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摘 要

：无线传感器网络的室内定位技术，其目的是为了解决现有的室内定位系统精度低，成本高的问题。首先对已有的室内定位系统RADAR、Active Badge和Cricket等概念进行解释，然后对这些定位系统进行了简明扼要的分析，最后提出了基于无线传感器网络的室内定位系统的设计方案。该方案使用GAINSJ节点，即汇聚节点，参考节点和目标节点构成了无线传感器网络室内定位系统。其中汇聚节点的主要功能负责传感器网络节点和PC机进行通信。参考节点相当于传感器节点，目标节点为待定位的传感器节点。采用了基于距离的多边定位算法方法对室内定位系统中目标节点坐标问题进行了研究。

关键词：无线传感器网络节点，室内定位，多边定位算法，

Abstract: In order to eliminate  low precision and high cost problems, WSN technology is used in Indoor positioning. Analysis some positioning systems, such as: RADAR、Active Badge and Cricket and to design the WSN’s positioning system. The system used GAINSJ’s WSN node networking. The system is consist of the sink node, reference node and the target node. The sink node in charge of WSN’s node can keep communicating with PC. Reference node is the sensor node position known, the target node of the sensor nodes to be located. The system uses a multilateral localization algorithm based on distance to solve the target node coordinates. The analysis and statistics of the system data is researched late.

Keywords：wireless sensor network，localization，multilateral location algorithm，

关键词: 无线传感器网络; 室内定位; 多边定位

目 录

1. 前言 4

1.1 研究的前景 4

1.1.1研究的背景和意义 4

2. 室内定位系统的原理 4

2.1 典型的室内系统 4

2.2 基于无线传感器网络的室内定位原理 5

2.2.1 无线传感器网络室内定位系统基本模型 5

2.2.2 无线传感器网络室内定位系统的设计与实现 7

2.2.3 无线传感器网络室内定位系统后台处理程序的设计与实现 7

3. 系统分析及硬件设计 9

3.1 基于ZigBee的室内定位节点简述 9

3.2 ZigBee软件设计的一般流程 9

3.3 ZigBee协议栈简介 11

3.3.1 IEEE 802.15.4协议栈简介 11

3.4 GAINSJ节点介绍 13

3.4.1 JN5121-Z01-M01模块介绍 13

3.4.2 软件开发包的使用方法 14

3.4.3 WSN代码解释 15

3.5 汇聚节点（sink节点） 19

3.5.1 参考节点 19

3.5.2 目标节点 20

4. 定位算法在系统中的应用 20

4.1 定位算法分类 20

4.2 基于测距的定位算法 20

4.3 RSSI定位原理 21

4.4 算法概述 21

4.4.1问题与难点的解决方法 22

结束语 24

参考文献 25

致 谢 26

1. 前言

1.1 研究的前景

由于卫星信号存在一些不足之处，即穿透能力差，室内或地下等环境是卫星定位技术中的盲区，这些不足之处都会导致定位的精度低。随着科学技术的发展，无线传感器网络技术也在不断地发展，针对无线传感器网络中的定位技术，利用卫星定位问题是一种新方法。基于距离定位的无线传感器网络在定位方法上根据距离判断两个点或信号的到达角度。计算两点之间的距离通常是基于到达时间和信号衰减模型，室内定位区域通常是很小的，对信号到达时间差定位方法的基础是大的，因此，常用的是依据信号衰减模型方法即基于RSSI的定位方法。判断信号到达的角度需要添加额外的硬件，对硬件要求比较高，而RSSI不需要改动现有的硬件，可以在任何已有的无线网络上进行开发，成本低，是目前基于无线传感器网络定位技术研究的热点。

1.2 研究的背景和意义

目前,定位方法普遍采用GPS系统来定位,因室内因素的影响导致GPS定位的精度很低，甚至会出现较大的误差。但人们急需将定位应用在复杂的环境中，如仓库，超市，机场等。因此出现了RADAR、Active Badge、Cricket等室内定位系统，但这些室内定位系统存在精度低、成本高的问题。

伴随着科技的进步和时代的发展，人们使用的技术包括：电路制造技术、网络通信技术、智能传感器技术、并设计了一套基于无线传感器网络的室内定位系统，该系统可以解决传统室内定位系统出现的问题。无线传感器由无线传感器网络的室内定位系统微型传感器节点组成。利用无线网络将这些传感器组成网络。能够实现快速定位并且定位精度较高。这种网络技术变得越来越成熟，在各个领域发挥着越来越大的作用。成为室内定位系统研究的一个热点。

2. 室内定位系统的原理

2.1 典型的室内系统

Active Badge系统是一个室内定位系统，也是首个位置相关的应用系统。在该系统中，室内墙壁上安装了一些红外传感器，实验人员携带一个电子徽章(不是一台计算机)，每10s向周围的红外传感器发射一次红外信号；中央服务器收集来自红外传感器的数据，计算出携带者的位置，并根据电子徽章携带者的位置控制附近工作站上运行的程序行为。

RADAR系统是一个基于RSSI相关技术的室内定位系统，该系统在其监控区域内部署了BS1，BS2和BS3三个基站，并用星号指示其所在位置，整个系统覆盖了50个房间。基站和用户节点均配备了无线网卡，用以接收和测量信号强度。系统开启后，用户节点定期的发射信号分组并且发射信号强度已知。此时，各个基站根据接收到的信号强度来计算信号在传播过程中的损耗。RADAR系统一般通过“经验模型”和“理论模型”两种方法测量计算节点的位置。

Cricket室内定位系统是麻省理工学院的Oxygen项目的一部分，是用来确定移动而开发的。在这一系统，每个房间均安装有一个能够周期性的同步发射含有自身位置信息的无线电射频信号的传播速度远远大于超声波的速度，因此，未知节点在接收无线射频信号后会立刻打开超声波接收器，从而根据两个型号的到达时间之差和各自传播速度来估算出未知节点到该信号标节点的距离。最后通过比较各个邻近标节点的距离来判断出未知节点所处的房间的位置信息。

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