基本組成</p><p><b>　　多功能調試底板</b></p><p>　　USB供電口：為網(wǎng)關供電</p><p>　　RS-232：中文名:異步傳輸標準接口；型式:DB-9(9個引腳)或DB-25(25個引腳)；功能：把網(wǎng)關的數(shù)據(jù)傳到PC</p>&

17、lt;p>　　DEBUG接口：功能，用于程序的燒寫與讀出</p><p>　　外部電源接口：可對其它目標板供電</p><p>　　CC2530 IO接口：用于二次開發(fā)</p><p>　　MAX3232E:描述：具有二路接收器和二路驅動器，提供1uA關斷模式；功能：具有+/-15kv IES ESD 保護的3V至5V多通道RS-232線路；產(chǎn)商：德州儀器；型

18、號：:MAX3232ECD,MAX3232ECDB等；報價：6.0RMB</p><p>　　SLC 2104 F2565 1425+:即SLC，英文全稱：single level cell,中文：單層式儲存；</p><p>　　兩個LED燈，一個按鍵：測試CC2530的IO的功能</p><p><b>　　產(chǎn)商：德州儀器 </b><

19、/p><p>　　型號：CC2530F128RHAR，CC2530F128RHAT等</p><p><b>　　報價：18RMB</b></p><p>　　示例圖片： </p><p><b>　　遠距離射頻模塊：</b></p><p>　　電源接口：為節(jié)點供電&l

20、t;/p><p>　　仿真下載接口：燒寫或讀取程序</p><p>　　IO開發(fā)調試接口：二次開發(fā)</p><p><b>　　產(chǎn)商：德州儀器</b></p><p><b>　　實例圖片：</b></p><p>　　2.2 Zigbee系統(tǒng)基本原理</p>&l

21、t;p>　　基于 ZigBee 的無線設備工作在 868MHZ, 915MHZ 和 2.4Z 頻帶。其最大數(shù)據(jù)速 率是 250Kbps. ZigBee 技術主要針對以電池為電源的應用，這些應用對低數(shù)據(jù)速 率、低成本、更長時間的電池壽命有較高的需求。在一些 ZigBee 應用中，無線 設備持續(xù)處于活動狀態(tài)的時間是有限的，大部分時間無線設備是處于省電模式 （也稱休眠模式）的。因此，ZigBee 設備在電池需要更換以前能夠工作數(shù)年以 上

22、。Zigbee是一種嶄新的,專注于低功耗、低成本、低復雜度、低速率的近程無線網(wǎng)絡通信技術。也是嵌入式應用的一個大熱點。</p><p>　　1、低功耗 在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6~24個月，甚至更長。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。相比較，藍牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。</p><p>　　2、低成本 通過大幅簡化協(xié)議（不到藍牙的1/10），降低了對通信控制

23、器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4KB代碼，而且Zigbee免協(xié)議專利費。</p><p>　　3、低速率 Zigbee工作在250kbps的通訊速率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應用需求。</p><p>　　4、近距離 傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1~3km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果

24、通過路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。</p><p>　　5、短時延 Zigbee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30ms，進一步節(jié)省了電能。相比較，藍牙需要3~10s、WiFi需要3s。</p><p>　　6、高容量 Zigbee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點

25、還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。</p><p>　　7、高安全 Zigbee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準(AES128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。</p><p>　　8、免執(zhí)照頻段 采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療2.4GHz(全球) (ISM)頻段。</p><

26、p>　　ZigBee 應用于室內病人監(jiān)控</p><p>　　例如，一個病人的血壓，心率 可以通過可穿戴設備測量出來，病人戴的 ZigBee 設備來周期性的收集血壓等健 康相關的信息，然后這些數(shù)據(jù)被無線傳送到當?shù)胤掌?，例如病人家中的一臺個 人電腦，電腦再對這些數(shù)據(jù)進行初始分析，最后重要的信息通過互聯(lián)網(wǎng)被發(fā)送到 病人的護士或者內科醫(yī)生那里做進一步的分析。</p><p>　　ZigB

27、ee 應用大型樓宇結構安全監(jiān)控</p><p>　　在此應用中，一 ，所有的這些傳感器形 個建筑內可以安裝數(shù)個 ZigBee 無線傳感器（如加速度計） 成一個網(wǎng)絡來收集信息， 這些收集來的信息可以用于評估建筑的結構安全和潛在 的損壞標志，例如，地震后一個建筑在重新開放前可能需要進行檢測。而傳感器 收集到的數(shù)據(jù)有助于加速和減少檢測的花費</p><p>　　ZigBee 聯(lián)盟是 2002 年

28、創(chuàng)立的 一個非盈利性組織，對每一個想加入的成員都開放。ZigBee 標準是由 ZigBee 聯(lián)盟所開發(fā)的，該聯(lián)盟有數(shù)百個成員公司，從半導 體產(chǎn)業(yè)和軟件開發(fā)者到原始設備生產(chǎn)商、安裝商。ZigBee 標準采用 IEEE 802.15.4 標準作為其 PHY 層和 MAC 層協(xié)議。因此，遵循 ZigBee 的設備也同樣 遵循 IEEE 802.15.4 標準。 在家庭和工廠內使用無線通信來收集信息或執(zhí)行既定控制任務的概念對人 們來說并不陌生。

29、縱觀幾種短距離無線網(wǎng)絡通信的標準，包括 IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network WLAN）和藍牙（Bluetooth）. 每個標準都有其在特定領域應用的優(yōu)勢，而 ZigBee 則主要是為低成本、低數(shù)據(jù) 速率、超低功耗的無線網(wǎng)絡應用開發(fā)的。 通過簡化通信協(xié)議和降低數(shù)據(jù)速率，ZigBee 標準有助于降低應用成本。和 其他的標準例如 IEEE 802.11 相比，滿足 ZigBee

30、 和 IEEE 802.15.4 標準的最低需 求相對輕松，這同時也降低了 ZigBee 收發(fā)器</p><p>　　2.3Zigbee系統(tǒng)工作頻率與相關協(xié)議</p><p><b>　　相關協(xié)議：</b></p><p>　　架構：IEEE802.15.4（物理層，媒體介入控制層）；Zigbee堆棧層（網(wǎng)絡層，應用層，安全服務提供層）<

31、/p><p><b>　　每層結構的功能：</b></p><p>　　物理層：通過物理層管理實體接口對PHY層數(shù)據(jù)和PHY層管理提供服務；PHY層數(shù)據(jù)服務可以通過無線物理信道發(fā)送和接受物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元來實現(xiàn)。</p><p>　　MAC層：負責相鄰設備間的單跳數(shù)據(jù)通信。它負責建立與網(wǎng)絡的同步，支持關聯(lián)和去關聯(lián)以及MAC層安全，他能提供兩個設備之

32、間的連接。</p><p>　　網(wǎng)絡層：提供設備與設備的通信，并負責網(wǎng)絡中設備初始化所包含的活動，消息路由和網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)。</p><p>　　應用支持子層：通過網(wǎng)絡層與安全服務提供層與端點鏈接，并為數(shù)據(jù)傳送，安全和綁定提供服務，因此，能夠適配不同但兼容的設備，比如帶燈的開關。</p><p>　　在應用層中，一共有250個端點。應用程序可以通過端點0與zigbee堆棧

33、的其他層通信，從而實現(xiàn)對這些層的初始化和配置。附屬在端點0的對象被稱為zigbee設備對象（ZO0）。端點255用于向所有端點的廣播。端點241到254是保留端點。</p><p><b>　　實例圖片：</b></p><p><b>　　3國內外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　3.1Zigbee的研究發(fā)展現(xiàn)狀&l

34、t;/p><p>　　ZigBee從2002年ZigBee Alliance成立到2006年聯(lián)盟推出比較成熟的ZigBee 2006標準協(xié)議，至今已走過了多個春秋，當Zigbee幾年前剛出現(xiàn)時，它的支持者曾設想這種基于IEEE 802.15.4規(guī)范的無線技術擁有潛在的巨大市場。在低吞吐量、短距離通信應用中，成本是第一王牌，而類似藍牙、802.11x和802.15.3等規(guī)范的性能過于強大。但對于一些Zigbee支持者來

35、說，當初的設想并沒有成為現(xiàn)實。</p><p>　　隨著ZigBee協(xié)議標準的逐步完善和物聯(lián)網(wǎng)大環(huán)境的帶動，整個ZigBee產(chǎn)業(yè)可以說是朝著越來越繁盛的趨勢發(fā)展，在5大上游芯片廠商和ZigBee聯(lián)盟的不斷努力推動下，基于ZigBee應用層出不窮，并和我們的實際生活接軌，讓人們的生活更加智能美好了!ZigBee芯片全球銷售收入逐年遞增，ABI統(tǒng)計和預測了從2005年至2012年全球芯片的銷售收入。</p>

36、;<p>　　ZigBee技術的應用十分廣泛，現(xiàn)階段以商業(yè)大樓自動化，家庭自動化控制(新建安裝)與儀表控制為重點。商業(yè)大樓可以利用ZigBee完成自動控制，管理員可以有效地管理空調，燈光，火災感應系統(tǒng)等各項開關控制系統(tǒng)，可以達到減少能源費用，降低管理人力等節(jié)約目的。對消費者來說，若家中具有ZigBee系統(tǒng)，可方便的監(jiān)控家中的整體運作，有效掌握電力，自來水，瓦斯的使用狀況之外，亦可以具有安全功能，例如可以在家中安裝無線傳感器

37、來監(jiān)控各種不同情況，一旦偵查到異狀即可自動發(fā)出警告。ZigBee在儀表控制市場隨著國際儀表巨頭中國華立儀表集團;韓國NURI Telecom等紛紛開始引進ZigBee技術之儀表控制系統(tǒng)之后，這個市場開始受到重視。ZigBee儀表控制系統(tǒng)相當適合人工高昂，幅員遼闊，或是抄表員素質不良，抄表準確度不高，又或抄表員不易進入水，電，瓦斯儀表所在地的地方。具有這樣背景的地方促使ZigBee儀表控制市場具有一定的需求。</p><

38、;p>　　雖然ZigBee應用越來越多，芯片出貨量也連年遞增，但總體來說，ZigBee市場仍然處于起步探索階段，還沒有真正上量起飛，主要表現(xiàn)在在于可應用的終端商用產(chǎn)品還多處于研發(fā)階段，真正上市的不多，具有典型應用的方向和領域便少，點對點的應用較多，體現(xiàn)ZigBee優(yōu)勢的網(wǎng)狀網(wǎng)絡應用少，缺乏體現(xiàn)ZigBee大型組網(wǎng)應用。</p><p>　　3.2室內定位的研究發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>

39、;　　隨著更多新型移動設備比如手機、平板電腦、可穿戴設備等，物聯(lián)網(wǎng)設備的性能飛速增長和基于位置感知的應用的激增，位置感知發(fā)揮了越來越重要的作用。在室內和室外的環(huán)境下，連續(xù)地可靠地提供位置信息可以為用戶帶來更好的用戶體驗。室外定位和基于位置的服務已經(jīng)成熟，基于GPS和地圖的位置服務被廣泛應用，并成為各種移動設備被使用最多的應用之一。近年來，位置服務的相關技術和產(chǎn)業(yè)正向室內發(fā)展以提供無所不在的基于位置的服務，其主要推動力是室內位置服務所能帶

40、來的巨大的應用和商業(yè)潛能。許多公司包括OS提供商、服務提供商，設備和芯片提供商都在競爭這個市場。</p><p>　　室內位置感知可以支持許多應用場景，并且正在改變移動設備的傳統(tǒng)使用模式。舉一些應用的例子，用戶可以尋找特定的餐館或在商店里尋找某個商品，從附近商場里的商戶得到優(yōu)惠信息，在辦公室里找到同事，在機場或火車站找登機口/站臺或其它設施，在博物館里更有效地了解展品信息和觀看展覽，醫(yī)院確定醫(yī)護人員或醫(yī)療設備的位

41、置，消防員在起火大廈里的定位等等。想像這樣的場景，當我們到會議室開會，手機會自動開啟靜音模式，我們逛商場看到一件感興趣的商品可是還在猶豫時，拍下照片并自動給照片打上位置標簽， 等下次決定要買時手機幫我們導航到該商品的位置。這些都會給我們日常的生活和工作，以及在緊急情況下帶來方便。</p><p>　　3.3研究概況以及趨勢</p><p>　　隨著更多新型移動設備比如手機、平板電腦、可穿戴

42、設備等，物聯(lián)網(wǎng)設備的性能飛速增長和基于位置感知的應用的激增，位置感知發(fā)揮了越來越重要的作用。近年來，位置服務的相關技術和產(chǎn)業(yè)正向室內發(fā)展以提供無所不在的基于位置的服務，其主要推動力是室內位置服務所能帶來的巨大的應用和商業(yè)潛能。許多公司包括OS提供商、服務提供商，設備和芯片提供商都在競爭這個市場。室內位置感知可以支持許多應用場景，并且正在改變移動設備的傳統(tǒng)使用模式。舉一些應用的例子，用戶可以尋找特定的餐館或在商店里尋找某個商品，從附近商場

43、里的商戶得到優(yōu)惠信息，在辦公室里找到同事，在機場或火車站找登機口/站臺或其它設施，在博物館里更有效地了解展品信息和觀看展覽，醫(yī)院確定醫(yī)護人員或醫(yī)療設備的位置，消防員在起火大廈里的定位等等。想像這樣的場景，當我們到會議室開會，手機會自動開啟靜音模式，我們逛商場看到一件感興趣的商品可是還在猶豫時，拍下照片并自動給照片打上位置標簽， 等下次決定要買時手機幫我們導航到該商品的位置。這些都會給我們日常的生活和工作，以及在緊急情況下帶來方便。<

44、;/p><p>　　4論文的選題意義和主要研究內容</p><p><b>　　選題意義：</b></p><p>　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）的成功使人們對定位服務的需求日益增多，然而在室內環(huán)境下，由于衛(wèi)星信號接收受到嚴重干擾，GPS定位精度不能達到要求，于是人們開始尋找一種替代技術以滿足室內環(huán)境下無線定位的需求。紅外線、超聲波、無線射頻技術等

45、是用于室內環(huán)境下無線定位的幾種主要技術。近年來，隨著ZIGBEE的興起，人們對物聯(lián)網(wǎng)室內定位技術的研究也逐漸增多。使用ZIGBEE技術進行室內定位具有成本低、技術成熟、定位精度高等優(yōu)點。</p><p><b>　　基本內容：</b></p><p>　　本文在總結ZIGBEE技術原理的基礎上，深入而廣泛地了解國內外常用的定位算法和定位方案，充分考慮人員定位的需求，選

46、擇適當?shù)亩ㄎ凰惴跋到y(tǒng)硬件。本文的主要研究內容分為兩個方面。</p><p>　　研究無線定位系統(tǒng)整體架構</p><p>　　定位系統(tǒng)是將硬件、軟件、通信協(xié)議、定位算法等多種技術相互結合的復雜系統(tǒng)，在這一部分我們結合以往各種無線定位系統(tǒng)整體架構的特點，提出通用的無線定位系統(tǒng)的架構。該架構分為三層，硬件層主要包括移動節(jié)點，參考節(jié)點和網(wǎng)關和一些用于傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)線，主要負責無線信號的采集；定

47、位引擎層包括三個模塊，硬件設備驅動模塊、定位算法模塊和上層應用接口模塊；應用程序層利用定位引擎層提供的各類接口實現(xiàn)各種定位服務。這種架構將定位系統(tǒng)中最重要的無線技術、定位算法和應用程序分層實現(xiàn)，提高了系統(tǒng)靈活性。、</p><p><b>　　提出改進型定位算法</b></p><p>　　針對未來室內定位場景的特點，對信號強弱定位算法進行改進，提出具有針對性的定位算

48、法。在現(xiàn)實場景中，往往有這樣一些特殊的需求，即在預定的定位地區(qū)內有一些特殊的區(qū)域，當目標在這些區(qū)域內活動時，需要系統(tǒng)提供更加精確的定位服務?；谶@種特殊的定位需求以及系統(tǒng)成本的考慮，此時需要結合多種定位方式才能達到定位效果和系統(tǒng)成本的最優(yōu)結果，本文基于未來的定位需求，研究了相關算法的情況，針對算法結合中出現(xiàn)的問題進行了分析，利用相關算法定位的結果對信號強弱算法進行修正，提出了改進型定位算法，完滿的解決了在不同情況下的定位問題。</

49、p><p><b>　　5與其他系統(tǒng)的比較</b></p><p><b>　　RFID</b></p><p>　　架構：讀寫器，電子標簽，中間件，應用系統(tǒng)軟件</p><p><b>　　每層結構的介紹：</b></p><p><b>　　電

50、子標簽：</b></p><p>　　概念：也稱應答器或智能標簽，是一個微型的無線收發(fā)裝置</p><p>　　功能：是RFID系統(tǒng)中真正的數(shù)據(jù)載體，其芯片中存儲有能夠識別目標的信息</p><p><b>　　讀寫器：</b></p><p>　　概念：是一個捕捉和處理RFID標簽數(shù)據(jù)的設備，它可以是單獨的

51、個體，也可以嵌入其他系統(tǒng)中</p><p>　　功能：A,發(fā)送和接受功能B，對接受信息進行初始化處理C，連接主機網(wǎng)絡，將信息傳送給數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)</p><p><b>　　中間件：</b></p><p>　　概念:位于操作系統(tǒng)與用戶的應用軟件的中間的一類軟件。RFID中間件是面對消息的中間件，用來加工和處理來自讀寫器的所有信息和時間流的

52、軟件，是連接讀寫器和企業(yè)應用的紐帶</p><p>　　功能：A，標簽數(shù)據(jù)的讀寫B(tài)，RFID數(shù)據(jù)的過濾和聚集C，RFID數(shù)據(jù)的分發(fā)D，數(shù)據(jù)安全</p><p>　　協(xié)議：LLRP協(xié)議和ALE協(xié)議</p><p><b>　　RFID軟件系統(tǒng)：</b></p><p>　　前端軟件：前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要供給RFID設備操

53、作人使用的，比如超市收銀臺使用的結算系統(tǒng)；功能：讀寫功能；防碰撞功能；安全功能；檢/糾錯功能</p><p>　　后端軟件：實現(xiàn)企業(yè)管理功能的軟件，其的具體數(shù)據(jù)處理功能和結構需要根據(jù)客戶的具體需求和決策的支持度來進行設計；功能:RFID系統(tǒng)管理，電子標簽管理，數(shù)據(jù)分析和存儲</p><p>　　其他軟件：包括開發(fā)平臺，測試軟件，評估軟件，演示軟件，或者為模擬性能而開發(fā)的仿真軟件等。<

54、/p><p><b>　　RFID標準：</b></p><p>　　技術標準：定義了應該如何設計不同種類的硬件和軟件，定義了讀寫器和主機系統(tǒng)之間的接口，定義了數(shù)據(jù)的語法，結構和內容</p><p>　　ISO18000:定義了詢問者與標簽之間在不同頻率上的空中接口</p><p>　　EPC Gen2：定義了頻率在860-

55、960MHZ之間的空中接口標準。</p><p>　　數(shù)據(jù)內容標準：定義了從電子標簽輸出的數(shù)據(jù)流的含義</p><p>　　ISO/IEC 15424:數(shù)據(jù)載波和特征標識符</p><p>　　ISO/IEC 15418：EAN/UCC應用標識符及柔性電路數(shù)據(jù)標識符合保護</p><p>　　ISO/IEC 15459:物品管理的唯一ID&l

56、t;/p><p>　　ISO/IEC 15961：唯一ID規(guī)范</p><p>　　ISO/IEC 15962：數(shù)據(jù)協(xié)議的應用接口</p><p>　　ISO/IEC 15963：射頻標簽的唯一ID</p><p>　　一致性標準：定義了電子標簽和讀寫器是否遵循了某個特定標準的測試標準。</p><p>　　ISO/IEC

57、 18046:RFID設備性能測試方法</p><p>　　ISO/IEC 18047:RFID設備一致性測試方法</p><p>　　應用標準：定義了實現(xiàn)某個特定應用的技術方法</p><p>　　ISO 10374：貨運集裝箱標準（自動識別）等。</p><p><b>　　實例圖片：</b></p>

58、<p><b>　　WIFI</b></p><p>　　簡介：采用無線射頻技術構成的局域網(wǎng)絡，是一種便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)</p><p><b>　　協(xié)議棧：</b></p><p>　　MAC：傳輸數(shù)據(jù)以及分配信道的使用權</p><p>　　PLPC：物理層收斂程序（physical

59、layer convergence procedure）,用于比特位的無線傳輸</p><p>　　PMD：物理介質關聯(lián)層接口（physical media dependent）,利用天線傳送數(shù)據(jù)至媒體，指示MAC是否檢測到信號</p><p>　　標準：IEEE 802.11</p><p><b>　　藍牙</b></p>&

60、lt;p><b>　　協(xié)議棧示例圖片：</b></p><p><b>　　核心協(xié)議介紹：</b></p><p>　　基帶協(xié)議：確保各個藍牙設備之間的射頻連接，以形成微微網(wǎng)絡</p><p>　　鏈路管理協(xié)議：（LMP），負責各設備間連接的建立和設置。</p><p>　　邏輯鏈路控制和適配

61、協(xié)議：（L2CAP），是基帶的上層協(xié)議，可以認為L2CAP與LMP并行工作。L2CAP與LMP的區(qū)別在于當業(yè)務數(shù)據(jù)不經(jīng)過LMP時，L2CAP為上層同服務</p><p>　　服務搜索協(xié)議：（SDP），可以查到設備和服務類型，從而在藍牙設備間建立相應的連接。</p><p>　　第二章 室內定位無線技術</p><p>　　1室內無線傳播的特點</p>

62、<p>　　電磁波在各種特性媒介中的傳播機制可能涉及吸收、折射、反射、散射、繞射、導引、多徑干涉和多普勒頻移等一系列物理過程。這些過程取決與傳播的媒介和電磁波的頻率。同一媒介對不同頻段的電磁波，可表現(xiàn)出極不相同的特性。同一頻段的無線電波對于不同的媒介，也表現(xiàn)出極不相同的傳播效應。當電波在無限大的均勻、線性媒介內傳播時，是沿直線傳播的；在不同媒介的分界面會造成電磁波的反射，折射；媒介中的不均勻物體則會造成電磁波的散射；球形地面

63、和障礙物會造成電磁波繞射。當收發(fā)雙方在視距范圍內時，接收到的信號主要是視距傳播的信號；當收發(fā)雙方在視距范圍之外時，電磁波通過反射、繞射、散等方式到達接收端，造成非視距傳播。非視距傳播的信號在傳播時延，功率估計，傳播方向等方面都不能體現(xiàn)出收發(fā)雙方的準確位置信息，造成無線定位中的不準確現(xiàn)象。</p><p>　　在室內無線環(huán)境下，無線信號功率小、覆蓋面較小、環(huán)境變化較大，電磁波的傳播環(huán)境遠比室外空間復雜。一般情況下，

64、房間的四壁、天花板、地板、放置的家具和隨機走動的人員會使無線信號通過多條路徑到達接收端，形成多徑現(xiàn)象。由于到達接收點的各條路徑的時間延遲隨機變化，接收點合成的信號的幅度和相位都發(fā)生隨機起伏，造成信號的快衰落。</p><p><b>　　2無線定位的原理</b></p><p>　　要確定二維平面上的一個點，可以由兩條或兩條以上的直線或曲線相交得到， <

65、/p><p>　　當測得一基站到移動終端的距離時，由幾何原理可知：該移動終端位于以基站為圓心，基終端距離為半徑的一個圓上，該圓的解析式為（設基站 1 的坐標為1 1(x, y) ，終端的坐標為 (x, y) ）：</p><p>　　當基站 1，基站 2、基站 3 到終端的距離均為已知時，移動終端就位于以基站為中心，基站到終端距離為半徑的 3 個圓的交點。</p><p&g

66、t;　　聯(lián)立三個圓方程，就可以解得移動終端的坐標(x, y)。</p><p><b>　　3定位信息的獲取</b></p><p>　　3.1基站和終端間距離的獲取</p><p>　　根據(jù)無線電波的傳播特性，在經(jīng)過一段距離的傳播以后，電磁波會有時間上的延遲和幅度上的衰減，測量到達接收端的信號的時間延遲和幅度的衰減就可以得到電磁波的傳播距離。

67、</p><p>　　3.2由信號傳播計算距離</p><p>　　第三章 無線定位基本算法</p><p><b>　　1三邊定位算法</b></p><p>　　Trilateration（三邊測量）是一種常用的定位算法：</p><p>　　已知三點位置 (x1, y1),&#

68、160;(x2, y2), (x3, y3)</p><p>　　已知未知點 (x0, y0) 到三點距離 d1, d2, d3</p><p>　　以 d1, d2, d3 為半徑作三個圓，根據(jù)畢達哥拉斯定理，得出交點即未知點的位置計算公式：</p><p>　　( x1 - x0 )2 + ( y1 - y0 )2 = d12( x

69、2 - x0 )2 + ( y2 - y0 )2 = d22( x3 - x0 )2 + ( y3 - y0 )2 = d32</p><p>　　設未知點位置為 (x, y)， 令其中的第一個球形 P1 的球心坐標為 (0, 0)，P2 處于相同縱坐標，球心坐標為 (d,

70、0)，P3 球心坐標為 (i, j)，三個球形半徑分別為 r1, r2, r3，z為三球形相交點與水平面高度。則有：</p><p>　　r12 = x2 + y2 + z2</p><p>　　r22 = (x - d)2 + y2 + z2</p><p>　　r32 = (x - i)2 + (y - j)2 + z2</p><

71、p>　　當 z = 0 時， 即為三個圓在水平面上相交為一點，首先解出 x:</p><p>　　x = (r12 - r22 + d2) / 2d</p><p>　　將公式二變形，將公式一的 z2 代入公式二，再代入公式三得到 y 的計算公式：</p><p>　　y = (r12 - r32 - x2 + (x - i)2 + j2) / 2j

72、</p><p>　　2基于接收信號特征的定位技術</p><p>　　基于接收信號特征的定位技術首先要建立需要定位的空間各點所接收到的信號特征，在定位時，將待定位終端的實際測量數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)庫中的信號特征信息對比來確定終端的實際位置。首先，在數(shù)據(jù)采集階段（學習階段），系統(tǒng)采集所需要定位的空間的位息，這些位置信息包括信號強度信息，多徑相角分量功率，多徑延遲分量功率，定位系統(tǒng)用這些信息構成各

73、位置對應的信號特征數(shù)據(jù)庫，然后，定位系統(tǒng)獲取待定位終端的實時數(shù)據(jù)信息，在采用相應的匹配算法確定該終端所處的信號特征信息和數(shù)據(jù)庫中的那條記錄匹配，由于數(shù)據(jù)庫中的記錄是一特定地點的無線電信息，所以和終端的信號特征信息匹配的記錄所代表的位置就是待定位終端的位置。在一特定區(qū)域，無線電信號的非視線傳播，多徑效應和噪聲干擾基本相同，因此，可以獲得較高的定位精度。但是在前期的學習階段，需要對待定位區(qū)域做詳細的測量，建立規(guī)模巨大的信息數(shù)據(jù)庫，其工作周期

74、和投資都比較大，而且定位區(qū)域中的物體的改變，比如新建的建筑物，拆除的建筑物和天氣的影響都需要重新測量位置信息，因此不適合對環(huán)境變化較大的區(qū)域定位。</p><p>　　第四章 項目測試分析報告</p><p><b>　　1定位數(shù)據(jù)的得到</b></p><p>　　一、四個參考節(jié)點的坐標：</p><p>　　Anc

75、hor1 (1.9,0.0)</p><p>　　Anchor2 (1.9,2.4)</p><p>　　Anchor3 (0.0,2.4)</p><p>　　Anchor4 (0.0,0.0)</p><p>　　二、對目標節(jié)點的測距信息及其坐標的確定：</p><p>　　1,1,178,169,186,188

76、 (-5.8,0.0)</p><p>　　1,1,180,181,188,188 (-5.7,1.4)</p><p>　　1,1,178,184,187,188 (-4.9,3.2)</p><p>　　1,1,177,182,186,188 (-5.5,2.1)</p><p>　　1,1,177,181,188,18

77、7 (-5.7,2.0)</p><p>　　1,1,175,180,186,190 (-5.3,-0.9)</p><p>　　1,1,177,181,187,189 (-5.6,0.8)</p><p>　　1,1,177,183,186,188 (-5.2,2.7)</p><p>　　1,1,178,186,186,188

78、(-4.2,4.1)</p><p>　　1,1,178,185,186,189 (-2.2,-0.3)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (

79、-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (

80、-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,185,186,189 (-2.2,-0.3)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (

81、-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,185,186,189 (

82、-2.2,-0.3)</p><p>　　1,1,178,185,186,189 (-2.2,-0.3)</p><p>　　1,1,178,185,186,189 (-2.2,-0.3)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (

83、-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,185,186,189 (-2.2,-0.3)</p><p>　　1,1,178,185,186,189 (-2.2,-0.3)</p><p>　　1,1,178,185,186,189 (-2.2,-0.3)</p><p>　　1,1,178,186,186,189 (

84、-1.7,-0.1)</p><p>　　1,1,178,184,186,189 (-2.8,-0.6)</p><p>　　1,1,178,183,186,188 (-5.2,2.7)</p><p>　　1,1,178,185,187,188 (-4.5,3.7)</p><p>　　1,1,178,178,185,189 (-5

85、.5,-1.2)</p><p>　　1,1,179,175,186,188 (-5.8,0.0)</p><p>　　第五章 總結與展望 </p><p><b>　　1本文工作總結</b></p><p>　　目前，基于 zigbee 的室內定位系統(tǒng)一般采用識別距離較遠的有源電子標簽，但有源電子標簽的體積較大、成

86、本較高、使用壽命有限，而無源電子標簽體積可以做到很小，甚至可以印刷在物體的表面，成本很低、使用壽命很長，具有比有源電子標簽更廣闊的應用領域。本文在全面而系統(tǒng)的閱讀了 zigbee 和室內定位相關文獻的基礎上，研究并設計了基于無Zigee 的室內定位系統(tǒng)。本文主要研究工作和創(chuàng)新成果體現(xiàn)在：</p><p>　　測試了實際室內環(huán)境中 zigbee 讀寫器在存在視距傳播路徑和不存在視距傳播路徑時的發(fā)射功率和識別距離的對

87、應關系，提出了使用參考標簽來動態(tài)的確定路徑損耗系數(shù)的方法，并應用對數(shù)路徑損耗模型來實時的獲取參考標簽和讀寫器之間的距離。</p><p>　　分析并改進了最近鄰居數(shù)據(jù)相關算法，使該算法的計算量更小，位置估計更準確。由于在室內存在大量的家具，裝修材料等障礙物，最近鄰居數(shù)據(jù)相關算法定位精度的提高主要依靠提高參考標簽的密度。本文提出了使用最近鄰居數(shù)據(jù)相關算法作為位置的初始估計，采用 Taylor 級數(shù)展開算法迭代來提供

88、系統(tǒng)定位精度的算法。測試數(shù)據(jù)證明，當讀卡器和帶定位標簽之間存在障礙物時，在不增加參考標簽情況下，本算法有比最近鄰居數(shù)據(jù)相關算法更高的定位精度。實時性是無線定位系統(tǒng)的一個重要的指標，由于 zigbee 技術自身的特點，zigbee 定位系統(tǒng)在定位的實時性方面沒有任何優(yōu)勢。本文在詳細閱讀了 ZIGBEE 相關協(xié)議，尤其是 IEEE.802.14.5 的基礎上，提出了一些切實可行的提高系統(tǒng)定位實時性的方法。</p><p&

89、gt;　　2研究中遇到的問題以及解決方法</p><p>　　初始位置的估計問題。在無線定位眾多算法中 Taylor 級數(shù)展開算法具有定位精度高、不需要測量誤差的先驗信息、穩(wěn)健性好等許多優(yōu)點，但該算法需要一個接近真實位置的初始估計值。Chan 算法作為 Taylor 級數(shù)展開算法的初始值估計被大量應用于蜂窩無線定位系統(tǒng)中。由于在基于 ZIGBEE 的定位系統(tǒng)中，無法獲得有效的測量誤差的先驗信息，因此，Chan 算

90、能用來估算迭代的初始位置。在仔細閱讀了相關文獻以后，本文采用不需要先驗信息的 Fang </p><p>　　算法和最近鄰居數(shù)據(jù)相關算法來估計初始位置。實驗結果證明，Taylor 級數(shù)在該初始位置處迭代可以快速的收斂。路徑損耗系數(shù)的估計。很多資料表明，在不同的室內環(huán)境下，路徑損耗指數(shù)是不同的。實際上，在同一的室內環(huán)境中每兩個不同點之間的路徑損耗指數(shù)也均不相同，為了更準確的估計該參數(shù)，本文引入了參考電子標簽來動態(tài)的

91、估計意兩個點之間的路徑損耗指數(shù)。</p><p><b>　　3創(chuàng)新程度</b></p><p>　　提出了改進型定位算法，本文在結合實際情況，根據(jù)實際的定位需求，提出了改進的定位算法，該算法利用信號強弱對目標估算的結果，對原有算法進行修正，將兩種算法很好的結合使用，既達到了定位的需求，又節(jié)約了成本。 </p><p>　　彌補了GPS的不足