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基于RFID与ZigBee的室内定位跟踪技术研究

作　者: 叶涛
导　师: 林景栋
学　校: 重庆大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 室内定位 RFID ZigBee 最大邻居节点节点相似度
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着人们生活水平的不断提高和信息技术的不断进步,人们对基于位置的信息服务需求日益强烈,GPS卫星定位技术已经逐渐成为了日常生活中获取位置信息的一种重要手段。然而由于室内环境的复杂性和多变性等特点,使得在与人们生活联系更加紧密的室内环境中反而缺少一种可以有效解决室内环境中人员物品跟踪定位的技术手段,室内环境中的人员跟踪定位问题也成为了当前信息技术研究的一个热门问题。针对室内环境无线电波传播损耗受室内环境因素较多,采用ZigBee技术无法获得较为理想的室内定位效果,论文提出了基于RFID与ZigBee的室内高精度跟踪定位总体方案,利用RFID技术实现对待定位目标可能存在的区域位置进行估算,在区域估算的基础上选择相应的信标节点利用RSSI测距定位技术对待定位目标的位置进行定位;针对室内无线传播的多径效应、节点自身特性的影响、节点分布的影响对RSSI测距算法的影响,论文通过分析室内无线电波传播的特征,采用基于统计理论的室内无线电波路径损耗模型,实现了对室内环境无线传播模型的建立;基于ZigBee和RFID的室内高精度跟踪定位算法包含RFID的区域定位算法和RSSI测距算法,针对基于RFID的LANDMARC区域定位效率低、与节点位置关联性差的问题,论文提出了基于最近邻居的LANDMARC改进定位算法,提高了RFID区域定位的可靠性和准确性;针对影响RSSI测距定位结果的主要因素是无线电波在室内环境中路径损耗模型描述的不准确性,论文提出了基于无线传感网络节点相似度的室内定位算法,大大地减小了路径损耗模型的不准确性对定位结果所带来的影响。仿真结果验证了论文所提出的基于ZigBee和RFID的室内高精度跟踪定位算法比RSSI定位算法和LANDMARC算法具有更好的定位效果。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 引言  8
  1.2 课题研究背景及国内外研究现状  8-11
    1.2.1 课题研究背景  8-10
    1.2.2 室内定位技术的研究现状  10-11
  1.3 课题研究意义  11-12
  1.4 论文主要研究内容  12-13
  1.5 本章小结  13-14
2 基于 RFID 与 ZigBee 的高精度室内跟踪定位方案设计  14-32
  2.1 室内环境人员跟踪定位的基本要求  14
  2.2 室内环境人员跟踪定位的需求分析  14-25
    2.2.1 典型的室内定位技术机理的分析  15-17
    2.2.2 常用的室内定位算法分析  17-22
    2.2.3 基于距离定位算法数学模型分析  22-25
  2.3 ZigBee 技术分析  25-28
    2.3.1 ZigBee 技术协议架构  26-27
    2.3.2 ZigBee 网络拓扑结构  27-28
  2.4 RFID 技术分析  28-31
    2.4.1 RFID 基本概念  28
    2.4.2 RFID 系统基本组成  28-29
    2.4.3 RFID 的工作原理及分类  29-31
  2.5 基于RFID 与ZigBee 技术的高精度室内跟踪定位方案  31
  2.6 本章小结  31-32
3 基于统计理论的室内无线电波传播模型的研究  32-45
  3.1 概述  32
  3.2 室内无线电波传播特征  32-33
  3.3 影响RSSI 测距的主要因素分析  33-41
    3.3.1 多径效应  33-36
    3.3.2 节点自身特性分析  36-38
    3.3.3 噪声和干扰  38-39
    3.3.4 信标节点分布分析  39-41
  3.4 基于统计理论的室内无线电波传播模型的分析  41-44
    3.4.1 自由空间中的无线电波传输路径损耗分析  41-42
    3.4.2 基于统计理论的室内无线电波路径损耗的经验模型  42-44
  3.5 本章小结  44-45
4 基于 RFID 与 ZigBee 的室内跟踪定位算法  45-59
  4.1 概述  45
  4.2 基于RFID 与ZigBee 技术的室内跟踪定位算法流程  45-46
  4.3 基于RFID 的LANDMARC 改进定位算法  46-50
    4.3.1 LANDMARC 算法原理  46-48
    4.3.2 基于最近邻居的LANDMARC 定位改进算法  48-50
  4.4 基于无线传感器网络节点相似度的室内定位算法  50-56
    4.4.1 基于网络节点相似度定位原理  50
    4.4.2 定位算法描述  50-54
    4.4.3 基于节点相似度的定位算法实验分析  54-56
  4.5 基于RFID 与ZigBee 的室内跟踪定位结果自校正过程  56-58
    4.5.1 定位误差定义  56
    4.5.2 RSSI 测距自校正模型分析  56-57
    4.5.3 基于节点相似度的信标节点定位自校正模型分析  57-58
    4.5.4 定位结果确定  58
  4.6 本章小结  58-59
5 基于 RFID 与 ZigBee 的室内跟踪定位算法实验验证与分析  59-65
  5.1 概述  59
  5.2 实验平台及实验环境设置  59-61
    5.2.1 JN5121 实验平台  59-60
    5.2.2 实验环境设置  60-61
  5.3 定位跟踪效果分析  61-64
    5.3.1 定位效果分析  61-63
    5.3.2 跟踪效果分析  63-64
  5.4 本章小结  64-65
6 论文结论与展望  65-66
  6.1 论文结论  65
  6.2 室内定位技术展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录  70
  作者在攻读学位期间发表的论文目录  70

基于RFID与ZigBee的室内定位跟踪技术研究

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