发表于：2009/6/26 13:42:47
#0楼
基于CC2431的Zigbee定位算法剖析
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。
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。
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。
2.2系统中的设备
上图中是一个定位的典型布局和使用，下面通过该图讲解定位的实现过程，在图中右上角小圆点做为网关节点，该节点是整个网络的起始，在建立好网络以后，它就只要负责管理网络中的其他设备，并作为Zigbee和PC之间的桥梁。
黄色的小圆点在系统中作为参考节点使用，除了为盲节点提供坐标参考和信号强度值外，这些小圆点还要负责整个网络的通讯链路，它们每一个设备都具有路由的功能，所以它们也是一个路由器。每个参考节点都会有自己的坐标信息，这些信息是用来提供盲节点计算位置的重要参考依据。
红色的小圆点在系统中作为盲节点使用，这个设备可以为路由器，也可以为终端设备，可以根据具体的情况改变，使用路由器可以让实时性更好，使用终端设备可以做低功耗，让能源得到更合理的应用。
2.3盲节点坐标的计算流程和方法
盲节点坐标的计算通过CC2431的定位引擎实现，这个定位引擎通过硬件计算出坐标值，然后放在相应的寄存器中，我们只需要提供定位引擎需要的参数就可以了。
首先，盲节点发起计算的请求，它会向附近的参考节点广播一个信息，参考节点接收到信息后会将此次通讯收获取的信号强度值收集，这样连续发生多次（一般是8次），然后参考节点会将这8次信号强度值求平均值，然后连同自己的坐标发送给盲节点。
盲节点收到这些信息后，选择三个或多于三个参考节点之中，信号最好的参考节点信息备用，然后再加入设置的A值和N值（A值：定位节点到一个参考节点一米之间通讯的信号强度值；N值定位节点远离参考节点一米后衰减的信号强度值）最后启动定位引擎，开始计算位置信息。
参考系统C51RF-CC2431-ZDK相关信息见http://www.wxlsoc.com/product/shows.aspx?id=9
更多交流QQ:997968255 电话86-021-63531277
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。
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。
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。
2.2系统中的设备
上图中是一个定位的典型布局和使用，下面通过该图讲解定位的实现过程，在图中右上角小圆点做为网关节点，该节点是整个网络的起始，在建立好网络以后，它就只要负责管理网络中的其他设备，并作为Zigbee和PC之间的桥梁。
黄色的小圆点在系统中作为参考节点使用，除了为盲节点提供坐标参考和信号强度值外，这些小圆点还要负责整个网络的通讯链路，它们每一个设备都具有路由的功能，所以它们也是一个路由器。每个参考节点都会有自己的坐标信息，这些信息是用来提供盲节点计算位置的重要参考依据。
红色的小圆点在系统中作为盲节点使用，这个设备可以为路由器，也可以为终端设备，可以根据具体的情况改变，使用路由器可以让实时性更好，使用终端设备可以做低功耗，让能源得到更合理的应用。
2.3盲节点坐标的计算流程和方法
盲节点坐标的计算通过CC2431的定位引擎实现，这个定位引擎通过硬件计算出坐标值，然后放在相应的寄存器中，我们只需要提供定位引擎需要的参数就可以了。
首先，盲节点发起计算的请求，它会向附近的参考节点广播一个信息，参考节点接收到信息后会将此次通讯收获取的信号强度值收集，这样连续发生多次（一般是8次），然后参考节点会将这8次信号强度值求平均值，然后连同自己的坐标发送给盲节点。
盲节点收到这些信息后，选择三个或多于三个参考节点之中，信号最好的参考节点信息备用，然后再加入设置的A值和N值（A值：定位节点到一个参考节点一米之间通讯的信号强度值；N值定位节点远离参考节点一米后衰减的信号强度值）最后启动定位引擎，开始计算位置信息。
参考系统C51RF-CC2431-ZDK相关信息见http://www.wxlsoc.com/product/shows.aspx?id=9
更多交流QQ:997968255 电话86-021-63531277
