基于物联网的室内定位.docx

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基于物联网的室内定位

毕业设计综合文档

设计题目基于物联网的室内定位系统

学生姓名xxx

指导教师xxx

班级13级物联网班

学号1333xxxxxxx

3.3研究概况以及趋势-----------------------------------------------------------------------------8

4论文的选题意义和主要研究内容-------------------------------------------------------------------8

5其他系统的比较----------------------------------------------------------------------------------------9

2基于接受信号的定位--------------------------------------------------------------------------------15

1定位数据汇总-----------------------------------------------------------------------------------------16

2抓包数据分析-----------------------------------------------------------------------------------------16

说明：

1、本综合文档至少要包含如目录所示的5份子文档，也可根据具体情况添加其他子文档。

总字数不低于10000字。

根据项目的具体情况，经指导教师同意后，允许学生适当地修改本文档结构。

2、本综合文档打印并装订成一册，指导教师检查后需手写签字。

第一章项目需求分析说明书

1引言

1.1编写目的

全球卫星定位系统（GPS）的成功使人们对定位服务的需求日益增多，然而在室内环境下，由于卫星信号接收受到严重干扰，GPS无法满足定位精度的要求。

基于物联网的室内定位技术由于使用范围广,能够以纯软件的方式实现,定位系统成本低等优点,成为近年物联网位置感知领域的一个研究热点。

本文对这一技术进行了较深入、系统的研究,并针对定位准确度、定位算法等方面存在的问题,提出了相应的解决方案。

通过算法比较和实验分析,证明了方案的有效性和可行性。

1.2背景

1.基于物联网的定位系统开发；

2.该项目是基于前人的一些半成熟的定位算法做的实验；

3.该定位系统采用的硬件系统是CC2530，软件层面是采用VB语言，架构层面采用的国际标准是：

IEEE802.15.4。

1.3定义

Zigbee:

是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。

根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

物联网：

顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。

这有两层意思：

其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。

1.4参考资料

1《ZIGBEE入门基础》，《RFID基础原理与应用》

2《VisualBasic入门基础》

3《C语言编程基础》

4《基于RSSI的多维度室内定位算法》——石欣，印爱民，陈曦

5《基于ZIGBEE的贝叶斯室内定位算法的研究》——杨艳红

2Zigbee系统简介

2.1Zigbee系统基本组成

多功能调试底板

USB供电口：

为网关供电

RS-232：

中文名:

异步传输标准接口；型式:

DB-9（9个引脚）或DB-25（25个引脚）；功能：

把网关的数据传到PC

DEBUG接口：

功能，用于程序的烧写与读出

外部电源接口：

可对其它目标板供电

CC2530IO接口：

用于二次开发

MAX3232E:

描述：

具有二路接收器和二路驱动器，提供1uA关断模式；功能：

具有+/-15kvIESESD保护的3V至5V多通道RS-232线路；产商：

德州仪器；型号：

:

MAX3232ECD,MAX3232ECDB等；报价：

6.0RMB

SLC2104F25651425+:

即SLC，英文全称：

singlelevelcell,中文：

单层式储存；

两个LED灯，一个按键：

测试CC2530的IO的功能

产商：

德州仪器

型号：

CC2530F128RHAR，CC2530F128RHAT等

报价：

18RMB

示例图片：

远距离射频模块：

电源接口：

为节点供电

仿真下载接口：

烧写或读取程序

IO开发调试接口：

二次开发

产商：

德州仪器

实例图片：

2.2Zigbee系统基本原理

基于ZigBee的无线设备工作在868MHZ,915MHZ和2.4Z频带。

其最大数据速率是250Kbps.ZigBee技术主要针对以电池为电源的应用，这些应用对低数据速率、低成本、更长时间的电池寿命有较高的需求。

在一些ZigBee应用中，无线设备持续处于活动状态的时间是有限的，大部分时间无线设备是处于省电模式（也称休眠模式）的。

因此，ZigBee设备在电池需要更换以前能够工作数年以上。

Zigbee是一种崭新的,专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。

也是嵌入式应用的一个大热点。

1、低功耗在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长。

这是Zigbee的突出优势。

相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。

2、低成本通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且Zigbee免协议专利费。

3、低速率Zigbee工作在250kbps的通讯速率，满足低速率传输数据的应用需求。

4、近距离传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1~3km。

这指的是相邻节点间的距离。

如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。

5、短时延Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。

相比较，蓝牙需要3~10s、WiFi需要3s。

6、高容量Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。

7、高安全Zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单（ACL）防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES128）的对称密码，以灵活确定其安全属性。

8、免执照频段采用直接序列扩频在工业科学医疗2.4GHz（全球）（ISM）频段。

ZigBee应用于室内病人监控

例如，一个病人的血压，心率可以通过可穿戴设备测量出来，病人戴的ZigBee设备来周期性的收集血压等健康相关的信息，然后这些数据被无线传送到当地服务器，例如病人家中的一台个人电脑，电脑再对这些数据进行初始分析，最后重要的信息通过互联网被发送到病人的护士或者内科医生那里做进一步的分析。

ZigBee应用大型楼宇结构安全监控

在此应用中，一，所有的这些传感器形个建筑内可以安装数个ZigBee无线传感器（如加速度计）成一个网络来收集信息，这些收集来的信息可以用于评估建筑的结构安全和潜在的损坏标志，例如，地震后一个建筑在重新开放前可能需要进行检测。

而传感器收集到的数据有助于加速和减少检测的花费

ZigBee联盟是2002年创立的一个非盈利性组织，对每一个想加入的成员都开放。

ZigBee标准是由ZigBee联盟所开发的，该联盟有数百个成员公司，从半导体产业和软件开发者到原始设备生产商、安装商。

ZigBee标准采用IEEE802.15.4标准作为其PHY层和MAC层协议。

因此，遵循ZigBee的设备也同样遵循IEEE802.15.4标准。

在家庭和工厂内使用无线通信来收集信息或执行既定控制任务的概念对人们来说并不陌生。

纵观几种短距离无线网络通信的标准，包括IEEE802.11 无线局域网（WirelessLocalAreaNetworkWLAN）和蓝牙（Bluetooth）.每个标准都有其在特定领域应用的优势，而ZigBee则主要是为低成本、低数据速率、超低功耗的无线网络应用开发的。

通过简化通信协议和降低数据速率，ZigBee标准有助于降低应用成本。

和其他的标准例如IEEE802.11相比，满足ZigBee和IEEE802.15.4标准的最低需求相对轻松，这同时也降低了ZigBee收发器的应用复杂度和成本。

占空比是指设备活跃时的时间与总时间的比值。

例如，若一个设备每分钟唤醒一次，工作60ms后继续休眠。

那么它的占空比为0.001或0.1%。

在许多ZigBee应用中，为了保证电池能工作数年以上，设备的占空比都在1%以下。

2.3Zigbee系统工作频率与相关协议

 相关协议：

架构：

IEEE802.15.4（物理层，媒体介入控制层）；Zigbee堆栈层（网络层，应用层，安全服务提供层）

每层结构的功能：

物理层：

通过物理层管理实体接口对PHY层数据和PHY层管理提供服务；PHY层数据服务可以通过无线物理信道发送和接受物理层协议数据单元来实现。

MAC层：

负责相邻设备间的单跳数据通信。

它负责建立与网络的同步，支持关联和去关联以及MAC层安全，他能提供两个设备之间的连接。

网络层：

提供设备与设备的通信，并负责网络中设备初始化所包含的活动，消息路由和网络发现。

应用支持子层：

通过网络层与安全服务提供层与端点链接，并为数据传送，安全和绑定提供服务，因此，能够适配不同但兼容的设备，比如带灯的开关。

在应用层中，一共有250个端点。

应用程序可以通过端点0与zigbee堆栈的其他层通信，从而实现对这些层的初始化和配置。

附属在端点0的对象被称为zigbee设备对象（ZO0）。

端点255用于向所有端点的广播。

端点241到254是保留端点。

实例图片：

3国内外研究现状

3.1Zigbee的研究发展现状

ZigBee从2002年ZigBeeAlliance成立到2006年联盟推出比较成熟的ZigBee2006标准协议，至今已走过了多个春秋，当Zigbee几年前刚出现时，它的支持者曾设想这种基于IEEE802.15.4规范的无线技术拥有潜在的巨大市场。

在低吞吐量、短距离通信应用中，成本是第一王牌，而类似蓝牙、802.11x和802.15.3等规范的性能过于强大。

但对于一些Zigbee支持者来说，当初的设想并没有成为现实。

随着ZigBee协议标准的逐步完善和物联网大环境的带动，整个ZigBee产业可以说是朝着越来越繁盛的趋势发展，在5大上游芯片厂商和ZigBee联盟的不断努力推动下，基于ZigBee应用层出不穷，并和我们的实际生活接轨，让人们的生活更加智能美好了!

ZigBee芯片全球销售收入逐年递增，ABI统计和预测了从2005年至2012年全球芯片的销售收入。

ZigBee技术的应用十分广泛，现阶段以商业大楼自动化，家庭自动化控制（新建安装）与仪表控制为重点。

商业大楼可以利用ZigBee