论文部分内容阅读
随着微机电系统、片上系统、现代无线通信技术、现代传感器技术以及低功耗嵌入式技术的快速发展和广泛应用，无线传感器网络的功能越来越多，应用领域和范围越来越大。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的传感器节点组成，通过无线通信以自组织和多跳的方式形成的一种特殊的Ad-Hoc网络。IEEE802.15.4/ZigBee技术的兴起，使得无线传感器网络以其低功耗、低成本、自组织和分布式的特点引领了信息感知领域的一场变革。传感器的特点决定了获取节点位置信息的重要性，无线定位技术已成为无线传感器网络应用领域中的一项关键技术。本课题主要研究无线传感器网络节点的定位系统。综述了国内外的研究现状，阐述了研究的目的和意义，分析了IEEE802.15.4/ZigBee协议的基本特点和功能，并简单分析了无线传感器网络的技术特点和应用领域。 研究定位技术的分类机制，阐述现有的几种常用的定位技术和坐标计算方法，并综合分析各种定位技术的优缺点。基于提高节点定位精度的前提下，分析了两种信号传播损耗模型和影响RSSI测距的关键技术，提出了对于传统定位算法的改进：首先利用锚节点已知位置的特性修正传播损耗模型，提高测距精度；其次，设定阈值来优选锚节点，剔除间距过远的锚节点，以免增大定位误差；引入权重因子表示间距不同的锚节点对于盲节点定位的影响力，利用极大似然估计法计算盲节点的位置坐标；最后利用梯度法实现对盲节点位置坐标的精确计算。利用Matlab仿真工具，对改进前后的定位算法进行比对，分析盲节点的平均定位误差。结果表明，改进后的定位算法减小了定位误差，提高了定位精度。最后利用ZigBee硬件平台对改进后的算法进行实验分析，测试数据显示，改进后的算法定位误差保持在2m左右，能基本满足无线传感器网络节点定位的精度要求，具有一定的实用价值。 本课题根据无线传感器网络节点定位技术的评价性能指标，结合现有的测距定位技术，设计了一种基于RSSI测距的节点定位系统，该系统由ZigBee硬件平台、软件设计、应用平台和上位机部分组成。ZigBee硬件平台是以TI的CC2430/31EM为核心设计的传感器节点；软件部分实现了无线传感器网络节点定位系统中的网关、锚节点和盲节点的软件设计；应用平台是实验室自主开发的电动轮式移动农业作业平台；构建系统并利用上位机进行实时监控。