一种基于ZigBee网络在数字家庭中的定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于ZigBee网络在数字家庭中的定位方法，所述方法包括：对网络参考节点FFD进行位置空间的设置；通过协调器组建成一个完整的定位系统；对被定位的人或物进行定位，并显示在PC端。实施本发明，在ZigBee无线传感网络的基础上来提高定位的精度和抗干扰的能力，来适应数字家庭的定位需要。
【专利说明】一种基于ZigBee网络在数字家庭中的定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及网络定位【技术领域】，具体涉及一种基于ZigBee的无线传感器网络在数字家庭中的定位方法。
【背景技术】
[0002]随着普适计算和分布式通信技术的深入研究，无线网络，通信等技术得到了迅速普及。基于低功耗，自组织，信息感知的无线传感器网络，其监测的事件与物理位置戚戚相关，没有位置信息的数据毫无意义，因此确定信息的位置成为众多应用的迫切要求和关键性问题。室内定位成为当前研究的热点，展现出了巨大的商业前景。如将无线传感器网络布置在数字家庭中对家里的小孩，老人或者动物进行跟踪定位。能对家人进行时刻的观察和保护，防止发生意外。同时也避免了使用高清摄像头所带来的隐私侵犯问题，也能再一定程度上加强了家庭的安防。
[0003]在现有的各种定位技术的基础上，通过成熟的无线信息融合及网络通信的技术，理论和方法，来实现既有高精度，高稳定性，鲁棒性又具备较强适应性的局部区域范围的定位与导航系统是未来的发展趋势。
[0004]基于ZigBee的定位技术主要是采用接收信号强度指示(Received Signal SignalStrength Indication, RSSI)来实现的区域定位。但是目前支持ZigBee协议栈的单片机实现的最大区域为64*64米空间定位，而RSSI定位引擎的分辨率只有0.25米，定位精度在3-5米之间。所以提高ZigBee无线网络定位精度才能更好的满足数字家庭定位的需求。
[0005]目前的定位方案主要是基于RSSI和RSS的ZigBee技术定位方法。首先，需要让被定位的物体携带定位标签，定位标签通过制定的频率不断地发送其携带的信息给附近的基站，基站节点自动读取每个定位标签的携带信息以及信号强度指示值，根据信号强度指示(RSSI)与距离的关系，计算物体的位置。利用权值算法解决有障碍物，电磁，折射等环境下，定位精度偏低问题。
[0006]该技术主要是在三边定位的基础之上加上了权值算法来提高计算上的精准度，物体的每一次移动都要重新计算机物体到各个基站节点的距离，得到物体大致的位置，然后通过权值定位算法进一步提高位置的精确度，减少误差。但是该方法增加了计算的复杂度，大部分时间都用在数学计算上面。而且这种技术很容易受到恶劣天气和外部电磁，信号的干扰。因此必须要在抗干扰的条件下来提高定位的精度和效率。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是要在ZigBee无线传感网络的基础上来提高定位的精度和抗干扰的能力，来适应数字家庭的定位需要。
[0008]相应的，本发明实施例提供了一种基于ZigBee网络在数字家庭中的定位方法，所述方法包括:
[0009]对网络参考节点FFD进行位置空间的设置；[0010]通过协调器组建成一个完整的定位系统；
[0011]对被定位的人或物进行定位，并显示在PC端。
[0012]所述对网络参考节点FFD进行位置空间的设置包括:
[0013]将12个FFD以等距离的方式置于数字家庭的12个地方，使得信号能覆盖整个家庭区域；
[0014]对于首次加入的参考节点，设置它的位置情况，位置信息是对应参考节点的具体位置的，在方案中这里的参考节点输入的是相对位置坐标，当需要绝对坐标时只需要进行一次转换；
[0015]建立参考节点群，将其他的参考节点按相同的方法加入网络，将整个网络中建立起来，形成一个“mesh”网。
[0016]所述通过协调器组建成一个完整的定位系统包括:
[0017]ZigBee协调器通过RS_232串口与PC机取得通信，通过无线方式与参考节点取得通信；
[0018]通过软件，PC机将所有的参考节点形象的显示出来,并显示每个节点初始化得坐标；
[0019]利用软件将PC机显示的区域进行划分设置。
[0020]所述对被定位的人或物进行定位，并显示在PC端包括:
[0021]待定位人员携带RFD设备，进入待测区域，将自动加入网络；
[0022]对待定位节点的参数进行设置，对定位节点的射频参数A值和η值得设置；参数A被定义为用dBm表示的距离发射端Im处接收到得信号强度绝对值；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；
[0023]RFD接受得到邻近所有通过门限的FFD的坐标以及RSSI，通过RSSI算法计算出人员到相应FFD距离，再通过解三角形，计算出人员的近似坐标；计算出多个近似坐标并求平均值；
[0024]RFD通过无线方式透过协调器将自己的坐标上传给PC机，PC端作出响应并形象显示所处位置。
[0025]实施本发明实施例，Zigbee协议可以理解为一种短距离无线传感器网络与控制协议，其优点是传输控制信息，数据量相对来说比较小，特别适用于电池供电的系统，而且Zigbee协议实现起来比较简单,所以由ZigBee无线传感器网络来解决数字家庭的定位应用是非常合适的。本文的目的就是要在ZigBee无线传感网络的基础上来提高定位的精度和抗干扰的能力，来适应数字家庭的定位需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0027]图1是本发明实施例中的基于ZigBee网络在数字家庭中的定位方法流程图；
[0028]图2是本发明实施例中的基于ZigBee网络在数字家庭中的定位系统结构示意图。【具体实施方式】
[0029]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]Zigbee协议可以理解为一种短距离无线传感器网络与控制协议，其优点是传输控制信息，数据量相对来说比较小，特别适用于电池供电的系统，而且Zigbee协议实现起来比较简单，所以由ZigBee无线传感器网络来解决数字家庭的定位应用是非常合适的。本文的目的就是要在ZigBee无线传感网络的基础上来提高定位的精度和抗干扰的能力，来适应数字家庭的定位需要。
[0031]本发明提供了一种基于ZigBee的无线传感器网络在数字家庭中的定位方法，通过对数字家庭区域的环境复杂度了解，选择合适的网络布局以及所需参考节点的个数。图1示出了本发明实施例中的基于ZigBee网络在数字家庭中的定位方法流程图，其包括:
[0032]SlOl:对网络参考节点FFD(Full Function Device，全功能设备)进行位置空间的设置。
[0033]第一步，将12个FFD以等距离的方式置于数字家庭的12个地方，使得信号能覆盖整个家庭区域。
[0034]第二步，对于首次加入的参考节点，设置它的位置情况，位置信息是对应参考节点的具体位置的，在方案中这里的参考节点输入的是相对位置坐标，当需要绝对坐标时只需要进行一次转换。
[0035]第三步，建立参考节点群，将其他的参考节点按相同的方法加入网络，将整个网络中建立起来。形成一个“mesh”网
[0036]S102:通过协调器组建成一个完整的定位系统。
[0037]第一步，ZigBee协调器通过RS_232串口与PC机取得通信，通过无线方式与参考节点取得通信。
[0038]第二步,通过软件,PC机将所有的参考节点形象的显示出来,并显示每个节点初始化得坐标。
[0039]第三步，利用软件将PC机显示的区域进行划分设置。比如划分为“安全区域”，“危险区域”，来实时监控老人或小孩是否踏入“危险的区域”。
[0040]S103:对被定位的人或物进行定位，并显示在PC端。
[0041]第一步,待定位人员携带RFD(Reduced Function Device精简功能设备)(设置有门限)设备，进入待测区域，将自动加入网络。
[0042]第二步，对待定位节点的参数进行设置，主要是对定位节点的射频参数A值和η值得设置。参数A被定义为用dBm表示的距离发射端Im处接收到得信号强度绝对值。η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。
[0043]第三步，RFD接受得到邻近所有通过门限的FFD的坐标以及RSSI，通过RSSI算法计算出人员到相应FFD距离，再通过解三角形，计算出人员的近似坐标。计算出多个近似坐标并求平均值。[0044]第四步，RFD通过无线方式透过协调器将自己的坐标上传给PC机，PC端作出响应并形象显示所处位置，即实现了人员的定位。
[0045]图2示出了本发明实施例中的基于ZigBee网络在数字家庭中的定位结构示意图，其包括=ZigBee网络，主要由FFD设备通过无线连接的方式连接而成，形成一个无线网格网络，该网络覆盖了整个数字家庭的范围。当被定位的物体携带RFD进入该网络时，首先要计算出RFD所处的网格单元。然后在网格内部，通过与RFD相邻的三个参考点的距离，以及是三个参考点的坐标来估算出RFD的位置。并将计算出的坐标通过ZigBee协调器通过传到PC,由PC上的软件来显示出该坐标上的点。这种利用网格划分，将覆盖区域分成12个小的区域在网格单元中进行坐标计算的方法，提高了定位的精确度。
[0046]本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括:只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
[0047]以上对本发明实施例所提供的一种基于ZigBee网络在数字家庭中的定位方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种基于ZigBee网络在数字家庭中的定位方法，其特征在于，所述方法包括: 对网络参考节点FFD进行位置空间的设置； 通过协调器组建成一个完整的定位系统； 对被定位的人或物进行定位，并显示在PC端。
2.如权利要求1所述的基于ZigBee的无线传感器网络在数字家庭中的定位方法，其特征在于，所述对网络参考节点FFD进行位置空间的设置包括: 将12个FFD以等距离的方式置于数字家庭的12个地方，使得信号能覆盖整个家庭区域； 对于首次加入的参考节点，设置它的位置情况，位置信息是对应参考节点的具体位置的，在方案中这里的参考节点输入的是相对位置坐标，当需要绝对坐标时只需要进行一次转换； 建立参考节点群，将其他的参考节点按相同的方法加入网络，将整个网络中建立起来，形成一个“mesh”网。
3.如权利要求2所述的基于ZigBee网络在数字家庭中的定位方法，其特征在于，所述通过协调器组建成一个完整的定位系统包括: ZigBee协调器通过RS_232串口与PC机取得通信，通过无线方式与参考节点取得通?目; 通过软件，PC机将所有的参考节点形象的显示出来,并显示每个节点初始化得坐标； 利用软件将PC机显示的区域进行划分设置。
4.如权利要求3所述的基于ZigBee网络在数字家庭中的定位方法，其特征在于，所述对被定位的人或物进行定位，并显示在PC端包括: 待定位人员携带RFD设备，进入待测区域，将自动加入网络； 对待定位节点的参数进行设置，对定位节点的射频参数A值和η值得设置；参数A被定义为用dBm表示的距离发射端Im处接收到得信号强度绝对值；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； RFD接受得到邻近所有通过门限的FFD的坐标以及RSSI，通过RSSI算法计算出人员到相应FFD距离，再通过解三角形，计算出人员的近似坐标；计算出多个近似坐标并求平均值； RFD通过无线方式透过协调器将自己的坐标上传给PC机，PC端作出响应并形象显示所处位置。
【文档编号】H04W64/00GK103546867SQ201310529337
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】翟振明, 陈松楠, 梁湘武, 黄瑞吟, 罗笑南 申请人:中山大学