八种无线室内定位方案对比无线室内定位是指通过无线通信技术实现对移动设备或人员在室内位置的准确定位。
随着无线通信技术的不断发展和智能设备的普及，室内定位已经成为了一个重要的研究领域。
本文将对八种常见的无线室内定位方案进行对比，分别是Wi-Fi定位、蓝牙定位、红外定位、超宽带定位、ZigBee定位、可见光通信定位、声波定位和射频识别定位。
首先是Wi-Fi定位。
Wi-Fi定位是利用Wi-Fi信号的强度和信号传播模型来进行定位。
优点是成本较低，覆盖范围广。
缺点是定位精度可能较低，受到信号干扰的影响较大。
其次是蓝牙定位。
蓝牙定位是通过蓝牙信号的强度和传输时间来进行定位。
优点是定位精度较高，适合实时定位应用。
缺点是成本较高，覆盖范围相对较小。
然后是红外定位。
红外定位是通过红外信号的强度和传播时间来进行定位。
优点是定位精度较高，适合小范围室内定位。
缺点是需要一定数量的红外发射器和接收器，成本较高。
接下来是超宽带定位。
超宽带定位是通过超宽带信号的传输延迟和多路径效应来进行定位。
优点是定位精度非常高，适合高精度定位应用。
缺点是成本较高，对硬件要求严格。
然后是ZigBee定位。
ZigBee定位是通过ZigBee信号的强度和传输时间来进行定位。
优点是能够实现低功耗和长距离通信。
缺点是定位精度可能较低，受到信号干扰的影响较大。
再者是可见光通信定位。
可见光通信定位是通过LED灯光的亮度和颜色变化来进行定位。
优点是能够与照明系统无缝集成，定位精度较高。
缺点是需要大量的LED灯和相应的传感器，成本较高。
然后是声波定位。
声波定位是通过声波信号的传播时间和多路径效应来进行定位。
优点是成本较低，适合小范围室内定位。
缺点是定位精度可能较低，受到环境噪声的影响较大。
综上所述，不同的无线室内定位方案具有不同的优点和适用范围。
选择合适的定位方案应根据具体的应用场景和需求来确定。
同时，不同的定位方案也可以结合使用，以提高定位精度和可靠性。
无线室内定位技术的发展还需要进一步研究和创新，以满足不断增长的需求。
收稿日期:2013-11-16 修回日期:2014-02-21 网络出版时间:2014-07-17基金项目:国家自然科学基金资助项目(61102067);浙江省自然科学基金(LQ12F03006)作者简介:张美燕(1983-),女,讲师,研究方向为无线传感网络㊁新型能源技术㊁物联网技术等㊂网络出版地址: /kcms /detail /61.1450.TP.20140717.1226.004.html无线Zigbee 传感网RSSI 定位技术研究张美燕1,蔡文郁2,周丽萍1(1.浙江水利水电学院电气系,浙江杭州310018;2.杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018)摘 要:基于Zigbee 通信技术的无线传感网是最具应用前景的一种网络模式,定位信息对网络数据有重要的辅助作用㊂文中提出了一种基于接收信号强度指示(RSSI)值的无线Zigbee 传感网测距定位技术,从理论上提出了基于RSSI 的节点测距定位处理算法,并从实践上提出了CC2530测距定位模块实现方式㊂最后通过在实验室环境的实际距离与RSSI 值的测试,得到了RSSI 值与无线通信距离之间的实验结果,通过最小二乘法进行曲线拟合,得到了RSSI 测距的实测公式㊂关键词:无线传感器网络;信号强度指示;无线测距;Zigbee 技术中图分类号:TP301 文献标识码:A 文章编号:1673-629X (2014)10-0238-03doi:10.3969/j.issn.1673-629X.2014.10.057Research on Locating Technology of RSSI for Wireless ZigbeeSensor NetworksZHANG Mei -yan 1,CAI Wen -yu 2,ZHOU Li -ping 1(1.Department of Electrical Engineering ,Zhejiang Water Conservancy and HydropowerCollege ,Hangzhou 310018,China ;2.School of Electronics &Information ,Hangzhou Dianzi University ,Hangzhou 310018,China )Abstract :Wireless sensor networks based on Zigbee communication technology is one of most promising network patterns.The location information is very important and necessary assistance for sensory data.Propose one kind of range measurement technology based on RSSI for wireless Zigbee sensor networks in this paper.From the theory ,the range measurement and location algorithm is proposed based on RSSI ,and then the range measurement module of CC 2530is realized from practice.At last ,the test between RSSI and the actual distance in the experiment is carried out ,obtaining the experimental results.Throuth least squares curve fitting ,the formula of practical measure-ment of RSSI range measurement is acquired.Key words :wireless sensor networks ;RSSI ;wireless range measurement ;Zigbee technology0 引 言基于无线传感器网络的目标定位问题[1-5]是无线传感器网络研究的热点之一,空间位置和发生时间已知的信息数据才具有实际意义,而且无线传感器网络的路由机制㊁分簇算法和拓扑管理等都必须依赖准确的位置信息,比以前的超声波测距[6-7]相对更为复杂㊂目前作为研究热点之一的目标追踪无线传感网,也是以测距定位作为技术基础的㊂在现有定位技术中,一般都是利用无线传感器网络中少量已知的节点来获取其他未知节点的位置信息,已知位置的节点称为锚节点,未知位置的节点称为盲节点㊂目前无线传感网的定位技术分类如图1所示,主要可分为基于测距的定位算法和无需测距的定位算法:前者具有较高的精度,因此是目前定位技术研究的重点;后者[8-9]主要利用网络拓扑特性和多跳特性实现目标定位,精度不高㊂图1 无线传感网定位技术分类第24卷 第10期2014年10月 计算机技术与发展COMPUTER TECHNOLOGY AND DEVELOPMENTVol.24 No.10Oct. 2014基于RSSI 测量的测距定位技术受到环境因素的影响较大,有时候会有一些异常的测量数据㊂但是由于无线通信电路本身具有测量RSSI 值的能力,因此基于RSSI 的测距定位技术[10-12]实现简单,成本低廉,在某些精度要求不是很高的场合比较合适㊂文中利用CC 2530无线射频芯片设计了一种基于RSSI 的无线定位测距模块,推导了测距定位的理论算法,并根据实测数据进行了RSSI 值与距离关系曲线的最小二乘法拟合㊂作为一种无线通信基础上的附带技术,可以实现较为粗略定位的功能,在一些定位要求不是太高的情况下可以使用㊂1 基于RSSI 的节点测距定位处理算法基于RSSI 的节点测距定位处理算法只需较少的通信开销和较低的实现复杂度,主要原理是利用无线芯片内置的功率接收单元,将发射功率和接收功率之差值作为路径损耗,从而利用无线电传播模型来衡量无线传播的距离㊂文中将经典的Friis 自由空间传播方程[13]扩展至非自由空间,用增益来衡量无线的发射功率,用dBm 作为功率单位,因此可得到如下公式:P r (d )=P r (d 0)+10n log 10(d 0/d )(1)在通常应用中,一般用RSSI 值代替P r (d ),选择d 0=1m 作为原场距离,令A 为P r (1)对应的无线电增益,则式(1)可转化为式(2):RSSI =P r (1)+10n log 10(1/d )=A +10n log 10(1/d )(2)在实际环境中,RSSI 值因受到所处环境的影响会有波动,这将会导致距离计算产生偏差㊂因此,需要对RSSI 值进行过滤和处理,如式(3)所示,采用取平均值的计算法对RSSI 值进行过滤㊂RSSI =1K ∑Kj =1RSSI j(3)因此,根据多次测量的RSSI 平均值就可以估算出节点间的距离,根据锚节点间的距离就可以求出盲节点的位置信息㊂如图2所示,盲节点N 0的位置信息可以通过已知位置信息的节点N 1,N 2,N 3和节点间的距离d 1,d 2,d 3获取㊂计算方式如式(4)所示:d 1=(X 1-X 0)2+(Y 1-Y 0)2d 2=(X 2-X 0)2+(Y 2-Y 0)2d 3=(X 3-X 0)2+(Y 3-Y 0)ìîíïïïï2(4)根据式(4)可以获取盲节点N 0的位置数据(X 0,Y 0)㊂在二维平面的盲节点测距定位至少需要与两个锚节点之间的距离信息,如果测得的数据多于两组,可以利用滤波方法对结果值进行修正,提高精度㊂图2 节点测距定位算法2 基于CC 2530的无线测距定位模块设计文中设计了一种基于TI 公司的CC 2530芯片[14]的无线测距定位模块,如图3所示㊂系统以MSP 430处理器为处理核心,用锂电池作为供电电源,以CC 2530无线通信芯片作为RSSI 测量部件和无线通信模块,MSP 430扩展Flash 用于存储位置数据,同时通过RS 232还可将测距信息发送给上位机㊂CC 2530测距定位模块实物如图4所示㊂CC 2530是TI 公司推出的一款用于2.4GHz IEEE 802.15.4㊁Zigbee 应用的真正的片上系统(SoC )解决方案,它结合业界领先的Zigbee 协议栈(Z -Stack ),提供了一个强大和完整的ZigBee 解决方案㊂MSP 430作为低功耗器件,非常适合作为能量受限的无线传感网节点的处理核心㊂图3 CC 2530测距定位模块系统结构图图4 CC 2530测距定位模块实物图㊃932㊃ 第10期 张美燕等:无线Zigbee 传感网RSSI 定位技术研究3 实验测试对点到点的RSSI数据和距离数据在实验室环境中进行了测试,测试条件和测试结果如下㊂测试条件:空旷房间走廊,尺寸30m*10m*6 m,如图5所示㊂一个CC2530测距定位模块定时1s 发送数据给另一个CC2530测距定位模块,每个位置点测试10次取平均值,同时将RSSI数据通过RS-232串口发送到笔记本电脑㊂笔记本电脑安装数据处理软件将RSSI数据和距离数据存储到数据库,最后利用Matlab软件对数据库所存储的信息进行分析计算㊂图5 测试场景测试结果如图6所示:在0.5-30m空间尺度范围内,每隔0.5m作为一个测试点,测试得到10个RSSI 值,对10个RSSI值取平均㊂对RSSI值与距离关系的最小二乘法线性回归可以得到如图6所示的直线,拟合公式为:Y=0.6393X-41.0842(5)从拟合的结果可以发现,RSSI值与距离之间存在着较强的线性关系㊂在文中的测试场景中,RSSI值与拟合值之间的方差也较小㊂在复杂的应用场景中, RSSI值与距离之间的线性关系会发生改变,但是通过附带在节点无线通信之上的简单计算,也能很快求出线性公式,从而可以实现粗略的测距与定位计算㊂下一步将在更加复杂的测试场景中进行数值测试与理论模型的建立㊂图6 RSSI测距曲线拟合4 结束语文中提出了一种基于RSSI值的无线Zigbee传感网测距定位技术,从理论上提出了基于RSSI的节点测距定位处理算法,从实践上提出了CC2530测距定位模块实现方式㊂通过实际测试,得到了RSSI值与距离的实验结果,通过最小二乘法进行曲线拟合,得到了RSSI测距的实际公式,为下一步进行高精度定位奠定了理论基础㊂虽然基于RSSI值的测距定位方法只能在某些简单的环境中使用,但是由于其不需要额外的硬件和软件,实现简单,因此在定位领域还是具有一席之地㊂参考文献:[1] 王继春.无线传感器网络节点定位若干问题研究[D].合肥:中国科学技术大学,2009.[2] 朱博,陈曙.一种无线传感器网络质心定位改进算法[J].传感技术学报,2010,23(6):868-872.[3] Hady S A,Stephan O.A3D-localization and terrain model-ing technique for wireless sensor networks[C]//Proc of the 2nd ACM international workshop on foundations of wirelessad hoc and sensor networking and computing.New York,NY,USA:ACM,2009:37-46.[4] 戴莹,王建平,张崇巍.无线传感器网络节点定位算法的研究与改进[J].传感技术学报,2010,23(4):567-570. [5] 郭永红,万江文,于宁,等.基于跳数的无线传感器网络定位求精算法[J].计算机工程,2009,35(3):145-147. [6] 高翔,舒展鹏.无线传感器网络交点质心定位算法的优化[J].计算机技术与发展,2012,22(2):107-109. [7] 顾亦然,蒋璐璐.一种改进无线传感器网络的DV-Hop定位算法[J].计算机技术与发展,2012,22(10):109-112. [8] 杨庆,陈桂明,董振旗.一种改进的高精度超声测距方法研究[J].计算机技术与发展,2010,20(12):209-212. [9] 王峰,葛立峰.一种高精度超声测距系统的设计[J].计算机技术与发展,2008,18(1):229-231.[10]方震,赵湛,郭鹏,等.基于RSSI测距分析[J].传感技术学报,2007,20(11):2526-2530.[11]刘爱平,刘忠,梁钥,等.基于距离的分布式无线传感器网络定位算法[J].计算机应用研究,2008,25(8):2528-2531.[12]Hightower J,Boriello G,Want R.SpotON:an indoor3Dlocation sensing technology based on RF signal strength[R].Seattle:University of Washington,2000.[13]张先毅,王英龙,郭强,等.基于室内办公环境的WSN信道衰落模型的分析[J].山东大学学报(理学版),2008,43(11):44-47.[14]TI CC2530[EB/OL].2013./product/cc2530.㊃042㊃计算机技术与发展第24卷无线Zigbee传感网RSSI定位技术研究作者：张美燕， 蔡文郁， 周丽萍， ZHANG Mei-yan， CAI Wen-yu， ZHOU Li-ping作者单位：张美燕,周丽萍,ZHANG Mei-yan,ZHOU Li-ping(浙江水利水电学院 电气系,浙江 杭州,310018)， 蔡文郁,CAI Wen-yu(杭州电子科技大学 电子信息学院,浙江 杭州,310018)刊名：计算机技术与发展英文刊名：Computer Technology and Development年，卷(期)：2014(10)本文链接：/Periodical_wjfz201410058.aspx。
