專利名稱：基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及室內(nèi)定位系統(tǒng)，特別涉及一種基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
室內(nèi)定位系統(tǒng)在安防、醫(yī)療等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，其實(shí)現(xiàn)的功能也越發(fā)得到人們的認(rèn)可，從而成為各行業(yè)的重要管理工具。相關(guān)的位置服務(wù)包括導(dǎo)航、地域性的廣告、庫存管控、監(jiān)獄監(jiān)控、博物館導(dǎo)覽、以及醫(yī)院嬰兒防盜等。室內(nèi)定位系統(tǒng)是一個構(gòu)建于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的信息監(jiān)控平臺，融合了各種定位算法、無線通訊技術(shù)。利用室內(nèi)定位系統(tǒng)的空間分析功能，可以對人或物體進(jìn)行的行為進(jìn)行有效分析，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的監(jiān)控調(diào)度管理和防盜管理，提高管理效率和管理安全性。ZigBee是基于IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)?，F(xiàn)有的室內(nèi)定位系統(tǒng)包括通信網(wǎng)絡(luò)、若干電子標(biāo)簽以及監(jiān)控中心，電子標(biāo)簽作為室內(nèi)定位系統(tǒng)的重要組成部分，可以作為定位對象的重要識別標(biāo)志，是定位數(shù)據(jù)信息采集的主要途徑，為各種類型的分析管理提供一個直觀的信息支持。常規(guī)的標(biāo)簽若是采用ZigBee模塊設(shè)計，通常都采用其本身自帶的通信協(xié)議規(guī)則，但是由于標(biāo)簽內(nèi)部的ZigBee模塊本身也不斷參與組網(wǎng)，且標(biāo)簽本身處于活動狀態(tài)，如此反反復(fù)復(fù)地不斷加入網(wǎng)絡(luò)、離開網(wǎng)絡(luò)，造成標(biāo)簽通信量大，標(biāo)簽本`身功耗也較高。除此之外，標(biāo)簽數(shù)量過多，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)模較大，網(wǎng)絡(luò)的深度也越高，易引發(fā)網(wǎng)絡(luò)帶寬不足，數(shù)據(jù)包丟失等現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)，可有效降低并發(fā)數(shù)據(jù)量，降低標(biāo)簽功耗，降低丟包率，有效提高網(wǎng)絡(luò)通信可靠性，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于ZigBee的室內(nèi)定位方法，可有效降低并發(fā)數(shù)據(jù)量，降低標(biāo)簽功耗，降低丟包率，有效提高網(wǎng)絡(luò)通信可靠性，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括通信網(wǎng)絡(luò)、若干電子標(biāo)簽以及監(jiān)控中心，通信網(wǎng)絡(luò)包括
網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，用于組網(wǎng)以及和上位機(jī)通信；
若干參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)作為通信網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)位置固定，并與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)星形通訊連接，用以傳遞信息；其中，電子標(biāo)簽不包括在組網(wǎng)之內(nèi)。較佳的，電子標(biāo)簽、若干參考節(jié)點(diǎn)和excitor節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部均包括ZigBee通信模塊，以及低頻射頻觸發(fā)模塊。較佳的，電子標(biāo)簽的低頻射頻觸發(fā)模塊用以發(fā)射信息，參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)的低頻射頻觸發(fā)模塊用以接收信息，電子標(biāo)簽的ZigBee通信模塊不包括在組網(wǎng)之內(nèi)。較佳的，還包括備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，用以防止網(wǎng)絡(luò)癱瘓。一種基于ZigBee的室內(nèi)定位方法,采用上述的基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng),執(zhí)行如下步驟
51、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)；
52、電子標(biāo)簽進(jìn)行信息數(shù)據(jù)采集，并將采集到的信息數(shù)據(jù)實(shí)時上傳至有效射頻范圍內(nèi)的參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)；
53、參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)實(shí)時信息交互；
54、利用已知的參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，借助定位算法完成定位。較佳的，還包括啟用備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的方法，依照以下步驟執(zhí)行
51、上位機(jī)按時檢測網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是否正常；
52、若正常則結(jié)束，反之則推 送損壞信息至監(jiān)控中心；
53、通知備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)開啟檢測；
54、備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)檢測網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是否損壞；
55、若沒損壞則結(jié)束，若損壞則備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)重建網(wǎng)絡(luò)；
56、備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通知上位機(jī)，確認(rèn)重建網(wǎng)絡(luò)后結(jié)束。


圖1為本發(fā)明一種基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明一種基于ZigBee的室內(nèi)定位方法中啟用備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本發(fā)明建立在室內(nèi)定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上，主要由監(jiān)控中心、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)、電子標(biāo)簽四部分組成。參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)可按照建筑內(nèi)部的房間為單位布置，在房間的門口的墻壁上安裝，主要用于接收標(biāo)簽信號，可以參考標(biāo)簽的有效活動范圍。房間四周墻角上安裝參考節(jié)點(diǎn)，作為無線傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)，以便傳輸數(shù)據(jù)和計算標(biāo)簽的位置坐標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)則是根據(jù)建筑覆蓋區(qū)域而定的，必須確保所有參考節(jié)點(diǎn)、excitor節(jié)點(diǎn)、電子標(biāo)簽均在有效信號覆蓋范圍內(nèi)。請參考圖1，室內(nèi)定位系統(tǒng)主要由三部分組成，即通信網(wǎng)絡(luò)、定位對象(人或物)攜帶的電子標(biāo)簽和監(jiān)控中心，通信網(wǎng)絡(luò)按節(jié)點(diǎn)角色又分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明采用ZigBee的硬件模塊為基礎(chǔ)，即遵循IEEE. 802. 15. 4協(xié)議，在此基礎(chǔ)上重新改寫網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，以突破ZigBee本身自帶的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議造成的網(wǎng)絡(luò)帶寬深度及網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)的局限性。本發(fā)明采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)事示意圖見附圖1。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)I作為中心，此處的參考節(jié)點(diǎn)或exc i tor節(jié)點(diǎn)2既是網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)又是終端節(jié)點(diǎn)，該網(wǎng)絡(luò)中的電子標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)3不再參與組網(wǎng)功能，則不屬于網(wǎng)絡(luò)裝置角色之一，其重要功能為信息數(shù)據(jù)采集，上傳，以及作為分辨監(jiān)控對象的唯一標(biāo)識。采取該方法在某種意義上，大幅度增加了網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)規(guī)模。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)I主要用于組網(wǎng)和局域網(wǎng)中上位機(jī)通信；參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)2的位置是固定的，坐標(biāo)是已知的，是信息傳遞的重要樞紐，與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)相互通信，且與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)I連接采用星型通訊方式，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)信息實(shí)時交互。參考節(jié)點(diǎn)主要參與組網(wǎng)和定位計算，excitor節(jié)點(diǎn)除兼具參考節(jié)點(diǎn)的功能外,還將接受來自于標(biāo)簽上傳的信息數(shù)據(jù)，承載著標(biāo)簽行為掌控和室內(nèi)定位環(huán)境劃分的重要作用。電子標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)3則是活動的，位置是隨機(jī)的，處于混雜模式狀態(tài)，時刻將自身信息上傳至有效射頻范圍內(nèi)的參考節(jié)點(diǎn)或exc i tor節(jié)點(diǎn),利用已知參考節(jié)點(diǎn)或exc i tor節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息,借助一定的定位算法確定自身位置，完成自身定位。本實(shí)施例中的無線網(wǎng)絡(luò)模塊均采用頻段為2. 4GHz的CC2530的芯片，該芯片本身資源豐富，且成本低、功耗低，非常適用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)。為解決高頻定位誤差大的問題，故采用125KHz低頻射頻觸發(fā)輔助，以修正定位減少誤差。電子標(biāo)簽、參考節(jié)點(diǎn)和excitor節(jié)點(diǎn)內(nèi)部由ZigBee通信模塊、125KHz低頻觸發(fā)模塊組成。電子標(biāo)簽內(nèi)低頻射頻觸發(fā)為發(fā)射模塊，excitor內(nèi)低頻射頻觸發(fā)則為接收模塊，形成一呼一應(yīng)的無線通信模式。此外，電子標(biāo)簽內(nèi)部的ZigBee通信模塊是不參與組網(wǎng)的。

本方法還采用備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)啟用機(jī)制，請參見附圖2，以解決星型組網(wǎng)方法中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)無法正常工作造成的網(wǎng)絡(luò)癱瘓的致命缺陷。備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)在此處不僅具有防止網(wǎng)絡(luò)癱瘓，有效保證網(wǎng)絡(luò)正常工作外，還可以通過初步檢測判斷原網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)無法正常工作的原因，為維修人員提供參考和便利。如通過檢測兩個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)CPU之間的連接線是否有反應(yīng)，以判斷CPU是否正常，抑或是發(fā)送2. 4GHz信號，用以判斷是無線通信模塊損壞或網(wǎng)絡(luò)連接無效等。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)在正常工作時，上位機(jī)會每5秒主動檢測各網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)工作是否正常，如果檢測到某網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)壞掉，則會啟用備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收原網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的所有工作內(nèi)容
51、上位機(jī)按時檢測網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是否正常；
52、若正常則結(jié)束，反之則推送損壞信息至監(jiān)控中心；
53、通知備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)開啟檢測；
54、備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)檢測網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是否損壞；
55、若沒損壞則結(jié)束，若損壞則備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)重建網(wǎng)絡(luò)；
56、備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通知上位機(jī)，確認(rèn)重建網(wǎng)絡(luò)后結(jié)束。本發(fā)明應(yīng)用方便，組網(wǎng)簡單，部署方便，實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)定位系統(tǒng)中。如醫(yī)院的嬰兒防盜系統(tǒng)和精神病人照看系統(tǒng)等。以上公開的僅為本申請的一個具體實(shí)施例，但本申請并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之 的變化，都應(yīng)落在本申請的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，包括通信網(wǎng)絡(luò)、若干電子標(biāo)簽以及監(jiān)控中心，所述通信網(wǎng)絡(luò)包括 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，用于組網(wǎng)以及和上位機(jī)通信； 若干參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)，作為所述通信網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，所述參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)位置固定，并與所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)星形通訊連接，用以傳遞信息； 其中，所述電子標(biāo)簽不包括在組網(wǎng)之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述電子標(biāo)簽、若干參考節(jié)點(diǎn)和excitor節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部均包括ZigBee通信模塊，以及低頻射頻觸發(fā)模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述電子標(biāo)簽的低頻射頻觸發(fā)模塊用以發(fā)射信息，所述參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)的低頻射頻觸發(fā)模塊用以接收信息，所述電子標(biāo)簽的ZigBee通信模塊不包括在組網(wǎng)之內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，用以防止網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
5.一種基于ZigBee的室內(nèi)定位方法，其特征在于，米用如權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)，執(zhí)行如下步驟 S1、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)； S2、電子標(biāo)簽進(jìn)行信息數(shù)據(jù)采集，并將采集到的信息數(shù)據(jù)實(shí)時上傳至有效射頻范圍內(nèi)的參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)； S3、參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)實(shí)時信息交互； S4、利用已知的參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，借助定位算法完成定位。
6.如權(quán)利要求5所述的基于ZigBee的室內(nèi)定位方法，其特征在于，還包括啟用備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的方法，依照以下步驟執(zhí)行 S1、上位機(jī)按時檢測網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是否正常； S2、若正常則結(jié)束，反之則推送損壞信息至監(jiān)控中心； S3、通知備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)開啟檢測； S4、備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)檢測網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是否損壞； S5、若沒損壞則結(jié)束，若損壞則備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)重建網(wǎng)絡(luò)； S6、備用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通知上位機(jī)，確認(rèn)重建網(wǎng)絡(luò)后結(jié)束。
全文摘要
一種基于ZigBee的室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法，包括通信網(wǎng)絡(luò)、若干電子標(biāo)簽以及監(jiān)控中心，通信網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，用于組網(wǎng)以及和上位機(jī)通信；若干參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)作為通信網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，參考節(jié)點(diǎn)或excitor節(jié)點(diǎn)位置固定，并與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)星形通訊連接，用以傳遞信息；其中，電子標(biāo)簽不包括在組網(wǎng)之內(nèi)。采用本發(fā)明可有效降低并發(fā)數(shù)據(jù)量，降低標(biāo)簽功耗，降低丟包率，有效提高網(wǎng)絡(luò)通信可靠性，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)。
文檔編號H04W64/00GK103068037SQ20121053841
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者繆慶嶸, 魏云東 申請人:上海京頤信息科技有限公司