ZigBee網絡實現GPS功能
成都無線龍通訊的C51RF-CC2431無線定位開發系統具有ZigBee網絡實現GPS功能,同時提供各種ZigBee(CC2430/CC2431)開發工具。
定位引擎提供ZigBee網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,并能利用現有ZigBee基礎設施計算無線裝置在網絡里的位置,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,只要拿出行動電話或PDA搜尋商品區,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)就像是室內全球衛星定位系統(GPS),利用ZigBee網絡的無線射頻基礎設施計算物品或人員的位置。相較于GPS系統,把定位引擎和微控制器(MCU)全部整合至單晶片射頻收發器,不僅耗電量遠少于GPS硬體,成本更不到其十分之一,且無論在室內或室外,只要有ZigBee網絡的地方就能使用。常見應用包括從屋內不同房間移動時,遙控開燈或關燈;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絡設定,能在新設備加入網路時找出其所在位置。
多數無線傳感器網絡都需一套方法判斷網絡節點的位置,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點。市場上許多解決方案透過軟體計算網絡節點位置,這類系統的節點讀取位置計算所需的參數,然后把信息送到中央資料搜集點,算出位置后再傳回給節點,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絡和少數節點有用,因為執行計算所需的網絡流量會隨著節點數目的指數增加。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絡,可利用分布式定位計算解決這個問題,可先讓網絡節點找出多個已知位置且距離較近的參考節點,然后根據參考節點傳來的信息計算本身的位置,因此,網絡流量將只出現在定位(移動)節點(Blind Node)連接范圍內的節點。另外,由于網絡流量只會隨定位(移動)節點的數目等比例增加,所以同一個網絡可有很多個定位(移動)節點。本文介紹的結果是以ZigBee網絡測量值為基礎,但也適用于較簡單的IEEE 802.15.4網路。
剖析定位引擎技術
定位引擎會根據無線網絡里,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點求取平均值,即可將RSSI的變異量消除。
在無線射頻網絡里,已知位置的定位引擎無線裝置稱為參考節點(Reference Nodes),須要計算其位置的節點稱為定位(移動)節點。參考節點與定位(移動)節點之間須要傳送的信息就是參考節點的X和Y座標以及RSSI值。定位引擎會根據參考節點傳來的訊息測量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點,做為基礎設施架構的一部分。 ZigBee技術提供家庭、辦公室和工業應用無線遙控能力,可廣泛用于家庭和工業自動化應用,且會有更多ZigBee裝置安裝到建筑物的基礎設施,使ZigBee技術更普及化。
典型的辦公室環境可能會利用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點使用,一般而言,ZigBee無線裝置只需很少程式,就能擔任ZigBee協定堆疊之上的參考節點。定位引擎能搜集3至16個參考節點的資料(實際參與計算的較多8個參考節點信息),再利用這些資料計算位置,其若收到超過8個節點的資料,會根據這些參考節點的位置排序,然后使用前面8個節點的RSSI值。
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