于RSSI測距定位算法探究

引言
　　ZigBee技術(shù)中定義了3種設(shè)備：協(xié)調(diào)器（Coordinator），路由器（Router）和終端設(shè)備（EndDevice）。協(xié)調(diào)器主要負(fù)責(zé)啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；路由器的功能主要是允許其他設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)及多跳路由等；終端設(shè)備一般沒有特定的維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的責(zé)任。ZigBee技術(shù)通過這3種設(shè)備可以構(gòu)成一個(gè)移動(dòng)自組織的網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用在家庭、環(huán)境監(jiān)測、工農(nóng)業(yè)等場合［1］。目前的定位技術(shù)總體上可以分為基于測距技術(shù)與無需測距技術(shù)。前者定位精度較高，后者實(shí)現(xiàn)起來比較簡單。在測距技術(shù)中，有基于接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）、基于到達(dá)時(shí)間差（TOA）、基于不同波的到達(dá)時(shí)間差（TDOA）以及到達(dá)角度差（AOA）等［24］。在這幾種測距技術(shù)中，基于RSSI的測距技術(shù)將接收到的信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)之間的距離，不需要額外的硬件和數(shù)據(jù)交換，有成本低、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合CC2430/CC2431芯片，設(shè)計(jì)了一種基于RSSI的測距定位算法。
　　1　RSSI測距的實(shí)現(xiàn)原理
　　基于RSSI的測距技術(shù)是利用無線電信號(hào)隨距離增大而有規(guī)律地衰減的原理來測量節(jié)點(diǎn)間的距離的。接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI與傳輸距離d的關(guān)系如下所示［5，8］：RSSI=-（10×n×lgd+A）（1）式中，n表示信號(hào)傳播常數(shù)，也叫傳播系數(shù)；d表示與發(fā)送者的距離；A表示距發(fā)送者1 m時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度。測距精度的高低受到n與A實(shí)際取值大小的影響較大。A是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，可以通過測量距離發(fā)送者1 m處的RSSI 值得到。n是用來描述信號(hào)強(qiáng)度隨距離增加而遞減的參量，n的大小依賴具體的環(huán)境。為了得到最優(yōu)的n值，可以先放置好所有的參考節(jié)點(diǎn)，然后嘗試用不同的n_index值找到最適合這個(gè)具體環(huán)境的n值。
　　2　節(jié)點(diǎn)組成的定位網(wǎng)絡(luò)
　　2.1　CC2430/CC2431芯片介紹
　　CC2430/CC2431是Chipcon公司（現(xiàn)被TI收購）推出的針對(duì)IEEE 802.15.4/ZigBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)，其內(nèi)部集成了工作在24 GHz的射頻收發(fā)器，擁有低功耗的8051 MCU內(nèi)核、128 KB可編程Flash ROM和8 KB RAM，還有A/D轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器等。另外，CC2431片上系統(tǒng)由CC2430加上Motorola公司基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線定位引擎組成。其定位引擎支持3～l6個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的定位運(yùn)算，最高精度可達(dá)05 m；定位時(shí)間少于40 μs，定位區(qū)域?yàn)?4 m×64 m，定位誤差為3～5 m，與一般軟件定位相比，具有定位速度快、定位準(zhǔn)確度高、消耗CPU資源少的特點(diǎn)［6］。
　　CC2430/CC2431主要外圍電路圖如圖1所示。
　　
　　圖1　CC2430/CC2431主要外圍電路圖