专利名称：基于ZigBee的室内定位系统及方法
技术领域：
本发明涉及室内定位系统，特别涉及一种基于ZigBee的室内定位系统及方法。
背景技术：
室内定位系统在安防、医疗等行业得到广泛应用，其实现的功能也越发得到人们的认可，从而成为各行业的重要管理工具。相关的位置服务包括导航、地域性的广告、库存管控、监狱监控、博物馆导览、以及医院婴儿防盗等。室内定位系统是一个构建于无线传感网络的信息监控平台，融合了各种定位算法、无线通讯技术。利用室内定位系统的空间分析功能，可以对人或物体进行的行为进行有效分析，从而实现科学合理的监控调度管理和防盗管理，提高管理效率和管理安全性。ZigBee是基于IEEE802. 15. 4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。现有的室内定位系统包括通信网络、若干电子标签以及监控中心，电子标签作为室内定位系统的重要组成部分，可以作为定位对象的重要识别标志，是定位数据信息采集的主要途径，为各种类型的分析管理提供一个直观的信息支持。常规的标签若是采用ZigBee模块设计，通常都采用其本身自带的通信协议规则，但是由于标签内部的ZigBee模块本身也不断参与组网，且标签本身处于活动状态，如此反反复复地不断加入网络、离开网络，造成标签通信量大，标签本`身功耗也较高。除此之外，标签数量过多，网络节点规模较大，网络的深度也越高，易引发网络带宽不足，数据包丢失等现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于ZigBee的室内定位系统，可有效降低并发数据量，降低标签功耗，降低丢包率，有效提高网络通信可靠性，实现大规模组网。本发明所要解决的技术问题是提供一种基于ZigBee的室内定位方法，可有效降低并发数据量，降低标签功耗，降低丢包率，有效提高网络通信可靠性，实现大规模组网。本发明通过以下技术方案实现
一种基于ZigBee的室内定位系统，包括通信网络、若干电子标签以及监控中心，通信网络包括
网络协调器节点，用于组网以及和上位机通信；
若干参考节点或excitor节点作为通信网络的路由节点和终端节点，参考节点或excitor节点位置固定，并与网络协调器节点星形通讯连接，用以传递信息；其中，电子标签不包括在组网之内。较佳的，电子标签、若干参考节点和excitor节点的内部均包括ZigBee通信模块，以及低频射频触发模块。较佳的，电子标签的低频射频触发模块用以发射信息，参考节点或excitor节点的低频射频触发模块用以接收信息，电子标签的ZigBee通信模块不包括在组网之内。较佳的，还包括备用网络协调器节点，用以防止网络瘫痪。一种基于ZigBee的室内定位方法,采用上述的基于ZigBee的室内定位系统,执行如下步骤
51、网络协调器节点进行组网；
52、电子标签进行信息数据采集，并将采集到的信息数据实时上传至有效射频范围内的参考节点或excitor节点；
53、参考节点或excitor节点与网络协调器节点实时信息交互；
54、利用已知的参考节点或excitor节点的坐标信息，借助定位算法完成定位。较佳的，还包括启用备用网络协调器节点的方法，依照以下步骤执行
51、上位机按时检测网络协调器节点是否正常；
52、若正常则结束，反之则推 送损坏信息至监控中心；
53、通知备用网络协调器节点开启检测；
54、备用网络协调器节点检测网络协调器节点是否损坏；
55、若没损坏则结束，若损坏则备用网络协调器节点与网络协调器节点重建网络；
56、备用网络协调器节点通知上位机，确认重建网络后结束。
图1为本发明一种基于ZigBee的室内定位系统的结构示意 图2为本发明一种基于ZigBee的室内定位方法中启用备用网络协调器节点的方法的流程图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本发明建立在室内定位系统基础上，主要由监控中心、网络协调器节点、参考节点或excitor节点、电子标签四部分组成。参考节点或excitor节点可按照建筑内部的房间为单位布置，在房间的门口的墙壁上安装，主要用于接收标签信号，可以参考标签的有效活动范围。房间四周墙角上安装参考节点，作为无线传感网的网络路由节点，以便传输数据和计算标签的位置坐标。网络协调器节点则是根据建筑覆盖区域而定的，必须确保所有参考节点、excitor节点、电子标签均在有效信号覆盖范围内。请参考图1，室内定位系统主要由三部分组成，即通信网络、定位对象(人或物)携带的电子标签和监控中心，通信网络按节点角色又分为网络协调节点、路由节点和终端节点。本发明采用ZigBee的硬件模块为基础，即遵循IEEE. 802. 15. 4协议，在此基础上重新改写网络通信协议，以突破ZigBee本身自带的网络协议造成的网络带宽深度及网络终端节点的局限性。本发明采用星型网络结构，其结构事示意图见附图1。网络协调器节点I作为中心，此处的参考节点或exc i tor节点2既是网络中的路由节点又是终端节点，该网络中的电子标签节点3不再参与组网功能，则不属于网络装置角色之一，其重要功能为信息数据采集，上传，以及作为分辨监控对象的唯一标识。采取该方法在某种意义上，大幅度增加了网络的组网规模。网络协调器节点I主要用于组网和局域网中上位机通信；参考节点或excitor节点2的位置是固定的，坐标是已知的，是信息传递的重要枢纽，与网络协调器节点相互通信，且与网络协调器节点I连接采用星型通讯方式，实现点对点信息实时交互。参考节点主要参与组网和定位计算，excitor节点除兼具参考节点的功能外,还将接受来自于标签上传的信息数据，承载着标签行为掌控和室内定位环境划分的重要作用。电子标签节点3则是活动的，位置是随机的，处于混杂模式状态，时刻将自身信息上传至有效射频范围内的参考节点或exc i tor节点,利用已知参考节点或exc i tor节点的坐标信息,借助一定的定位算法确定自身位置，完成自身定位。本实施例中的无线网络模块均采用频段为2. 4GHz的CC2530的芯片，该芯片本身资源丰富，且成本低、功耗低，非常适用于无线传感网络。为解决高频定位误差大的问题，故采用125KHz低频射频触发辅助，以修正定位减少误差。电子标签、参考节点和excitor节点内部由ZigBee通信模块、125KHz低频触发模块组成。电子标签内低频射频触发为发射模块，excitor内低频射频触发则为接收模块，形成一呼一应的无线通信模式。此外，电子标签内部的ZigBee通信模块是不参与组网的。
本方法还采用备用网络协调器节点启用机制，请参见附图2，以解决星型组网方法中网络协调器节点无法正常工作造成的网络瘫痪的致命缺陷。备用网络协调器节点在此处不仅具有防止网络瘫痪，有效保证网络正常工作外，还可以通过初步检测判断原网络协调器节点无法正常工作的原因，为维修人员提供参考和便利。如通过检测两个网络协调器节点CPU之间的连接线是否有反应，以判断CPU是否正常，抑或是发送2. 4GHz信号，用以判断是无线通信模块损坏或网络连接无效等。网络协调器节点在正常工作时，上位机会每5秒主动检测各网络协调器节点工作是否正常，如果检测到某网络协调器节点坏掉，则会启用备用网络协调器节点接收原网络协调器节点的所有工作内容
51、上位机按时检测网络协调器节点是否正常；
52、若正常则结束，反之则推送损坏信息至监控中心；
53、通知备用网络协调器节点开启检测；
54、备用网络协调器节点检测网络协调器节点是否损坏；
55、若没损坏则结束，若损坏则备用网络协调器节点与网络协调器节点重建网络；
56、备用网络协调器节点通知上位机，确认重建网络后结束。本发明应用方便，组网简单，部署方便，实用性强，可广泛应用于各种室内定位系统中。如医院的婴儿防盗系统和精神病人照看系统等。以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之 的变化，都应落在本申请的保护范围内。
权利要求
1.一种基于ZigBee的室内定位系统，其特征在于，包括通信网络、若干电子标签以及监控中心，所述通信网络包括 网络协调器节点，用于组网以及和上位机通信； 若干参考节点或excitor节点，作为所述通信网络的路由节点和终端节点，所述参考节点或excitor节点位置固定，并与所述网络协调器节点星形通讯连接，用以传递信息； 其中，所述电子标签不包括在组网之内。
2.如权利要求1所述的基于ZigBee的室内定位系统，其特征在于，所述电子标签、若干参考节点和excitor节点的内部均包括ZigBee通信模块，以及低频射频触发模块。
3.如权利要求2所述的基于ZigBee的室内定位系统，其特征在于，所述电子标签的低频射频触发模块用以发射信息，所述参考节点或excitor节点的低频射频触发模块用以接收信息，所述电子标签的ZigBee通信模块不包括在组网之内。
4.如权利要求1所述的基于ZigBee的室内定位系统，其特征在于，还包括备用网络协调器节点，用以防止网络瘫痪。
5.一种基于ZigBee的室内定位方法，其特征在于，米用如权利要求1所述的基于ZigBee的室内定位系统，执行如下步骤 S1、网络协调器节点进行组网； S2、电子标签进行信息数据采集，并将采集到的信息数据实时上传至有效射频范围内的参考节点或excitor节点； S3、参考节点或excitor节点与网络协调器节点实时信息交互； S4、利用已知的参考节点或excitor节点的坐标信息，借助定位算法完成定位。
6.如权利要求5所述的基于ZigBee的室内定位方法，其特征在于，还包括启用备用网络协调器节点的方法，依照以下步骤执行 S1、上位机按时检测网络协调器节点是否正常； S2、若正常则结束，反之则推送损坏信息至监控中心； S3、通知备用网络协调器节点开启检测； S4、备用网络协调器节点检测网络协调器节点是否损坏； S5、若没损坏则结束，若损坏则备用网络协调器节点与网络协调器节点重建网络； S6、备用网络协调器节点通知上位机，确认重建网络后结束。
全文摘要
一种基于ZigBee的室内定位系统及方法，包括通信网络、若干电子标签以及监控中心，通信网络包括网络协调器节点，用于组网以及和上位机通信；若干参考节点或excitor节点作为通信网络的路由节点和终端节点，参考节点或excitor节点位置固定，并与网络协调器节点星形通讯连接，用以传递信息；其中，电子标签不包括在组网之内。采用本发明可有效降低并发数据量，降低标签功耗，降低丢包率，有效提高网络通信可靠性，实现大规模组网。
文档编号H04W64/00GK103068037SQ20121053841
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者缪庆嵘, 魏云东 申请人:上海京颐信息科技有限公司