我們提出的定位方法需要移動錨節點(Mobile Anchor Node)將自己 的座標告知接收端感測器。
我們利用了指向性天線的傳輸範圍具有方向性之特性,使用 Mobile Anchor Node 額外裝置指向性天線,對著指向性天線發送的方向送出自己 的座標資訊,希望可以藉由指向性天線具有方向性的傳輸範圍,分別對 二維歐基里德座標系統中的 X 軸與 Y 軸作出分析定位,由我們提出的理 論可以判定本實驗使用的指向性天線需要有穩定的傳輸範圍。
為了使 Mobile Anchor Node 的傳輸範圍由全向性變為指向性,所以我 們將 Mobile Anchor Node 上面預設的全向性天線改裝為指向性天線,而 我們使用的指向性天線為 SmartAnt 公司 High Gain Directional Grid Antenna for 2400-2500 MHz 的產品,產品的名稱為 SAA04-053660 [24],
下圖 3-2(a)為我們使用的指向性天線,而圖 3-2(b)為我們使用的指 向性天線之規格說明。
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圖3-2 實測中使用的指向性天線[21]
我們將原本 IRIS 2.4GHz Wireless Modules 上面的全向性天線接頭 MMCX-Female Connector 轉為指向性天線的接頭 N-Female Connector,之 後再由 N-Female Connector 連結到我們的指向性天線如圖 3-3 所示。
圖3-3 無線傳輸模組裝置指向性天線
(a)SAA04-053660 Directional Grid Antenna for 2.4 GHz
(b)Specification of Directional Antenna
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由於天線傳輸的角度與發送訊號的穩定性與實驗定位的精確度息息 相關,如果指向性天線的傳送訊號功率不足,不僅僅會使我們的指向性 天線發送角度無法收斂,也會使我們的發送訊號不穩定,而為了得到指 向性天線最穩定的傳輸範圍,我們將功率傳輸範圍介於 3.2dBm 到-17dBm 的數值,調整至傳輸功率最大的 3.2dBm。
另外我們將原本使用 1.5V*2 的電池盒改裝為 1.5V*3 的電池盒來達到 IRIS 2.4GHz Wireless Modules 所能到達的最高電壓 3.6V,用來提升傳送 定位封包的穩定性,而圖 3-4 是我們的為了讓 Mobile Anchor Node 穩定傳 送封包而改裝的 IRIS 2.4GHz Wireless Modules 與一般接收端使用的 IRIS 2.4GHz Wireless Modules 對照圖,圖 3-4(a)為 Mobile Anchor Node 的 IRIS 2.4GHz Wireless Modules,而圖 3-4(b)為一般的接收端使用的 IRIS 2.4GHz Wireless Modules。
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圖 3-4 實驗中使用到的無線傳感器模組
指向性天線的傳輸方式也會影響 Mobile Anchor Node 的傳輸角度,依 照傳輸的方式的不同,我們也會得到不同的傳輸角度,圖 3-5(a)顯示 當天線水平傳輸時指向性天線的傳輸範圍大約為 13˚,而圖 3-5(b)顯示 垂直傳輸時傳輸範圍大約為 7˚。
(a)移動錨節點所使用的 IRIS 2.4GHz Wireless Modules
(b)接收端所使用的 IRIS 2.4GHz Wireless Modules
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圖 3-5 指向性天線的(水平、垂直)傳輸範圍[21]
本論文提出的定位系統是使用 Mobile Anchor Node 結合自訂的座標 系統,此方法是直接將我們的感測區域劃分為一個歐基里德二維空間,
當 Mobile Anchor Node 得知自己的座標資訊之後,讓 Mobile Anchor Node 進行移動的同時週期性的發送含有自己座標資訊的封包,而當接收端感 測器收到從 Mobile Anchor Node 發送過來的封包資訊後,使用我們提出 的定位演算法,進行座標的估測值計算,而 Mobile Anchor Node 結合自 訂座標系統的架構如圖 3-6。
( a ) H-plane Co-polarization Pattern (linear, horizontal)
( b ) V-plane Co-polarization Pattern (linear, vertical)
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圖3-6 移動錨節點結合自訂座標系統之架構
圖 3-6 為我們的定位系統架構,圖左方為我們的 Mobile Anchor Node,我們使用 Mobile Anchor Node 結合指向性天線之後,經由指向性 天線對著指定的方向發送 Mobile Anchor Node 的座標資訊,而圖右方的 Sensor Node 將座標資訊傳送到後端的伺服器儲存,最後經由資料庫端使 用定位演算法計算出 Sensor Node 的估測值座標。
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