专利名称：一种基于Zigbee技术的定位系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种定位系统，尤其涉及一种基于Zigbee技术的定位系统和方法。
背景技术：
近年来，随着经济的发展和社会的进步，人们对定位信息的需求与日俱增，尤其是在复杂的室内环境，如办公大楼、私人会所、仓库、医院、地下停车场、图书馆等场所，常常需要确定不同人员的具体位置。现有的室内定位技术有超声波定位技术、室内GPS定位技术、Wifi 定位技术和蓝牙定位技术。超声波定位技术是通过测量超声波从发射器发出到超声波接收器所经历的渡越时间TOA来计算距离的。超声波定位系统可由若干个应答器和一个主测距器组成，主测距器放置在被测物体上，在指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号，应答器在收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号，得到主测距器与各个应答器之间的距离。当同时有3个或3个以上不在同一直线上的应答器做出回应时，可以根据相关计算确定出被测物体所在的二维坐标系下的位置。超声波定位整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资， 成本太高。室内GPS定位技术，由于GPS信号受室内环境中各种物体的影响，信号衰减很快， 为了提高GPS的信号敏感度，需要增加大量的辅助设备，从而提高了设备的成本和功耗。而且，室内GPS的定位精度仅可达到5米到30米左右，不能够较好的满足室内定位的要求。Wifi定位技术是通过Wifi信号的衰减与距离的关系进行定位，具有覆盖范围广， 信息传输速度快，实现成本较低等优点。但是由于室内环境下的Wifi信号波动很大，导致定位精度的不高。蓝牙技术是一种短距离低功耗的无线传输技术，通过测量信号强度进行定位，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是主设备，就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库。蓝牙室内无线定位技术最大的优点是设备体积小且信号传输不受视距的影响。蓝牙定位技术不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。Zigbee是一种高可靠的无线数传网络，是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。每个Zigbee “基站”却不到 1000元人民币。每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。 网络容量大一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳2M个从设备和一个主设
备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，而且网络组成灵活。可靠采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的缺点，将Zigbee技术和热释电传感技术相结合， 提出了一种成本低、定位效果好的定位系统和方法。为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现一种基于zigbee技术和热释电传感技术的定位系统，系统采用包括感应节点、盲节点和汇聚节点；感应节点由射频收发器和热释电传感器组成，检测人体信息和无线通信；所述的盲节点含有射频收发器，由需要定位的人员携带，通过与感应节点的信息交互，实现定位；所述的汇聚节点作为整个网络的协调者，负责组建和管理无线传感网。盲节点、汇聚节点和多个感应节点形成自组织的无线传感网，zigbee无线通信协议采用ZigBee2007/PR0协议。一种基于信息交互的定位方法，采用包括感应节点、盲节点和汇聚节点构成自组织的无线传感网即Zigbee网络；感应节点由射频收发器和热释电传感器组成，检测人体信息和无线通信；所述的盲节点含有射频收发器，由需要定位的人员携带，通过与感应节点的信息交互，实现定位；所述的汇聚节点是Zigbee网络的协调者；定位方法其特征在于包括如下步骤
步骤1、汇聚节点启动后，选择预设的通信信道，组建Zigbee无线传感网； 步骤2、感应节点登录Zigbee无线传感网络，发送感应节点登录消息给汇聚节点，感应登录消息中包括感应节点的ID号和感应节点的空间坐标；汇聚节点收到感应登录消息后， 更新感应节点信息表，并回复登录确认消息给感应节点；
步骤3、盲节点登录Zigbee无线传感网络，发送盲节点登录消息给汇聚节点，盲节点登录消息中包括盲节点的ID号和盲节点的初始坐标；汇聚节点收到盲节点登录消息后，回复登录确认消息给盲节点；
步骤4、待定位人员携带盲节点进行移动，当某一感应节点检测到人体信息时，该感应节点以广播包的形式发送询问消息，询问盲节点的ID号；询问消息中包括感应节点的ID 号、感应节点的短地址和RSSI值
步骤5、当盲节点收到广播的询问消息时，按照询问应答策略，单播发送询问应答消息给相应的感应节点；询问应答消息中包括盲节点的ID号和RSSI值；询问应答策略的过程如下
1)若盲节点收到一个感应节点广播的询问消息，则先将该感应节点询问消息中的 RSSI值与预设的门限Rth比较，若RSSI值小于预设的门限I th，则发送询问应答消息给该感应节点；
2)若盲节点收到多个感应节点广播的询问消息，则对多个询问消息中的RSSI值进行排序，找到RSSI值最小的那个感应节点，再将该感应节点询问消息中的RSSI值与预设的门限Rth比较，若RSSI值小于预设的门限Rth，发送询问应答消息给该感应节点；
步骤6、感应节点收到盲节点发来的应答消息后，发送定位消息给汇聚节点；定位消息中包含盲节点的ID号、盲节点的RSSI值、感应节点的ID号和感应节点的空间坐标；
步骤7、汇聚节点收到感应节点发来的定位消息后，更新盲节点的空间坐标，并发送定位确认消息给感应节点，完成整个定位过程。汇聚节点是zigbee网络的协调者，负责组建网络，系统中只有一个汇聚节点；感应节点为zigbee网络的路由器；盲节点是zigbee网络的终端节点；三种节点共同构成 zigbee 网络。本发明的有益效果为成本低廉、算法复杂度低、节点通信开销小，便于携带和部署灵活。
图1为本发明的应用场景示意图； 图2为本发明的感应节点的结构示意图； 图3为本发明的盲节点和汇聚节点的结构示意图； 图4为本发明的定位方法的信息交互示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的基于Zigbee技术的定位系统包括感应节点、盲节点和汇聚节点。 盲节点由需要定位的目标携带；感应节点统一固定部署在室内的天花板上，其空间坐标在部署时已预先测定，并存储于感应节点中；汇聚节点是zigbee无线传感网的协调者，负责组建和管理整个无线传感网。感应节点在检测到人体信息后，通过和盲节点的一系列信息交互，最终将盲节点的当前坐标发送给汇聚节点，完成整个定位过程。图2是感应节点的结构示意图，由负责处理数据的微处理器模块、无线数据收发的射频模块、感应人体信息的热释电传感器和电源模块组成。图3是盲节点和汇聚节点的结构示意图，由负责处理数据的微处理器模块、无线数据收发的射频模块和电源模块组成。图4是本发明的定位方法的信息交互示意图，具体的实现包括下列步骤 步骤1、汇聚节点启动后，选择预设的通信信道，组建Zigbee无线传感网。步骤2、感应节点加入Zigbee无线传感网络后，发送感应节点登录消息给汇聚节点，汇聚节点收到感应登录消息后，更新感应节点信息表，并回复登录确认消息给感应节点ο步骤3、盲节点加入Zigbee无线传感网络后，发送盲节点登录消息给汇聚节点，汇聚节点收到盲节点登录消息后，回复登录确认消息给盲节点。步骤4、待定位人员携带已登录到无线传感网的盲节点进行移动，当某一感应节点检测到人体信息时，该感应节点以广播包的形式发送询问消息，询问盲节点的ID号。步骤5、当盲节点收到广播的询问消息时，按照询问应答策略，单播发送询问应答消息给相应的感应节点。询问应答策略的过程如下
1)若盲节点收到一个感应节点广播的询问消息，则先将该感应节点询问消息中的 RSSI值与预设的门限Rth比较，若RSSI值小于预设的门限I th，则发送询问应答消息给该感应节点；2)若盲节点收到多个感应节点广播的询问消息，则对多个询问消息中的RSSI值进行排序，找到RSSI值最小的那个感应节点，再将该感应节点询问消息中的RSSI值与预设的门限Rth比较，若RSSI值小于预设的门限Rth，发送询问应答消息给该感应节点；
步骤6、感应节点收到盲节点发来的应答消息后，发送定位消息给汇聚节点。
步骤7、汇聚节点收到感应节点发来的定位消息后，更新盲节点的空间坐标，并发送定位确认消息给感应节点，完成整个定位过程。
权利要求
1.一种基于Zigbee技术和热释电传感技术的定位系统，其特征是系统包括感应节点、盲节点和汇聚节点；感应节点由射频收发器和热释电传感器组成，检测人体信息和无线通信；所述的盲节点含有射频收发器，由需要定位的人员携带，通过与感应节点的信息交互，实现定位；所述的汇聚节点作为整个网络的协调者，负责组建和管理无线传感网； 盲节点、汇聚节点和多个感应节点形成自组织的无线传感网，zigbee无线通信协议采用 ZigBee2007/PR0 协议。
2.一种基于信息交互的定位方法，采用包括感应节点、盲节点和汇聚节点构成自组织的无线传感网即Zigbee网络；感应节点由射频收发器和热释电传感器组成，检测人体信息和无线通信；所述的盲节点含有射频收发器，由需要定位的人员携带，通过与感应节点的信息交互，实现定位；所述的汇聚节点是Zigbee网络的协调者；其特征在于包括如下步骤步骤1、汇聚节点启动后，选择预设的通信信道，组建Zigbee无线传感网； 步骤2、感应节点登录Zigbee无线传感网络，发送感应节点登录消息给汇聚节点，感应登录消息中包括感应节点的ID号和感应节点的空间坐标；汇聚节点收到感应登录消息后， 更新感应节点信息表，并回复登录确认消息给感应节点；步骤3、盲节点登录Zigbee无线传感网络，发送盲节点登录消息给汇聚节点，盲节点登录消息中包括盲节点的ID号和盲节点的初始坐标；汇聚节点收到盲节点登录消息后，回复登录确认消息给盲节点；步骤4、待定位人员携带盲节点进行移动，当某一感应节点检测到人体信息时，该感应节点以广播包的形式发送询问消息，询问盲节点的ID号；询问消息中包括感应节点的ID 号、感应节点的短地址和RSSI值步骤5、当盲节点收到广播的询问消息时，按照询问应答策略，单播发送询问应答消息给相应的感应节点；询问应答消息中包括盲节点的ID号和RSSI值；步骤6、感应节点收到盲节点发来的应答消息后，发送定位消息给汇聚节点；定位消息中包含盲节点的ID号、盲节点的RSSI值、感应节点的ID号和感应节点的空间坐标；步骤7、汇聚节点收到感应节点发来的定位消息后，更新盲节点的空间坐标，并发送定位确认消息给感应节点，完成整个定位过程。
3.根据权利要求2所述的一种基于zigbee技术和热释电传感技术的定位系统的定位实现方法，其特征在于步骤5)的询问应答策略的过程如下1)若盲节点收到一个感应节点广播的询问消息，则先将该感应节点询问消息中的 RSSI值与预设的门限Rth比较，若RSSI值小于预设的门限I th，则发送询问应答消息给该感应节点；2)若盲节点收到多个感应节点广播的询问消息，则对多个询问消息中的RSSI值进行排序，找到RSSI值最小的那个感应节点，再将该感应节点询问消息中的RSSI值与预设的门限Rth比较，若RSSI值小于预设的门限Rth，发送询问应答消息给该感应节点。
全文摘要
基于zigbee技术和热释电传感技术的定位系统和方法，系统包括感应节点、盲节点和汇聚节点；感应节点由射频收发器和热释电传感器组成，检测人体信息和无线通信；所述的盲节点含有射频收发器，由需要定位的人员携带，通过与感应节点的信息交互，实现定位；所述的汇聚节点作为整个网络的协调者，负责组建和管理无线传感网；盲节点、汇聚节点和多个感应节点形成自组织的无线传感网，zigbee无线通信协议采用ZigBee2007/PRO协议。盲节点由需要定位的人员携带。当感应节点检测到人体信号后，会以无线的方式和盲节点进行一系列的信息交互，最终确定人员的位置。本系统具有成本低廉、算法复杂度低、节点通信开销小。
文档编号H04W4/02GK102572695SQ201210018750
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月21日 优先权日2012年1月21日
发明者傅涛, 时斌, 朱晓舒, 齐亮 申请人:江苏博智软件科技有限公司