ZigBee无线定位技术剖析引言CC2431ZigBee是TI公司推出的带硬件.docVIP

ZigBee无线定位技术剖析引 言 CC2431/ZigBee是TI公司推出的带硬件定位引擎的片上系统(SoC)解决方案，能满足低功耗ZigBeeIEEE 802.15.4无线传感器网络的应用需要。CC2431定位引擎基于RS-SI(Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示)技术，根据接收信号强度与已知参考节点位置准确计算出有关节点位置，然后将位置信息发送给接收端。相比于集中型定位系统，RSSI功能降低了网络流量与通信延迟，在典型应用中可实现3～5 m定位精度和0.25 m的分辨率。本文在简述基于RSSI定位技术的基础上，详细介绍CC2431无线定位引擎的功能、特点及使用方法，并且针对CC2431无线定位引擎定位范围小和只能进行二维定位的不足之处给出了改进方法。 1 RSSI定位技术 RSSI是指节点接收到的无线信号强度大小。在基于接收信号强度指示RSSI的定位中，已知发射节点的发射信号强度，接收节点根据接收到信号的强度计算出信号的传播损耗，利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离，再利用已有的算法计算出节点的位置。该技术硬件要求较低、算法相对简单，在实验室环境中表现出良好特性；但由于环境因素变化的原因，在实际应用中往往还需要进行改进。 2 CC2431无线定位引擎 CC2431无线定位引擎基于RSSI技术，定位系统由参考节点和节点组成。参考节点是一个位于已知位置的静态节点，这个节点知道自己的位置并可以将其位置通过发送数据包通知其他节点。定位节点从参考节点处接收数据包信号，获得参考节点位置坐标及相应的RSSI值并将其送人定位引擎，然后可以读出由定位引擎计算得到的自身位置。由参考节点发送给定位节点的数据包至少包含参考节点的坐标参数水平位置X和竖直位置Y，而RSSI值可由接收节点计算获得。 2.1 定位引擎 定位引擎的使用非常简单，只要将所需参数写入定位引擎，等待定位引擎计算完毕就可以直接读出计算结果。所需参数如表1所列。 定位引擎的使用非常简单，只要将所需参数写入定位引擎，等待定位引擎计算完毕就可以直接读出计算结果。所需参数如表1所列。n_index 0 31 与发射端距离1m后RSSI衰减值，单位dBm。 RSSI 40 95 RSSI值，信号强度，单位dBm。 X，Y 0，0 63.75，63.75 参考节点坐标，精度0.25m。 2.2 RSSI参数 当CC2431接收到一个数据包后会自动将RSSI值添加到该数据包中。RSSI值为数据包接收在开始的8个周期中的平均值，用1个字节表示。当一个数据包从CC2431的FIFO中读出时，倒数第二个字节包含RSSI值，这个值在接收到实际数据包的8个符号后测量得到，也可在数据包接收的同时获得。此时RSSI将反映当时接收信号的强度，而不一定是接收到的数据的信号强度，从而增加了大量节点同时使用信道时RSSI值出错的可能性。 CC2431包含一个RSSI寄存器，此寄存器保留与上述相同的值，但它并不锁定，因此寄存器值不能用于进一步的计算。只有与接收到的数据相关的被锁定的RSSI值才能认为是接收数据时获得的正确RSSI测量值。 RSSI的理论值可以由式(1)表示： RSSI=-(10n·lgd+A) (1) 其中，射频参数A和n用于描述网络操作环境。在全向模式下，射频参数A被定义为用dBm表示的距发射端1 m处接收到的信号强度绝对值。如信号强度为-40dBm，那么参数A被定为40。定位引擎的期望参数A为30.0～50.0，精度为0.5。参数A用无符号定点数值给出，最低位为小数位，而其余各位为整数位。A的一个典型值为40.0。 射频参数n被定义为路径损失指数，它指出了信号能量随着到收发器距离的增加而衰减的速率。衰减与d-n成比例，这里d是发射器和接收器之间的距离。实际写入定位引擎的参数n是一个通过查表得到的整数索引值n_index，如表2所列。n_index n值 n_index n值 n_index n值 n_index n值 0 1.000 8 2.375 16 3.375 24 4.375 1 1.250 9 2.500 17 3.500 25 4.5000 2 1.500 10 2.625 18 3.625 26 4.625 3 1.750 11 2.750 19 3.750 27 5.000 4 1.850 12 2.875 20 3.875 28 5.500 5 2.000 13 3.000 21 4.000 29 6.000 6 2.125 14 3.125 22 4.125 30 7.000 7 2.250 15 3.250 23 4.250 31 8.000 例如，通过测量得到n=2.98，查表得到最接近的有效