数事我术与率用
基于ZigBee技术的无线定位方法探讨
王杨
(西南石油大学石油与天然气工程学院四川成都610500)
通信技术
摘要:基于ZigBee技水的无线定住方法具有低功耗,低成本,网内节点可白由移动、组网的符点,被广泛应用到多个领城内。本文对基于ZigBee技术的无线定位方法中的基于距高的定位和非基于距高定位的两种定住机制进行了研究探讨总结了两种定位机制下的各种常用算法优缺点。
关键词:ZigBee无线定位传感网络
中图分类号:TP212.5 1引言
文献麟标识码:A
随着无线传感器技术及计算机网络技术的快速发展，无线传感器网络技术被广泛应用到环境质量监测，矿井瓦斯浓度监测，石油天然气生产气田硫化氢泄漏检测等实际生产中，为提高生产效率和保障生命财产安全做出了巨大贡献。随着应用需求的增长，在无线传感网络中著能准确定位节点自身位置，给出事件发生位置，可以显著提升网络内交换数据的价值
常用的GPS定位技术虽然精度高，易实现，但功耗高，价格品贵，且易受建筑物遮挡干扰。因此，该定位技术并不适用于要求低功耗，低成本的无线传感器网络，ZigBee技术作为一种具备规范协议标准(IEEE802.15.4标准)，成本低，功耗小，可靠性高，同时支持定位功能的新兴无线通信技术。目前基于ZigBee的无线定位技术在多个领域得到了广泛的应用。如对矿井下通过ZigBee定位技术实时定位跟踪人员位置，提高煤矿安全生产水平，在消防救援中通过ZigBee 定位技术，实时了解教授情况及消防人员位置，提高灭火数授效率。
2ZigBee定位原理
在基于ZigBee技术的无线定位系统中包括网络网关节点，终端静态节点以及动态节点，系统结构如图1所示。其中网关节点就是将 ZigBee网络链接到外部的计算机或计算机网络上，是整个系统的协调者；静态节点是放置于固定位置的节点，作为整个系统的参考点；动态节点是作为整个系统的终端，负责收集动态目标的位置信息，再通过相关定位算法对节点进行精确定位。根据是否要求测量节点间的物理距离，可将基于ZgBee技术的无线定位算法可分为基于距离定位(Range Based,RB)和非基于距离定位(RangeFree,RF)两
种。
2.1基于距离RB的定位算法
基于距离RB的定位算法是通过测量两相邻节点间的距离和方
位，再此基础上利用相关算法计算出未知节点(移动节点)位置信息，常用的有3种定位机制：(1)基于到达时间(Time ofArrival,TOA)，根据信号的传播速度和时间，计算出节点间的距离，算法原理简单，
PC主机 ZigBee网关
O参考节点
移动节点
）ZigBee网络区域
图1基于ZigBee技术的无线定位系统结构
收稿日期：20160115
文章编号:1007-9416(2016)03-0021-01
但依赖于信号传播速度和时闻的测量，难以实现，(2)基于到达角度(Angleof Arrival，AOA)的定位机制，首先需要利用天线阵列感知发射节点信号的到达角度，再计算出发射节点与接收节点间相对夹角，最后采用三角测量法得出未知(移动)节点的位置，该算法定位精度较高，但天线阵列成本高，难以大规模应用。(3)基于节点接收信号强度指示(ReceivedSignalStrengthIndicator，RSSI)定位机制，是根据节点接受的信号强度和天线链路信号质量来计算出未知节点的位置，该方法不需额外增加硬件资源，RSSI值可直接由无线通信模块给出，但基于RSSI定位机制最大缺陷在于接收信号的强度易受到环境障碍物，下雨等因素的影响，使接收的RSSI值很不稳定，定位精度较差。
2.2非基于距离RF的定位机制
非基于距离RF的定位机制是与距离无关的一种定位机制，主要是对节点之间的物理距离进行估算，或是确定可能包含未知节点的多边形区域，不需要事先测得两节点间的物理距离，从而降低了节点硬件的复杂度，降低了硬件成本，使得大规模应用具有了可能性。非基于距离的定位机制常用算法有：(1)质心算法，是基于网络连接性无需节点间的距离信息的一种定位算法；在质心算法中，当移动(未知)节点接收到一定数量的来自不同参考节点的信标后，系统就将由这些节点组成的多边形区域的质心定义为移动未知)节点的位置，原理较为简单，但误差较大，(2)距离向量一跳段(Distance Vector-Hop,DV-Hop)算法，与计算机网络中的距离路由算法原理相似，先计算移动(未知)节点与参考节点间最小连接数，再计算直连节点与参考节点间实际跳数，最终根据三边测量原则计算移动未
知)节点位置，该算法精度较高，但计算较为复杂。 3结语
基于ZigBee技术的无线定位具有低功耗，短延时，节点可自由组网、移动的优点，可以方使嵌人到各类无线传感网络中，在多个领域内得到了巨大的应用。本文对基于ZigBee技术的无线定位方法进行了探讨研究，总结了基于距离的定位和非基于距离定位两种定位方法的各种常用算法特点，目前，基于ZigBee技术的无线定位的理论方法研究已较为完备，虽然在实际应用时的定位精度还有待提高，但随着科学技术的不断发展，基于ZigBee技术的无线定位方法
将会拥有广阔的发展空间和应有前景。参考文献
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作者简介：王杨(1991一),男，四川南充人,西南石油大学研究生，研究方向：无线传感网络与油田数宇化。