ZigBee網(wǎng)絡實現(xiàn)GPS功能
成都無線龍通訊的C51RF-CC2431無線定位開發(fā)系統(tǒng)具有ZigBee網(wǎng)絡實現(xiàn)GPS功能,同時提供各種ZigBee(CC2430/CC2431)開發(fā)工具。
定位引擎提供ZigBee網(wǎng)絡無線裝置高定位精確度,且耗電低,還能減少額外通訊負擔,并能利用現(xiàn)有ZigBee基礎(chǔ)設施計算無線裝置在網(wǎng)絡里的位置,再由中央資料點搜集信息以供追蹤使用,或由使用者啟動此功能引導其在建筑物內(nèi)移動。
想像到一個商場的賣場,想購買一樣稱心的商品,該從那里著手?其實很簡單,如果商場上布置了定位系統(tǒng),只要拿出行動電話或PDA搜尋商品區(qū),行動裝置就會顯示賣場地圖,并且告訴消費者往那個方向走,當消費者穿過賣場時,還會顯示可能感到興趣的商品。
德州儀器(TI)ZigBee無線射頻元件CC2431所含的定位引擎(Location Engine)就像是室內(nèi)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS),利用ZigBee網(wǎng)絡的無線射頻基礎(chǔ)設施計算物品或人員的位置。相較于GPS系統(tǒng),把定位引擎和微控制器(MCU)全部整合至單晶片射頻收發(fā)器,不僅耗電量遠少于GPS硬體,成本更不到其十分之一,且無論在室內(nèi)或室外,只要有ZigBee網(wǎng)絡的地方就能使用。常見應用包括從屋內(nèi)不同房間移動時,遙控開燈或關(guān)燈;裝運碼頭的貨柜追蹤,以及從倉庫追蹤特定貨物。定位引擎還能簡化無線網(wǎng)絡設定,能在新設備加入網(wǎng)路時找出其所在位置。
多數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡都需一套方法判斷網(wǎng)絡節(jié)點的位置,所以使用者必須在安裝時決定應該互相交換的資料,以及應與中央資料搜集點互傳資料的節(jié)點。市場上許多解決方案透過軟體計算網(wǎng)絡節(jié)點位置,這類系統(tǒng)的節(jié)點讀取位置計算所需的參數(shù),然后把信息送到中央資料搜集點,算出位置后再傳回給節(jié)點,這個過程的運算量很龐大,須用到個人電腦或高效能微控制器。
這種計算位置的方式僅對小型網(wǎng)絡和少數(shù)節(jié)點有用,因為執(zhí)行計算所需的網(wǎng)絡流量會隨著節(jié)點數(shù)目的指數(shù)增加。高流量負載和頻寬不足讓這套方法只能用于電池供電的網(wǎng)絡,可利用分布式定位計算解決這個問題,可先讓網(wǎng)絡節(jié)點找出多個已知位置且距離較近的參考節(jié)點,然后根據(jù)參考節(jié)點傳來的信息計算本身的位置,因此,網(wǎng)絡流量將只出現(xiàn)在定位(移動)節(jié)點(Blind Node)連接范圍內(nèi)的節(jié)點。另外,由于網(wǎng)絡流量只會隨定位(移動)節(jié)點的數(shù)目等比例增加,所以同一個網(wǎng)絡可有很多個定位(移動)節(jié)點。本文介紹的結(jié)果是以ZigBee網(wǎng)絡測量值為基礎(chǔ),但也適用于較簡單的IEEE 802.15.4網(wǎng)路。
剖析定位引擎技術(shù)
定位引擎會根據(jù)無線網(wǎng)絡里,相鄰無線裝置傳來的接收信號強度指標(RSSI)計算自己的位置。隨著環(huán)境不同,兩臺無線裝置之間的RSSI信號會有很大差異,舉例來說,若有人在兩臺無線裝置的中間走過,接收信號就可能減少30dBm,為彌補這么大的差異,定位引擎增加多臺無線裝置傳來的RSSI值進行計算,以便得到精確的位置,這種做法的邏輯是利用多個節(jié)點求取平均值,即可將RSSI的變異量消除。
在無線射頻網(wǎng)絡里,已知位置的定位引擎無線裝置稱為參考節(jié)點(Reference Nodes),須要計算其位置的節(jié)點稱為定位(移動)節(jié)點。參考節(jié)點與定位(移動)節(jié)點之間須要傳送的信息就是參考節(jié)點的X和Y座標以及RSSI值。定位引擎會根據(jù)參考節(jié)點傳來的訊息測量RSSI值,配合所收到的X和Y座標計算其位置。
有些定位引擎應用須安裝多個參考節(jié)點,做為基礎(chǔ)設施架構(gòu)的一部分。 ZigBee技術(shù)提供家庭、辦公室和工業(yè)應用無線遙控能力,可廣泛用于家庭和工業(yè)自動化應用,且會有更多ZigBee裝置安裝到建筑物的基礎(chǔ)設施,使ZigBee技術(shù)更普及化。
典型的辦公室環(huán)境可能會利用ZigBee應用裝置控制每間辦公室和會客室的空調(diào)設備及含有溫度感測器的交流電源管線,每個房間還可能有ZigBee控制的電燈開關(guān)及設施,這些不同的設備很容易就能當做定位引擎的參考節(jié)點使用,一般而言,ZigBee無線裝置只需很少程式,就能擔任ZigBee協(xié)定堆疊之上的參考節(jié)點。定位引擎能搜集3至16個參考節(jié)點的資料(實際參與計算的較多8個參考節(jié)點信息),再利用這些資料計算位置,其若收到超過8個節(jié)點的資料,會根據(jù)這些參考節(jié)點的位置排序,然后使用前面8個節(jié)點的RSSI值。
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