大多數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡都要求具備一種確定網(wǎng)絡節(jié)點位置的方法。因此在設備安裝期間，需要弄清楚哪些節(jié)點相互之間直接進行數(shù)據(jù)交換，或者確定哪些節(jié)點直接與中央數(shù)據(jù)采集點進行數(shù)據(jù)交換。
　　當通過基于軟件的計算方法來確定網(wǎng)絡節(jié)點位置時，就需要考慮到市場化解決方案 (market solution)。這些具體的計算方法是：節(jié)點首先讀取計算節(jié)點位置的參數(shù)，然后將相關信息傳送到中央數(shù)據(jù)采集點，對節(jié)點位置進行計算，最后，再將節(jié)點位置的相關參數(shù)傳回至該節(jié)點。這就是典型的數(shù)據(jù)密集型計算，并且需要配置一臺 PC 或高性能的 MCU。
　　這種計算節(jié)點位置的方法之所以只適用于小型的網(wǎng)絡和有限的節(jié)點數(shù)量，是因為進行相關計算所需的流量將隨著節(jié)點數(shù)量的增加而呈指數(shù)級速度增加。因此，高流量負載加上帶寬的不足限制了這種方法在電池供電網(wǎng)絡中的應用。
　　針對上述問題，CC2431 采用了一種分布式定位計算方法。這種計算方法根據(jù)從距離最近的參考節(jié)點(其位置是已知的)接收到的信息，對節(jié)點進行本地計算，確定相關節(jié)點的位置。因此，網(wǎng)絡流量的多少將由待測節(jié)點范圍中節(jié)點的數(shù)量決定。另外，由于網(wǎng)絡流量會隨著待測節(jié)點數(shù)量的增加而成比例遞增，因此，CC2431 還允許同一網(wǎng)絡中存在大量的待測節(jié)點。
　　本文所提供的結果是根據(jù)對 ZigBee 網(wǎng)絡的測量得出的，然而，這些測量結果同樣適用于基于 IEEE 802.15.4協(xié)議構建的更簡單的網(wǎng)絡。
　　定位引擎技術
　　定位引擎根據(jù)無線網(wǎng)絡中臨近射頻的接收信號強度指示 (RSSI)，計算所需定位的位置。在不同的環(huán)境中，兩個射頻之間的 RSSI 信號會發(fā)生明顯的變化。例如，當兩個射頻之間有一位行人時，接收信號將會降低 30dBm。為了補償這種差異，以及出于對定位結果精確性的考慮，定位引擎將根據(jù)來自多達 16 個射頻的 RSSI 值，進行相關的定位計算。其依據(jù)的理論是：當采用大量的節(jié)點后，RSSI 的變化最終將達到平均值。
　　在 RF 網(wǎng)絡中，具有已知位置的定位引擎射頻稱為參考節(jié)點，而需要計算定位位置的節(jié)點稱為待測節(jié)點。
　　要求在參考節(jié)點和待測節(jié)點之間傳輸?shù)奈ㄒ恍畔⒕褪菂⒖脊?jié)點的 X 和 Y 坐標。定位引擎根據(jù)接收到的 X 和 Y 坐標，并結合根據(jù)參考節(jié)點的數(shù)據(jù)測量得出的 RSSI 值，計算定位位置。
將定位技術納入網(wǎng)絡協(xié)議
　　一些采用定位引擎的應用可能要求放置若干個參考節(jié)點，以作為基礎設施設置不可或缺的一部分。ZigBee 技術能夠實現(xiàn)對家庭、辦公以及工業(yè)等應用的無線控制。隨著 ZigBee 設備在樓宇基礎設施中的安裝數(shù)量不斷增多，ZigBee 將會在家庭和辦公自動化方面擁有更為廣闊的應用前景。
　　典型的辦公場所都會配置 ZigBee 設備，通過各辦公室和會議室中的溫度傳感器、控制溫度調節(jié)裝置以及 A/C 導管。同時，每個房間還會安裝由 ZigBee 控制的燈具開關和設備，而這些設備又易于作為定位引擎的參考節(jié)點。將 ZigBee 射頻作為 ZigBee 協(xié)議棧上的參考節(jié)點所需的代碼容量通常小于 1 Kb。
　　定位引擎從3~16 個參考節(jié)點采集數(shù)據(jù)，并使用這些數(shù)據(jù)計算定位位置。如果定位引擎從 16 個以上的節(jié)點接收到數(shù)據(jù)時，它則會將接收到的參考節(jié)點位置進行分類，然后采用 16 個參考節(jié)點中信號最強的 RSSI 值。
　　擴大覆蓋范圍
　　定位引擎的覆蓋范圍為 64m×64m，然而，大多數(shù)的應用要求更大的覆蓋范圍。擴大定位引擎的覆蓋范圍可以通過兩種方法來實現(xiàn)：
　　* 提高參考節(jié)點的輸出功率，同時降低定位引擎計算結果的精度;
　　* 在一個更大的范圍布置參考節(jié)點，并利用最強的信號進行相關參考節(jié)點的定位計算。
　　由于第二種方法能夠在定位引擎擴大覆蓋面的同時不犧牲定位精度，因此更為可取。具體的工作原理是：網(wǎng)絡中的待測節(jié)點發(fā)出廣播信息，并從各相鄰的參考節(jié)點采集數(shù)據(jù)，選擇信號最強的參考節(jié)點的 X 和 Y 坐標。然后，計算與參考節(jié)點相關的其他節(jié)點的坐標。最后，對定位引擎中的數(shù)據(jù)進行處理，并考慮距離最近參考節(jié)點的偏移值，從而獲得待測節(jié)點在大型網(wǎng)絡中的實際位置。
　　
 
　　為了達到最佳的定位范圍，當布置參考節(jié)點時，應同時考慮到室內和室外環(huán)境中天花板/地板的吸附作用。最佳的方案就是使各節(jié)點處于相同的高度，并遠離地面、天花板以及墻壁。在實際的部署過程中要達到這種要求，是比較困難的。因此，盡量將參考節(jié)點固定在天花板的高度或低于天花板的高度，并使天線倒置以使 RF 信號向外和向下傳輸，同時將待測節(jié)點(手持或固定于設備)放置在人的腰部以上、頭部以下位置(此處提到的高度是以人站立在該環(huán)境中為標準的)。節(jié)點的這種設置方法實現(xiàn)了天花板和地板吸附作用的最小化，同時將實現(xiàn)在該場所中的行人或物體之間相互干擾的最小化。
定位引擎的精確性
　　為了確保定位引擎的室內性能，在辦公環(huán)境中將采用具有 8 個參考節(jié)點的網(wǎng)絡。根據(jù)現(xiàn)有表面將參考節(jié)點置于辦公室的角落位置，如辦公桌椅表面或其它介于人的腰部和肩部之間的表面。8 個參考節(jié)點分別用 A~H 8個字母來命名。
　　
在 6 個選定的位置采集定位估計值數(shù)據(jù)，每一位置的定位數(shù)據(jù)平均有 20 個讀取點。相關測試結果如表1所示。
　　　　在采集 8 個參考節(jié)點的數(shù)據(jù)后，將6個新增的參考節(jié)點添加到系統(tǒng)中。接下來，在 4 個相同的位置，重新進行定位估計測算，觀察這些新增的參考節(jié)點對定位估計值的影響。
14 個參考節(jié)點的測量結果如表 2 所示。
　　
 
　　圖2 14個參考節(jié)點的室內測試結果(所有數(shù)字的單位均為m)
　　當節(jié)點位置進入網(wǎng)絡的覆蓋范圍時，定位的精確性將明顯提高。而且，當網(wǎng)絡中設置的參考節(jié)點增多時，定位的精確性也將會不斷提高。在本試驗中，增設 6 個參考節(jié)點后，4個位置的定位精確性都會有所提高，同時降低了各定位報告位置的標準偏差(一致性)。
　　提高精確性
　　定位引擎采用來自附近參考節(jié)點的 RSSI 測量值來計算待測節(jié)點的位置。RSSI 將隨著天線設計、周圍環(huán)境以及包括若干其他因素在內的其他附近 RF 源的變化而變化。定位引擎將數(shù)個節(jié)點的位置信息加以平均。增加節(jié)點的數(shù)量，則可降低對各節(jié)點具體測試結果的依賴性，同時全面提高精確度。
　　無論在什么情況下設置參考節(jié)點，都會影響到定位的精確性，這主要是因為當參考節(jié)點設置在離相關表面很近的地方時，會產生天花板或地板的吸附作用。因此，應盡量使用在各方位都具備相同發(fā)射能力的全向天線。