基于ZigBee技术的定位系统

基于ZigBee技术的定位系统引言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。但是受定位时间、定位精度以及室内复杂环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它最显著的特点是低功耗和低成本。利用ZigBee技术实现定位具有低成本、低功耗的优点，且信号传输不受视距的影响。1

相关核心技术概述1.1

ZigBee技术概述ZigBee技术[1]是一种新兴的近距离、低功耗、低成本、低数据率、低复杂度的双向无线通信技术，它是基于IEEE802.15.4标准开发的无线协议。网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准。完整的ZigBee协议套件由应用层、应用架构层、网络层以及数据链路层和物理层等组成，协议栈结构如图1所示。图1

ZigBee协议栈结构ZigBee可使用的频段有3个，分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段以及美国的915MHz频段，不同频段可使用的信道分别是16、1、10个。中国采用2.4GHz频段，它是免申请和免使用费的频段；采用直接序列扩频技术DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)，传输距离介于10~75m（增加RF发射功率，可达500m）；传输速率为20~250kb/s，适合传感器数据采集和控制数据的传输。ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和MESH网状网。1.2

RSSI定位技术RSSI[2]（ReceivedSignalStrengthIndicator，接收信号强度指示）是指节点接收到的无线信号强度大小。在基于接收信号强度指示RSSI的定位中,已知发射节点的发射信号强度,接收节点根据接收到信号的强度计算出信号的传播损耗,利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离,再利用已有的算法计算出节点的位置。该技术硬件要求较低、算法相对简单,在实验室环境中表现出良好特性;但由于环境因素变化的原因,在实际应用中往往还需要改进。接收信号强度是发射功率和发射器与接收器间距离的函数。接收信号强度RSSI理论值可由式(1)表示：RSSI=-(10n·lgd+A)(1)其中，n代表信号传播常量，也叫传播指数；d代表距发射器间的距离；A代表距离1m时的接收信号强度。可以通过软件预处理算法来实现。每个节点用2个字节代表X、Y。因为精度为0.25m，因此最大范围为16384m(214=16384)。有定位引擎的ZigBee射频收发器，结合其他ZigBee节点构成的无线网络，可以实现3～5m的定位精度。ZigBee作为一种高性价比、低成本、低功耗、低复杂度的无线通信技术，以其来实现室内无线定位具有良好的应用前景。随着人们生活水准的提高，人们对定位服务有着越来越高的需求，虽然目前已经有多种定位技术，但是在室内定位方面存在一定缺陷和不足。如果将这些定位技术和ZigBee定位技术结合起来，将会实现更加完