原创基于CC2431的Zigbee定位算法剖析

 2008-11-21 23:14  1034 4 4 分类: 通信

1. Zigbee简介

1.1 Zigbee是什么

Zigbee是一个由可多到65535个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个Zigbee控制网络。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

不同的是，Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立，而移动通信网主要是为语音通信而建立；每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee“基站”却不到100元人民币;每个Zigbee 网络节点不仅本身可以与监控对对象，例如传感器连接直接进行数据采集和监控，它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。

1.2 Zigbee技术的应用领域

Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等,例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内固定或移动目标进行定位。

通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输：　　

1．需要数据采集或监控的网点多；

2．要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；

3．要求数据传输可性高，安全性高；

4．设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；

5．电池供电；

6．地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；

7．现有移动网络的覆盖盲区；

8．使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。

9．使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。

1.3 Zigbee 技术的特点

省电：两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时间　　

可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性　

时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短

网络容量大：可支持达65535个节点。

安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128。高保密性：64位出厂编号和支持AES-128加密。

2. 位置计算的实现

2.1系统介绍

下面以上海无线龙/随乐电子科技有限公司提供的无线实时定位系统C51RF-CC2431-ZDK (下面简称ZDK) 为例，介绍如何利用Zigbee实现定位。

ZDK是一套建立在CC2430/CC2431平台上，基于Zigbee2006协议规范的无线实时定位系统。该系统以0.25m为无线定位分辨率。在监狱人员管理系统、集装箱运输跟踪系统、长距离RFID系统、车辆管理系统、人员管理系统、运动会运动员的计时计圈系统、城市公交智能站台、车辆调度的智能管理系统、列车/车厢自动抄号、调度管理系统、小区/工厂门禁系统等方面有广泛应用前景。

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该系统以3-12个参考节点，构成一个最大区域为63.75X63.75米的无线定位网。参考节点之间，通过802.15.4/ZigBee无线通讯标准，保持无线联系，通过上位机软件可以实现对全部参考节点的无线参数配置。