無線傳感器網(wǎng)絡(luò)報(bào)告——RSSI的測量及其與距離的關(guān)系

1、實(shí)驗(yàn)課程名稱： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任課教師： xxx 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：RSSI的測量及其與距離的關(guān)系實(shí)驗(yàn)組員：姓名:_xxx_ 學(xué)號:_xxxxx_ _ 姓名:_xxx _ 學(xué)號:_xxxxxxxx_ _ 姓名:_ xxx _ 學(xué)號:_xxxxxxx_ _ 姓名:_xxx _ 學(xué)號:_xxxxxxx_ _實(shí)驗(yàn)日期:_ 2013年12月 _ RSSI的測量及其與距離的關(guān)系實(shí)驗(yàn)日期：201x年xx月 姓名學(xué)號 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 研究發(fā)送功率、傳輸距離、接收信號強(qiáng)度、環(huán)境四者之間的定量關(guān)系。l 從實(shí)測數(shù)據(jù)中總結(jié)出無線信號

2、隨距離增加、環(huán)境變化而衰減的規(guī)律。l 為了做定位積累一些數(shù)據(jù)。2.實(shí)驗(yàn)原理關(guān)于RSS，可以先從自由空間傳播模型(Free space propagation model)入手來分析，這里的自由空間模型是指無障礙物的遠(yuǎn)場情況，主要適用于衛(wèi)星通信。如下圖，功率密度通量由下面等式給出：為了達(dá)到準(zhǔn)確測距的目的，我們希望減小隨機(jī)小尺度衰減并提取出更加精確的大尺度衰減。RSSI的測距方式雖然不像TOA 和TDOA 測距那樣需要同步（TOA與TDOA 兩種算法都是以時(shí)間為量測基礎(chǔ)的技術(shù)，需要精準(zhǔn)的同步和時(shí)鐘，其中TDOA是利用相對時(shí)間的信息來達(dá)成測距，TOA 是以絕對時(shí)間的量測來估計(jì)距離），但其受多重路徑衰

3、減變量（Attenuation variance）的影響，需要做多重的測量和平均的動作，對系統(tǒng)造成額外的負(fù)擔(dān)。相對于以時(shí)間為基礎(chǔ)的測距技術(shù)，RSS則是屬于以信號強(qiáng)度為量測基礎(chǔ)的技術(shù)，它不需要精確的同步和參照時(shí)鐘。然而RSS卻易受多重路徑衰減、遮蔽效應(yīng)(Shadowing effect)影響估計(jì)的準(zhǔn)確度。除了單一技術(shù)的應(yīng)用，亦可朝向整合其它技術(shù)的方向發(fā)展，如結(jié)合TDOA與RSS等以提供較精準(zhǔn)的測距。對于課程使用的CC2420射頻芯片，當(dāng)監(jiān)測到信道有數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后送入數(shù)字解調(diào)器中進(jìn)行幀同步；如果同步就將數(shù)據(jù)填入接收緩沖區(qū)中，最后填充當(dāng)前信道內(nèi)的RSSI（Receive Signal

4、 Strength Indicator，接收信號強(qiáng)度指示器）信息。同時(shí)CC2420提供一個(gè)讀取RSSI值的命令，我們可以調(diào)用該命令來得到當(dāng)前信道的信號強(qiáng)度值，作為擬合與計(jì)算的依據(jù)。但我們更傾向于使用前述CC2420在接收到數(shù)據(jù)包時(shí)，自動在數(shù)據(jù)包的倒數(shù)第二個(gè)字節(jié)里填充的當(dāng)前接收數(shù)據(jù)包時(shí)RSSI值。3.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備3.1硬件器材清單與連接硬件：PC機(jī)2臺（燒制程序及為節(jié)點(diǎn)供電），串口電纜1根，RSSI節(jié)點(diǎn)2個(gè)預(yù)先將PC機(jī)中關(guān)于RSSI實(shí)驗(yàn)的程序通過串口電纜燒制如RSSI節(jié)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)開始后，PC機(jī)僅作為RSSI節(jié)點(diǎn)的電源供電使用（由于RSSI節(jié)點(diǎn)上的電池供電模塊不能正常工作）。3.2實(shí)驗(yàn)思路取兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，一

5、個(gè)作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，一個(gè)作為接收節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)通過節(jié)點(diǎn)上的LCD模塊輸出ED值。在樓道中央放置一個(gè)節(jié)點(diǎn)（距地0米），發(fā)送功率設(shè)置為4dBm。然后以此為中心，做一個(gè)25米×3米的長方形，以1米為步長，在正方形的每個(gè)格點(diǎn)上，分別記錄高度0米、1米、2米處記錄ED值。此步驟完畢后，將發(fā)送節(jié)點(diǎn)提高到1米處，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，接收節(jié)點(diǎn)仍要在0米、1米、2米高度測量。第三次要將發(fā)送節(jié)點(diǎn)提高到2米處。然后將發(fā)送功率提高到比最大功率略小和降低到比最小功率略大，在此重復(fù)上述過程。4實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果記錄及分析4.1實(shí)驗(yàn)步驟由于實(shí)驗(yàn)前節(jié)點(diǎn)的相關(guān)程序已燒制完成，故可以直接打開節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于時(shí)間及條件限制，實(shí)驗(yàn)并沒有完

6、全按照3.2實(shí)驗(yàn)思路中的內(nèi)容進(jìn)行，而是進(jìn)行了一定的簡化。（1）在樓道中央放置一個(gè)節(jié)點(diǎn)（距地0米），發(fā)送功率設(shè)置為4dBm（2）以此為原點(diǎn)，做一個(gè)25米長的直線，以1米處為起點(diǎn)，1米為步長，在此直線上記錄高度為0米的RSSI值。（3）將發(fā)送節(jié)點(diǎn)提高到1米處，重復(fù)（2），接收節(jié)點(diǎn)的記錄高度調(diào)整為1米。（1）將發(fā)送節(jié)點(diǎn)提高到2米出，重復(fù)（2），接收節(jié)點(diǎn)的記錄高度調(diào)整為2米。（5）將發(fā)送結(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)均靠墻重復(fù)（1）（4）步驟4.2結(jié)果記錄4.2.1在樓道中心線上測量（1）發(fā)送和接收高度均為0米時(shí)的ED值距離（m）12345信號強(qiáng)度（dBm）-43 -56 -65 -60 -68距離（m）678910

7、信號強(qiáng)度（dBm）-68 -65 -73 -72 -73距離（m）1112131415信號強(qiáng)度（dBm）-77 -71 -71 -70 -77距離（m）1617181920信號強(qiáng)度（dBm）-74 -79 -77 -77 -71距離（m）2122232425信號強(qiáng)度（dBm）-71 -70 -76 -77 -72（2）發(fā)送和接收高度均為1米時(shí)的ED值。距離（m）12345信號強(qiáng)度（dBm）-35 -46 -44-45-44距離（m）678910信號強(qiáng)度（dBm）-44-49-51-56-55距離（m）1112131415信號強(qiáng)度（dBm）-51-51-52-56-59距離（m）16171819

8、20信號強(qiáng)度（dBm）-61-63-65-60-59距離（m）2122232425信號強(qiáng)度（dBm）-50-50-47-49-44（3）發(fā)送和接收高度均為2米時(shí)的ED值。距離（m）12345信號強(qiáng)度（dBm）-55-55-58-61-61距離（m）678910信號強(qiáng)度（dBm）-69-59-62-65-71距離（m）1112131415信號強(qiáng)度（dBm）-80-81-70-80-72距離（m）1617181920信號強(qiáng)度（dBm）-81-72-77-70-81距離（m）2122232425信號強(qiáng)度（dBm）-61-58-63-72-724.2.2在樓道靠墻一側(cè)測量（1）發(fā)送和接收高度均為0米時(shí)

9、的ED值距離（m）12345信號強(qiáng)度（dBm）-49-59-68-70-77距離（m）678910信號強(qiáng)度（dBm）-82-82-83-88-90距離（m）1112131415信號強(qiáng)度（dBm）-91-85-86-92-88距離（m）1617181920信號強(qiáng)度（dBm）-89-88-95-95-93距離（m）2122232425信號強(qiáng)度（dBm）-93-99-100-92-90（2）發(fā)送和接收高度均為1米時(shí)的ED值。距離（m）12345信號強(qiáng)度（dBm）-44-49-51-57-63距離（m）678910信號強(qiáng)度（dBm）-67-66-69-71-52距離（m）1112131415信號強(qiáng)度（

10、dBm）-57-59-61-72-68距離（m）1617181920信號強(qiáng)度（dBm）-66-67-71-69-66距離（m）2122232425信號強(qiáng)度（dBm）-61-65-67-70-76（3） 發(fā)送和接收高度均為2米時(shí)的ED值。距離（m）12345信號強(qiáng)度（dBm）-42-47-49-51-50距離（m）678910信號強(qiáng)度（dBm）-61-57-46-63-57距離（m）1112131415信號強(qiáng)度（dBm）-59-52-51-57-49距離（m）1617181920信號強(qiáng)度（dBm）-49-52-54-55-60距離（m）2122232425信號強(qiáng)度（dBm）-60-61-63-6

11、6-704.3 結(jié)果分析4.3.1在樓道中心線上測量高度分別為0m，1m，2m時(shí)的信號強(qiáng)度衰減規(guī)律（作在一張圖上可做比較）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用MATLAB進(jìn)行曲線模擬，程序如下：x=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ;d0=-43 -56 -65 -60 -68 -68 -65 -73 -72 -73 -77 -71 -71 -70 -77 -74 -79 -77 -77 -71 -71 -70 -76 -77 -72;plot(x,d0,'r')xlabel('距離 m&#

12、39;);ylabel('信號強(qiáng)度 dBm');hold on;d1=-35 -46 -44 -45 -44 -44 -49 -51 -56 -55 -51 -51 -52 -56 -59 -61 -63 -65 -60 -59 -50 -50 -47 -49 -44;plot(x,d1,'b')d2=-55 -55 -58 -61 -61 -69 -59 -62 -65 -71 -80 -81 -70 -80 -72 -81 -72 -77 -70 -81 -61 -58 -63 -72 -72 ;plot(x,d2,'g');grid;0米時(shí)

13、的擬合曲線方程為： x=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ;d0=-43 -56 -65 -60 -68 -68 -65 -73 -72 -73 -77 -71 -71 -70 -77 -74 -79 -77 -77 -71 -71 -70 -76 -77 -72;plot(x,d0,'r')xlabel('距離 m');ylabel('信號強(qiáng)度 dBm');a=polyfit(x,d0,2)a = 0.0893 -3.0504 -50.2078 h

14、old on;x=1:1:25;plot(x,0.0893.*x.*x-3.0504.*x-50.2078)1米時(shí)的擬合曲線方程為：x=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ;d1=-35 -46 -44 -45 -44 -44 -49 -51 -56 -55 -51 -51 -52 -56 -59 -61 -63 -65 -60 -59 -50 -50 -47 -49 -44;plot(x,d1,'b')xlabel('距離 m');ylabel('信號強(qiáng)度

15、dBm');a=polyfit(x,d1,2)a = 0.1082 -3.2535 -33.0591hold on;x=1:1:25;plot(x,0.1082.*x.*x-3.2535.*x-33.0591)2米時(shí)的擬合曲線方程為： x=1:1:25;plot(x,0.1061.*x.*x-3.2825.*x-49.0226)>> x=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ;d2=-55 -55 -58 -61 -61 -69 -59 -62 -65 -71 -80 -81 -7

16、0 -80 -72 -81 -72 -77 -70 -81 -61 -58 -63 -72 -72 ;plot(x,d2,'g');xlabel('距離 m');ylabel('信號強(qiáng)度 dBm');a=polyfit(x,d2,2)a =0.1061 -3.2825 -49.0226hold on; x=1:1:25;plot(x,0.1061.*x.*x-3.2825.*x-49.0226)4.3.2在樓道靠墻一側(cè)測量x=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2

17、4 25 ;d0=-49 -59 -68 -70 -77 -82 -82 -83 -88 -90 -91 -85 -86 -92 -88 -89 -88 -95 -95 -93 -93 -99 -100 -92 -90;plot(x,d0,'r')xlabel('距離 m');ylabel('信號強(qiáng)度 dBm');hold on;d1=-44 -49 -51 -57 -63 -67 -66 -69 -71 -52 -57 -59 -61 -72 -68 -66 -67 -71 -69 -66 -61 -65 -67 -70 -76;plot(x,

18、d1,'b')d2=-42 -47 -49 -51 -50 -61 -57 -46 -63 -57 -59 -52 -51 -57 -49 -49 -52 -54 -55 -60 -60 -61 -63 -66 -70 ;plot(x,d2,'g');grid;0米時(shí)的擬合曲線方程為： x=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ;d0=-49 -59 -68 -70 -77 -82 -82 -83 -88 -90 -91 -85 -86 -92 -88 -89 -88

19、-95 -95 -93 -93 -99 -100 -92 -90;plot(x,d0,'r')xlabel('距離 m');ylabel('信號強(qiáng)度 dBm');a=polyfit(x,d0,2)a = 0.1129 -4.3017 -53.9835hold on;x=1:1:25;plot(x,0.1129.*x.*x-4.3017.*x-53.9835)1米時(shí)的擬合曲線方程為： x=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ;d1=-44 -49 -51

20、 -57 -63 -67 -66 -69 -71 -52 -57 -59 -61 -72 -68 -66 -67 -71 -69 -66 -61 -65 -67 -70 -76;plot(x,d1,'b')xlabel('距離 m');ylabel('信號強(qiáng)度 dBm');a=polyfit(x,d1,2)a = 0.0426 -1.8100 -49.2452hold on;x=1:1:25;plot(x, 0.0426.*x.*x -1.8100.*x-49.2452)2米時(shí)的擬合曲線方程為： x=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

21、 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ;d2=-42 -47 -49 -51 -50 -61 -57 -46 -63 -57 -59 -52 -51 -57 -49 -49 -52 -54 -55 -60 -60 -61 -63 -66 -70 ;plot(x,d2,'g');xlabel('距離 m');ylabel('信號強(qiáng)度 dBm');a=polyfit(x,d2,3)a = -0.0118 0.4416 -4.9795 -38.0526hold on; x=1:1:25;plot(x,-0

22、.0118.*x.*x.*x+0.4416.*x.*x-4.9795.*x-38.0526)5 .實(shí)驗(yàn)分析1）0米時(shí)，由于地面障礙的影響，接收信號強(qiáng)度普遍較低。2） 由于樓道具有兩邊墻的反射，在接收方超過5米以后，接收信號強(qiáng)度呈現(xiàn)一張震蕩并略下降的趨勢3） 樓道中心線上1m時(shí)（也就是空間上的中心）信號強(qiáng)度比其他情況下大，這時(shí)因?yàn)榇藭r(shí)接收到的信號強(qiáng)度額外的是來自四面的反射，而且這四面信號到達(dá)該點(diǎn)的時(shí)間與強(qiáng)度差不多4） 靠墻一側(cè)0m，收到信號強(qiáng)度很低，這是由于直線的通路基本山都被擋住了，收到的都是反射過來的信號，而反射的信號行程較長，到達(dá)該點(diǎn)的信號強(qiáng)度就衰減的很厲害了。6 .實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)各組在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)注意通信頻率要盡量錯(cuò)開，以避免影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)記錄要詳盡完整，記錄過程中對數(shù)據(jù)要做好說明，避免事后混淆。測量時(shí)天線都保持與地垂直方向。電池電量應(yīng)適量，不必太足，也不要接