无线传感器网络的室内定位节点设计

ZigBee系统任务在TI公司提供的Z—Stack协议栈的基础上设计实现。ZigBee协议从上到下由应用层APS、网络层NWK、媒体访问控制层MAC和物理层PHY组成。应用层的主要功能与定位信息的采集与传输密切相关。网络层的功能包括配置设备、路由发现和维护，确保数据安全、有效地传输到目的设备。媒体访问控制层MAC控制着设备接入无线信道的时间和方法，确保数据链的可靠性。物理层PHY主要实现数据的发送和接收，完成信道的评估和射频信号能量的测量。应用层APS数据从一个ZigBee设备发送到另一个ZigBee设备，是一个层次封装，然后层次解析的过程。数据传递流程如图6所示。

3．2 ZigBee软件设计
节点加入ZigBee网络运行是定位系统运行的基础，关系到定位数据的可靠性和系统的稳定性。节点上电后，首先进行硬件初始化和网络初始化。节点加入网络的过程如下：节点在预先设定的信道上资料存入自己的相邻表。在相邻表所有父节点中选择一个深度最小的，并对其发出入网请求信息。如果发出的请求被批准，父节点会分配给它一个2字节的网络地址，此时入网成功；如果请求失败，那么重新查找相邻表，继续发送请求信息，直到加入网络或相邻表中都没有合适的父节点，则入网失败，中止过程。

当节点与网络链接中断，则需要重新入网，这类节点被称为孤节点。孤节点的相邻表中存有原父节点的信息，它可以直接给原父节点发送加入网络的请求信息。如果父节点有能力同意它加入，则直接告之它以前被分配的网络地址，孤节点重新入网成功；如果此时原父节点的网络地址已经分配满，父节点便无法批准它加入网络，孤节点只能以新节点的身份重新寻找并加入网络。孤节点的入网处理方法对于定位系统稳定和数据可靠具有重要意义。
ZigBee节点加入网络的流程图如图7所示。

节点在ZigBee网络内的数据传输是系统定位的关键。ZigBee定位网络存在两种数据的交互：RSSI特征信息数据和定位信息数据。簇ID是ZigBee协议定义的重要配置信息，用于区分ZigBee网络传输中不同的数据类型。盲节点向参考节点发送自身特征信息数据时采用的簇ID为GETRSSI—CLU，参考节点向协调器转发定位信息数据时使用的簇ID为INFO—CLU。
ZigBee数据的发送通过调用AF_DataRequest()函数实现。ZigBee数据的接收由Z—Stack完成，接收数据完成后协议栈触发SYS_EVENT_MSG事件和AF_INCOMING_MSG_CMD消息，OSAL在接收到该事件和消息后，调用用户应用任务进行后续处理。
3．3 软件流程
节点加入网络后，通过应用任务进行程序设计，实现节点特征信息的定时广播发送、定位信息的生成和发送、路由转发、节点状态信息的检测与报警信息发送等功能。盲节点和参考节点的应用程序流程如图8所示。

4 测试结果
为验证节点功能，对本文描述的基于ZigBee的室内定位节点进行了相应的测试。测试环境为室内走廊环境，2个参考节点分别放置在长度为58 m的走廊两端位置，测试者持盲节点在走廊的两端之间匀速往复走动，实时记录节点收发数据、报警状态信息，以及实时跟踪定位信息随距离变化的结果，测试结果略——编者注。
为验证节点的功耗性能，本文对盲节点工作模式和空闲模式的功耗分别进行了测试。盲节点供电电压为3．3 V，正常工作时，以2 Hz的频率更新定位信息数据，平均电流实测为11．3 mA；空闲模式实测电流低至1．2 mA。节点设计较好地实现了低功耗的设计目标。实验表明：本文所设计的节点在室内定位系统测试中，能够满足定位系统对节点的功能及性能要求。

结语
本文讨论了基于CC2530的室内定位节点的设计与实现，对节点设计中的关键技术进行了介绍。经实验证明，节点具有网络通信稳定、工作距离远、功能丰富和功耗低等优点。在歼展的基于ZigBee的室内定位系统测试和应用中取得了良好的效果。