1 引言

無線定位技術(shù)是一種利用基于WiFi技術(shù)的RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）和傳感器等設(shè)備，實現(xiàn)定位、追蹤和監(jiān)測特定目標的位置。AP將收集的Tag或MU信息發(fā)送到AeroScout公司的AeroScout Engine（下面簡稱為AE），通過AE進行位置計算，然后由AE將計算的位置數(shù)據(jù)傳給圖形軟件。在圖形軟件上用戶可以通過地圖、表格或者報告等多種形式直觀的獲取物資的位置信息。無線定位可以應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)護、資產(chǎn)管理、物流等方面，協(xié)助用戶高效地完成物資管理和監(jiān)控。這里基于RSSI定位技術(shù)，詳細介紹CC2431無線定位系統(tǒng)的構(gòu)成、定位原理，并實現(xiàn)了基于CC2431無線定位系統(tǒng)的設(shè)計。

2 CC2431簡介

CC2431以強大的IAR集成開發(fā)環(huán)境為支持，結(jié)合Zig-Bee協(xié)議棧、工具包和參考設(shè)計，展示領(lǐng)先的ZigBee解決方案，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、工控系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，同時也適用于ZigBee之外的2．4GHz頻率的其他設(shè)備。CC2431的定位引擎基于RSSI技術(shù)．根據(jù)接收信號強度與已知參考節(jié)點位置準確計算出有關(guān)節(jié)點位置。然后將位置信息發(fā)送至接收端。

3 基于CC2431定位原理及實現(xiàn)

3．1 RSSI定位技術(shù)

RSSI是指節(jié)點接收到的無線信號強度大小。在基于RSSI的定位中，已知發(fā)射節(jié)點的發(fā)射信號強度，接收節(jié)點根據(jù)接收到信號的強度計算出信號的傳播損耗。利用理論和經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯鬏敁p耗轉(zhuǎn)化為距離．并進一步利用三角定位法確定待定位節(jié)點位置。該技術(shù)硬件要求較低、算法相對簡單，且一些通信協(xié)議中已攜帶有RSSI的信息，基于RSSI定位方法具有廣泛的應(yīng)用前景。

3．2 基于CC2431的定位系統(tǒng)

定位系統(tǒng)由參考節(jié)點和定位節(jié)點組成。參考節(jié)點是一個位于已知位置的靜態(tài)節(jié)點，該節(jié)點確知自身的位置并可將其位置通過發(fā)送數(shù)據(jù)包通知其他參考節(jié)點。定位節(jié)點從參考節(jié)點處接收數(shù)據(jù)包信號，獲得參考節(jié)點位置坐標及相應(yīng)的RSSI值并將其送入定位引擎，然后讀出由定位引擎計算得到的自身位置。

由參考節(jié)點發(fā)送給定位節(jié)點的數(shù)據(jù)包至少包含參考節(jié)點的坐標參數(shù)水平位置X和垂直位置Y。而RSSI值可由接收節(jié)點計算獲得。圖1為具體定位系統(tǒng)原理框圖。

定位系統(tǒng)原理框圖中各部分的作用：

（1）主機采用一臺普通的PC，主機連接網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的工作調(diào)度，編寫的定位軟件可實時觀察各個定位節(jié)點和參考節(jié)點的運行情況。

（2）網(wǎng)關(guān)該網(wǎng)關(guān)用于組建一個ZigBeeWSN網(wǎng)絡(luò)，并充當(dāng)協(xié)調(diào)器，把定位節(jié)點坐標及外部環(huán)境參數(shù)傳送給主機。

（3）參考節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)路由器的角色。而且在定位系統(tǒng)中，它由用戶指定固定坐標，并為定位節(jié)點提供該坐標和RSSI平均值。參考節(jié)點是一種已知靜態(tài)節(jié)點，其坐標（x，y）是固定的，并且不參與定位計算，可由CC2430或CC2431器件實現(xiàn)。

（4）定位節(jié)點其內(nèi)部具有定位引擎，能夠根據(jù)參考節(jié)點提供的同定坐標和RSSI平均值計算出自身的精確位置（坐標），并把該坐標協(xié)同定位節(jié)點標識號發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。

3．3 定位工作流程

定位節(jié)點（blindnode）是一類可移動的節(jié)點，可在參考節(jié)點包圍的區(qū)域內(nèi)任意移動。定位節(jié)點接收區(qū)域內(nèi)所有參考節(jié)點的RSSI值后，通過定位算法來計算其坐標位置。定位節(jié)點南CC2431器件實現(xiàn)。采用該器件，可實現(xiàn)0．25m的定位分辨率和3m左右的定位精度，定位時間小于40μs。圖2是參考節(jié)點工作流程圖，圖3為定位節(jié)點工作流程圖。

4 ZigBee定位系統(tǒng)實驗結(jié)果及分析

本實驗在教學(xué)樓五樓實驗室進行：長×寬＝8．13m×8．10m，使用6個參考節(jié)點和1個定位節(jié)點，各參考節(jié)點坐標設(shè)置如圖4所示。參考節(jié)點旁邊的數(shù)字為節(jié)點編號，6個參考節(jié)點（黑色的為參考節(jié)點）坐標依次為（單位為m）：1（8．00，8．00），99（12．00，8．00），101（16．00，8．00），10（8．00，16．00），16（12．00，16．00），98（16．00，16．00）。

表l為本次實驗所測的數(shù)據(jù)，（x，y）為定位節(jié)點的實際所處位置的坐標，（x1，y1）為上位機GUI軟件所測的定位節(jié)點坐標數(shù)據(jù)。一共測得21組數(shù)據(jù)，如表1所示。

圖5是根據(jù)相關(guān)通信協(xié)議編寫的上位機無線定位軟件ZWS_lum的界面，黑色的點代表參考節(jié)點，白色的點代表定位節(jié)點。當(dāng)定位節(jié)點靠近或遠離參考節(jié)點時，在程序中可以清楚的看到相應(yīng)的定位效果。

該軟件不僅可以顯示實際的組網(wǎng)信息，而且還可以：對于參考節(jié)點，顯示其X、Y坐標，并可以修改在平面區(qū)域的X、Y坐標，然后刷新到該拓撲圖上，這樣可以根據(jù)實際定位區(qū)域的需要來布置參考節(jié)點；對于定位節(jié)點，可以顯示其在平面區(qū)域的實時位置信息，表1中的坐標（x1，y1）信息就是通過該軟件獲取得到的。

5 結(jié)語

CC2430／2431是一款針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)ZigBee／IEEE802．15．4的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案，其硬件定位引擎具有硬件設(shè)備要求低、定位精度高的特點，很好地滿足了市場需求。通過合理布設(shè)參考節(jié)點，該系統(tǒng)可應(yīng)用在樓內(nèi)、地下、隧道等場所實現(xiàn)高精度室內(nèi)定位，因此，基于ZigBee的無線定位技術(shù)在未來將會有很好的發(fā)展及應(yīng)用。