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1. Zigbee簡(jiǎn)介
1.1 Zigbee是什么
Zigbee是一個(gè)由可多到65535個(gè)無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線(xiàn)數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，十分類(lèi)似現(xiàn)有的移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類(lèi)似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾公里；另外整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。例如，你可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在北京監(jiān)控云南某地的一個(gè)Zigbee控制網(wǎng)絡(luò)。
不同的是，Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立；每個(gè)移動(dòng)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)元人民幣以上，而每個(gè)Zigbee“基站”卻不到100元人民幣;每個(gè)Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以與監(jiān)控對(duì)對(duì)象，例如傳感器連接直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，它還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料; 除此之外，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（FFD）還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)（RFD）無(wú)線(xiàn)連接。
1.2 Zigbee技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
Zigbee技術(shù)的目標(biāo)就是針對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化，遙測(cè)遙控，汽車(chē)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療護(hù)理等,例如燈光自動(dòng)化控制，傳感器的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，油田，電力，礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。另外它還可以對(duì)局部區(qū)域內(nèi)固定或移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位。
通常，符合如下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用Zigbee技術(shù)做無(wú)線(xiàn)傳輸：
1． 需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多；
2． 要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，而要求設(shè)備成本低；
3． 要求數(shù)據(jù)傳輸可性高，安全性高；
4． 設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；
5． 電池供電；
6． 地形復(fù)雜，監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；
7． 現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)；
8． 使用現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪b測(cè)遙控系統(tǒng)。
9． 使用GPS效果差，或成本太高的局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位應(yīng)用。
1.3 Zigbee 技術(shù)的特點(diǎn)
省電：兩節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間
可靠：采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃?/P>
時(shí)延短：針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短
網(wǎng)絡(luò)容量大：可支持達(dá)65535個(gè)節(jié)點(diǎn)。
安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用通用的AES-128。高保密性：64位出廠編號(hào)和支持AES-128加密。
2. 位置計(jì)算的實(shí)現(xiàn)
2.1系統(tǒng)介紹
下面以上海無(wú)線(xiàn)龍/隨樂(lè)電子科技有限公司提供的無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)C51RF-CC2431-ZDK (下面簡(jiǎn)稱(chēng)ZDK) 為例，介紹如何利用Zigbee實(shí)現(xiàn)定位。
ZDK是一套建立在CC2430/CC2431平臺(tái)上，基于Zigbee2006協(xié)議規(guī)范的無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)以0.25m為無(wú)線(xiàn)定位分辨率。在監(jiān)獄人員管理系統(tǒng)、集裝箱運(yùn)輸跟蹤系統(tǒng)、長(zhǎng)距離RFID系統(tǒng)、車(chē)輛管理系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)會(huì)運(yùn)動(dòng)員的計(jì)時(shí)計(jì)圈系統(tǒng)、城市公交智能站臺(tái)、車(chē)輛調(diào)度的智能管理系統(tǒng)、列車(chē)/車(chē)廂自動(dòng)抄號(hào)、調(diào)度管理系統(tǒng)、小區(qū)/工廠門(mén)禁系統(tǒng)等方面有廣泛應(yīng)用前景。
該系統(tǒng)以3-12個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)最大區(qū)域?yàn)?3.75X63.75米的無(wú)線(xiàn)定位網(wǎng)。參考節(jié)點(diǎn)之間，通過(guò)802.15.4/ZigBee無(wú)線(xiàn)通訊標(biāo)準(zhǔn)，保持無(wú)線(xiàn)聯(lián)系，通過(guò)上位機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全部參考節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)參數(shù)配置。
2.2系統(tǒng)中的設(shè)備
上圖中是一個(gè)定位的典型布局和使用，下面通過(guò)該圖講解定位的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，在圖中右上角小圓點(diǎn)做為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的起始，在建立好網(wǎng)絡(luò)以后，它就只要負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備，并作為Zigbee和PC之間的橋梁。
*的小圓點(diǎn)在系統(tǒng)中作為參考節(jié)點(diǎn)使用，除了為盲節(jié)點(diǎn)提供坐標(biāo)參考和信號(hào)強(qiáng)度值外，這些小圓點(diǎn)還要負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通訊鏈路，它們每一個(gè)設(shè)備都具有路由的功能，所以它們也是一個(gè)路由器。每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)都會(huì)有自己的坐標(biāo)信息，這些信息是用來(lái)提供盲節(jié)點(diǎn)計(jì)算位置的重要參考依據(jù)。
紅色的小圓點(diǎn)在系統(tǒng)中作為盲節(jié)點(diǎn)使用，這個(gè)設(shè)備可以為路由器，也可以為終端設(shè)備，可以根據(jù)具體的情況改變，使用路由器可以讓實(shí)時(shí)性更好，使用終端設(shè)備可以做低功耗，讓能源得到更合理的應(yīng)用。
2.3盲節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算流程和方法
盲節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算通過(guò)CC2431的定位引擎實(shí)現(xiàn)，這個(gè)定位引擎通過(guò)硬件計(jì)算出坐標(biāo)值，然后放在相應(yīng)的寄存器中，我們只需要提供定位引擎需要的參數(shù)就可以了。
首先，盲節(jié)點(diǎn)發(fā)起計(jì)算的請(qǐng)求，它會(huì)向附近的參考節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)信息，參考節(jié)點(diǎn)接收到信息后會(huì)將此次通訊收獲取的信號(hào)強(qiáng)度值收集，這樣連續(xù)發(fā)生多次（一般是8次），然后參考節(jié)點(diǎn)會(huì)將這8次信號(hào)強(qiáng)度值求平均值，然后連同自己的坐標(biāo)發(fā)送給盲節(jié)點(diǎn)。
盲節(jié)點(diǎn)收到這些信息后，選擇三個(gè)或多于三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)之中，信號(hào)最好的參考節(jié)點(diǎn)信息備用，然后再加入設(shè)置的A值和N值（A值：定位節(jié)點(diǎn)到一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)一米之間通訊的信號(hào)強(qiáng)度值；N值定位節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離參考節(jié)點(diǎn)一米后衰減的信號(hào)強(qiáng)度值）最后啟動(dòng)定位引擎，開(kāi)始計(jì)算位置信息
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