專利名稱：一種基于Zigbee技術(shù)的定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位系統(tǒng)，尤其涉及一種基于Zigbee技術(shù)的定位系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們對定位信息的需求與日俱增，尤其是在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境，如辦公大樓、私人會所、倉庫、醫(yī)院、地下停車場、圖書館等場所，常常需要確定不同人員的具體位置?，F(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)有超聲波定位技術(shù)、室內(nèi)GPS定位技術(shù)、Wifi 定位技術(shù)和藍牙定位技術(shù)。超聲波定位技術(shù)是通過測量超聲波從發(fā)射器發(fā)出到超聲波接收器所經(jīng)歷的渡越時間TOA來計算距離的。超聲波定位系統(tǒng)可由若干個應(yīng)答器和一個主測距器組成，主測距器放置在被測物體上，在指令信號的作用下向位置固定的應(yīng)答器發(fā)射同頻率的無線電信號，應(yīng)答器在收到無線電信號后同時向主測距器發(fā)射超聲波信號，得到主測距器與各個應(yīng)答器之間的距離。當(dāng)同時有3個或3個以上不在同一直線上的應(yīng)答器做出回應(yīng)時，可以根據(jù)相關(guān)計算確定出被測物體所在的二維坐標(biāo)系下的位置。超聲波定位整體定位精度較高，結(jié)構(gòu)簡單，但超聲波受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大，同時需要大量的底層硬件設(shè)施投資， 成本太高。室內(nèi)GPS定位技術(shù)，由于GPS信號受室內(nèi)環(huán)境中各種物體的影響，信號衰減很快， 為了提高GPS的信號敏感度，需要增加大量的輔助設(shè)備，從而提高了設(shè)備的成本和功耗。而且，室內(nèi)GPS的定位精度僅可達到5米到30米左右，不能夠較好的滿足室內(nèi)定位的要求。Wifi定位技術(shù)是通過Wifi信號的衰減與距離的關(guān)系進行定位，具有覆蓋范圍廣， 信息傳輸速度快，實現(xiàn)成本較低等優(yōu)點。但是由于室內(nèi)環(huán)境下的Wifi信號波動很大，導(dǎo)致定位精度的不高。藍牙技術(shù)是一種短距離低功耗的無線傳輸技術(shù)，通過測量信號強度進行定位，在室內(nèi)安裝適當(dāng)?shù)乃{牙局域網(wǎng)接入點，把網(wǎng)絡(luò)配置成基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式，并保證藍牙局域網(wǎng)接入點始終是主設(shè)備，就可以獲得用戶的位置信息。藍牙技術(shù)主要應(yīng)用于小范圍定位，例如單層大廳或倉庫。藍牙室內(nèi)無線定位技術(shù)最大的優(yōu)點是設(shè)備體積小且信號傳輸不受視距的影響。藍牙定位技術(shù)不足在于藍牙器件和設(shè)備的價格比較昂貴，而且對于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號干擾大。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。Zigbee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴展。每個Zigbee “基站”卻不到 1000元人民幣。每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。因此ZigBee技術(shù)適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應(yīng)用。 網(wǎng)絡(luò)容量大一個星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納2M個從設(shè)備和一個主設(shè)
備，一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活?？煽坎扇×伺鲎脖苊獠呗裕瑫r為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，將Zigbee技術(shù)和熱釋電傳感技術(shù)相結(jié)合， 提出了一種成本低、定位效果好的定位系統(tǒng)和方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種基于zigbee技術(shù)和熱釋電傳感技術(shù)的定位系統(tǒng)，系統(tǒng)采用包括感應(yīng)節(jié)點、盲節(jié)點和匯聚節(jié)點；感應(yīng)節(jié)點由射頻收發(fā)器和熱釋電傳感器組成，檢測人體信息和無線通信；所述的盲節(jié)點含有射頻收發(fā)器，由需要定位的人員攜帶，通過與感應(yīng)節(jié)點的信息交互，實現(xiàn)定位；所述的匯聚節(jié)點作為整個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)者，負責(zé)組建和管理無線傳感網(wǎng)。盲節(jié)點、匯聚節(jié)點和多個感應(yīng)節(jié)點形成自組織的無線傳感網(wǎng)，zigbee無線通信協(xié)議采用ZigBee2007/PR0協(xié)議。一種基于信息交互的定位方法，采用包括感應(yīng)節(jié)點、盲節(jié)點和匯聚節(jié)點構(gòu)成自組織的無線傳感網(wǎng)即Zigbee網(wǎng)絡(luò)；感應(yīng)節(jié)點由射頻收發(fā)器和熱釋電傳感器組成，檢測人體信息和無線通信；所述的盲節(jié)點含有射頻收發(fā)器，由需要定位的人員攜帶，通過與感應(yīng)節(jié)點的信息交互，實現(xiàn)定位；所述的匯聚節(jié)點是Zigbee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)者；定位方法其特征在于包括如下步驟
步驟1、匯聚節(jié)點啟動后，選擇預(yù)設(shè)的通信信道，組建Zigbee無線傳感網(wǎng)； 步驟2、感應(yīng)節(jié)點登錄Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送感應(yīng)節(jié)點登錄消息給匯聚節(jié)點，感應(yīng)登錄消息中包括感應(yīng)節(jié)點的ID號和感應(yīng)節(jié)點的空間坐標(biāo)；匯聚節(jié)點收到感應(yīng)登錄消息后， 更新感應(yīng)節(jié)點信息表，并回復(fù)登錄確認消息給感應(yīng)節(jié)點；
步驟3、盲節(jié)點登錄Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送盲節(jié)點登錄消息給匯聚節(jié)點，盲節(jié)點登錄消息中包括盲節(jié)點的ID號和盲節(jié)點的初始坐標(biāo)；匯聚節(jié)點收到盲節(jié)點登錄消息后，回復(fù)登錄確認消息給盲節(jié)點；
步驟4、待定位人員攜帶盲節(jié)點進行移動，當(dāng)某一感應(yīng)節(jié)點檢測到人體信息時，該感應(yīng)節(jié)點以廣播包的形式發(fā)送詢問消息，詢問盲節(jié)點的ID號；詢問消息中包括感應(yīng)節(jié)點的ID 號、感應(yīng)節(jié)點的短地址和RSSI值
步驟5、當(dāng)盲節(jié)點收到廣播的詢問消息時，按照詢問應(yīng)答策略，單播發(fā)送詢問應(yīng)答消息給相應(yīng)的感應(yīng)節(jié)點；詢問應(yīng)答消息中包括盲節(jié)點的ID號和RSSI值；詢問應(yīng)答策略的過程如下
1)若盲節(jié)點收到一個感應(yīng)節(jié)點廣播的詢問消息，則先將該感應(yīng)節(jié)點詢問消息中的 RSSI值與預(yù)設(shè)的門限Rth比較，若RSSI值小于預(yù)設(shè)的門限I th，則發(fā)送詢問應(yīng)答消息給該感應(yīng)節(jié)點；
2)若盲節(jié)點收到多個感應(yīng)節(jié)點廣播的詢問消息，則對多個詢問消息中的RSSI值進行排序，找到RSSI值最小的那個感應(yīng)節(jié)點，再將該感應(yīng)節(jié)點詢問消息中的RSSI值與預(yù)設(shè)的門限Rth比較，若RSSI值小于預(yù)設(shè)的門限Rth，發(fā)送詢問應(yīng)答消息給該感應(yīng)節(jié)點；
步驟6、感應(yīng)節(jié)點收到盲節(jié)點發(fā)來的應(yīng)答消息后，發(fā)送定位消息給匯聚節(jié)點；定位消息中包含盲節(jié)點的ID號、盲節(jié)點的RSSI值、感應(yīng)節(jié)點的ID號和感應(yīng)節(jié)點的空間坐標(biāo)；
步驟7、匯聚節(jié)點收到感應(yīng)節(jié)點發(fā)來的定位消息后，更新盲節(jié)點的空間坐標(biāo)，并發(fā)送定位確認消息給感應(yīng)節(jié)點，完成整個定位過程。匯聚節(jié)點是zigbee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)者，負責(zé)組建網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中只有一個匯聚節(jié)點；感應(yīng)節(jié)點為zigbee網(wǎng)絡(luò)的路由器；盲節(jié)點是zigbee網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點；三種節(jié)點共同構(gòu)成 zigbee 網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的有益效果為成本低廉、算法復(fù)雜度低、節(jié)點通信開銷小，便于攜帶和部署靈活。


圖1為本發(fā)明的應(yīng)用場景示意圖； 圖2為本發(fā)明的感應(yīng)節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的盲節(jié)點和匯聚節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的定位方法的信息交互示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的定位系統(tǒng)包括感應(yīng)節(jié)點、盲節(jié)點和匯聚節(jié)點。 盲節(jié)點由需要定位的目標(biāo)攜帶；感應(yīng)節(jié)點統(tǒng)一固定部署在室內(nèi)的天花板上，其空間坐標(biāo)在部署時已預(yù)先測定，并存儲于感應(yīng)節(jié)點中；匯聚節(jié)點是zigbee無線傳感網(wǎng)的協(xié)調(diào)者，負責(zé)組建和管理整個無線傳感網(wǎng)。感應(yīng)節(jié)點在檢測到人體信息后，通過和盲節(jié)點的一系列信息交互，最終將盲節(jié)點的當(dāng)前坐標(biāo)發(fā)送給匯聚節(jié)點，完成整個定位過程。圖2是感應(yīng)節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖，由負責(zé)處理數(shù)據(jù)的微處理器模塊、無線數(shù)據(jù)收發(fā)的射頻模塊、感應(yīng)人體信息的熱釋電傳感器和電源模塊組成。圖3是盲節(jié)點和匯聚節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖，由負責(zé)處理數(shù)據(jù)的微處理器模塊、無線數(shù)據(jù)收發(fā)的射頻模塊和電源模塊組成。圖4是本發(fā)明的定位方法的信息交互示意圖，具體的實現(xiàn)包括下列步驟 步驟1、匯聚節(jié)點啟動后，選擇預(yù)設(shè)的通信信道，組建Zigbee無線傳感網(wǎng)。步驟2、感應(yīng)節(jié)點加入Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)后，發(fā)送感應(yīng)節(jié)點登錄消息給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點收到感應(yīng)登錄消息后，更新感應(yīng)節(jié)點信息表，并回復(fù)登錄確認消息給感應(yīng)節(jié)點ο步驟3、盲節(jié)點加入Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)后，發(fā)送盲節(jié)點登錄消息給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點收到盲節(jié)點登錄消息后，回復(fù)登錄確認消息給盲節(jié)點。步驟4、待定位人員攜帶已登錄到無線傳感網(wǎng)的盲節(jié)點進行移動，當(dāng)某一感應(yīng)節(jié)點檢測到人體信息時，該感應(yīng)節(jié)點以廣播包的形式發(fā)送詢問消息，詢問盲節(jié)點的ID號。步驟5、當(dāng)盲節(jié)點收到廣播的詢問消息時，按照詢問應(yīng)答策略，單播發(fā)送詢問應(yīng)答消息給相應(yīng)的感應(yīng)節(jié)點。詢問應(yīng)答策略的過程如下
1)若盲節(jié)點收到一個感應(yīng)節(jié)點廣播的詢問消息，則先將該感應(yīng)節(jié)點詢問消息中的 RSSI值與預(yù)設(shè)的門限Rth比較，若RSSI值小于預(yù)設(shè)的門限I th，則發(fā)送詢問應(yīng)答消息給該感應(yīng)節(jié)點；2)若盲節(jié)點收到多個感應(yīng)節(jié)點廣播的詢問消息，則對多個詢問消息中的RSSI值進行排序，找到RSSI值最小的那個感應(yīng)節(jié)點，再將該感應(yīng)節(jié)點詢問消息中的RSSI值與預(yù)設(shè)的門限Rth比較，若RSSI值小于預(yù)設(shè)的門限Rth，發(fā)送詢問應(yīng)答消息給該感應(yīng)節(jié)點；
步驟6、感應(yīng)節(jié)點收到盲節(jié)點發(fā)來的應(yīng)答消息后，發(fā)送定位消息給匯聚節(jié)點。
步驟7、匯聚節(jié)點收到感應(yīng)節(jié)點發(fā)來的定位消息后，更新盲節(jié)點的空間坐標(biāo)，并發(fā)送定位確認消息給感應(yīng)節(jié)點，完成整個定位過程。
權(quán)利要求
1.一種基于Zigbee技術(shù)和熱釋電傳感技術(shù)的定位系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)包括感應(yīng)節(jié)點、盲節(jié)點和匯聚節(jié)點；感應(yīng)節(jié)點由射頻收發(fā)器和熱釋電傳感器組成，檢測人體信息和無線通信；所述的盲節(jié)點含有射頻收發(fā)器，由需要定位的人員攜帶，通過與感應(yīng)節(jié)點的信息交互，實現(xiàn)定位；所述的匯聚節(jié)點作為整個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)者，負責(zé)組建和管理無線傳感網(wǎng)； 盲節(jié)點、匯聚節(jié)點和多個感應(yīng)節(jié)點形成自組織的無線傳感網(wǎng)，zigbee無線通信協(xié)議采用 ZigBee2007/PR0 協(xié)議。
2.一種基于信息交互的定位方法，采用包括感應(yīng)節(jié)點、盲節(jié)點和匯聚節(jié)點構(gòu)成自組織的無線傳感網(wǎng)即Zigbee網(wǎng)絡(luò)；感應(yīng)節(jié)點由射頻收發(fā)器和熱釋電傳感器組成，檢測人體信息和無線通信；所述的盲節(jié)點含有射頻收發(fā)器，由需要定位的人員攜帶，通過與感應(yīng)節(jié)點的信息交互，實現(xiàn)定位；所述的匯聚節(jié)點是Zigbee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)者；其特征在于包括如下步驟步驟1、匯聚節(jié)點啟動后，選擇預(yù)設(shè)的通信信道，組建Zigbee無線傳感網(wǎng)； 步驟2、感應(yīng)節(jié)點登錄Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送感應(yīng)節(jié)點登錄消息給匯聚節(jié)點，感應(yīng)登錄消息中包括感應(yīng)節(jié)點的ID號和感應(yīng)節(jié)點的空間坐標(biāo)；匯聚節(jié)點收到感應(yīng)登錄消息后， 更新感應(yīng)節(jié)點信息表，并回復(fù)登錄確認消息給感應(yīng)節(jié)點；步驟3、盲節(jié)點登錄Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送盲節(jié)點登錄消息給匯聚節(jié)點，盲節(jié)點登錄消息中包括盲節(jié)點的ID號和盲節(jié)點的初始坐標(biāo)；匯聚節(jié)點收到盲節(jié)點登錄消息后，回復(fù)登錄確認消息給盲節(jié)點；步驟4、待定位人員攜帶盲節(jié)點進行移動，當(dāng)某一感應(yīng)節(jié)點檢測到人體信息時，該感應(yīng)節(jié)點以廣播包的形式發(fā)送詢問消息，詢問盲節(jié)點的ID號；詢問消息中包括感應(yīng)節(jié)點的ID 號、感應(yīng)節(jié)點的短地址和RSSI值步驟5、當(dāng)盲節(jié)點收到廣播的詢問消息時，按照詢問應(yīng)答策略，單播發(fā)送詢問應(yīng)答消息給相應(yīng)的感應(yīng)節(jié)點；詢問應(yīng)答消息中包括盲節(jié)點的ID號和RSSI值；步驟6、感應(yīng)節(jié)點收到盲節(jié)點發(fā)來的應(yīng)答消息后，發(fā)送定位消息給匯聚節(jié)點；定位消息中包含盲節(jié)點的ID號、盲節(jié)點的RSSI值、感應(yīng)節(jié)點的ID號和感應(yīng)節(jié)點的空間坐標(biāo)；步驟7、匯聚節(jié)點收到感應(yīng)節(jié)點發(fā)來的定位消息后，更新盲節(jié)點的空間坐標(biāo)，并發(fā)送定位確認消息給感應(yīng)節(jié)點，完成整個定位過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于zigbee技術(shù)和熱釋電傳感技術(shù)的定位系統(tǒng)的定位實現(xiàn)方法，其特征在于步驟5)的詢問應(yīng)答策略的過程如下1)若盲節(jié)點收到一個感應(yīng)節(jié)點廣播的詢問消息，則先將該感應(yīng)節(jié)點詢問消息中的 RSSI值與預(yù)設(shè)的門限Rth比較，若RSSI值小于預(yù)設(shè)的門限I th，則發(fā)送詢問應(yīng)答消息給該感應(yīng)節(jié)點；2)若盲節(jié)點收到多個感應(yīng)節(jié)點廣播的詢問消息，則對多個詢問消息中的RSSI值進行排序，找到RSSI值最小的那個感應(yīng)節(jié)點，再將該感應(yīng)節(jié)點詢問消息中的RSSI值與預(yù)設(shè)的門限Rth比較，若RSSI值小于預(yù)設(shè)的門限Rth，發(fā)送詢問應(yīng)答消息給該感應(yīng)節(jié)點。
全文摘要
基于zigbee技術(shù)和熱釋電傳感技術(shù)的定位系統(tǒng)和方法，系統(tǒng)包括感應(yīng)節(jié)點、盲節(jié)點和匯聚節(jié)點；感應(yīng)節(jié)點由射頻收發(fā)器和熱釋電傳感器組成，檢測人體信息和無線通信；所述的盲節(jié)點含有射頻收發(fā)器，由需要定位的人員攜帶，通過與感應(yīng)節(jié)點的信息交互，實現(xiàn)定位；所述的匯聚節(jié)點作為整個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)者，負責(zé)組建和管理無線傳感網(wǎng)；盲節(jié)點、匯聚節(jié)點和多個感應(yīng)節(jié)點形成自組織的無線傳感網(wǎng)，zigbee無線通信協(xié)議采用ZigBee2007/PRO協(xié)議。盲節(jié)點由需要定位的人員攜帶。當(dāng)感應(yīng)節(jié)點檢測到人體信號后，會以無線的方式和盲節(jié)點進行一系列的信息交互，最終確定人員的位置。本系統(tǒng)具有成本低廉、算法復(fù)雜度低、節(jié)點通信開銷小。
文檔編號H04W4/02GK102572695SQ201210018750
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月21日
發(fā)明者傅濤, 時斌, 朱曉舒, 齊亮 申請人:江蘇博智軟件科技有限公司