无线传感器网络报告——RSSI的测量及其与距离的关系要点

实验课程名称：无线传感器网络任课教师：xxx实验项目名称：RSSI的测量及其与距离的关系实验组员：姓名:___xxx____学号:_xxxxx____姓名:___xxx____学号:_xxxxxxxx___姓名:__xxx____学号:_xxxxxxx____姓名:___xxx____学号:_xxxxxxx____实验日期:_2013年12月_RSSI的测量及其与距离的关系实验日期：201x年xx月[姓名][学号]xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx1.实验目的研究发送功率、传输距离、接收信号强度、环境四者之间的定量关系。从实测数据中总结出无线信号随距离增加、环境变化而衰减的规律。为了做定位积累一些数据。2.实验原理关于RSS，可以先从自由空间传播模型(Freespacepropagationmodel)入手来分析，这里的自由空间模型是指无障碍物的远场情况，主要适用于卫星通信。如下图，功率密度通量由下面等式给出：为了达到准确测距的目的，我们希望减小随机小尺度衰减并提取出更加精确的大尺度衰减。RSSI的测距方式虽然不像TOA和TDOA测距那样需要同步（TOA与TDOA两种算法都是以时间为量测基础的技术，需要精准的同步和时钟，其中TDOA是利用相对时间的信息来达成测距，TOA是以绝对时间的量测来估计距离），但其受多重路径衰减变量（Attenuationvariance）的影响，需要做多重的测量和平均的动作，对系统造成额外的负担。相对于以时间为基础的测距技术，RSS则是属于以信号强度为量测基础的技术，它不需要精确的同步和参照时钟。然而RSS却易受多重路径衰减、遮蔽效应(Shadowingeffect)影响估计的准确度。除了单一技术的应用，亦可朝向整合其它技术的方向发展，如结合TDOA与RSS等以提供较精准的测距。对于课程使用的CC2420射频芯片，当监测到信道有数据时，将数据经过模/数转换后送入数字解调器中进行帧同步；如果同步就将数据填入接收缓冲区中，最后填充当前信道内的RSSI（ReceiveSignalStrengthIndicator，接收信号强度指示器）信息。同时CC2420提供一个读取RSSI值的命令，我们可以调用该命令来得到当前信道的信号强度值，作为拟合与计算的依据。但我们更倾向于使用前述CC2420在接收到数据包时，自动在数据包的倒数第二个字节里填充的当前接收数据包时RSSI值。3.实验准备3.1硬件器材清单与连接硬件：PC机2台（烧制程序及为节点供电），串口电缆1根，RSSI节点2个预先将PC机中关于RSSI实验的程序通过串口电缆烧制如RSSI节点。实验开始后，PC机仅作为RSSI节点的电源供电使用（由于RSSI节点上的电池供电模块不能正常工作）。3.2实验思路取两个节点，一个作为发送节点，一个作为接收节点，接收节点通过节点上的LCD模块输出ED值。在楼道中央放置一个节点（距地0米），发送功率设置为4dBm。然后以此为中心，做一个25米×3米的长方形，以1米为步长，在正方形的每个格点上，分别记录高度0米、1米、2米处记录ED值。此步骤完毕后，将发送节点提高到1米处，重复实验，接收节点仍要在0米、1米、2米高度测量。第三次要将发送节点提高到2米处。然后将发送功率提高到比最大功率略小和降低到比最小功率略大，在此重复上述过程。4实验步骤与结果记录及分析4.1实验步骤由于实验前节点的相关程序已烧制完成，故可以直接打开节点进行实验。由于时间及条件限制，实验并没有完全按照3.2实验思路中的内容进行，而是进行了一定的简化。（1）在楼道中央放置一个节点（距地0米），发送功率设置为4dBm（2）以此为原点，做一个25米长的直线，以1米处为起点，1米为步长，在此直线上记录高度为0米的RSSI值。（3）将发送节点提高到1米处，重复（2），接收节点的记录高度调整为1米。（1）将发送节点提高到2米出，重复（2），接收节点的记录高度调整为2米。（5）将发送结点与接收节点均靠墙重复（1）~（4）步骤4.2结果记录4.2.1在楼道中心线上测量（1）发送和接收高度均为0米时的ED值距离（m）12345信号强度（dBm）-43-56-65-60-68距离（m）678910信号强度（dBm）-68-65-73-72-73距离（m）1112131415信号强度（dBm）-77-71-71-70-77距离（m）1617181920信号强度（dBm）-74-79-77-77-71距离（m）2122232425信号强度（dBm）-71-70-76-77-72（2）发送和接收高度均为1米时的ED值。距离（m）12345信号强度（dBm）-35-46-44-45-44距离（m）678910信号强度（dBm）-44-49-51-56-55距离（m）1112131415信号强度（dBm）-51-51-52-56-59距离（m）1617181920信号强度（dBm）-61-63-65-60-59距离（m）2122232425信号强度（dBm）-50-50-47-49-44（3）发送和接收高度均为2米时的ED值。距离（m）12345信号强度（dBm）-55-55-58-61-61距离（m）678910信号强度（dBm）-69-59-62-65-71距离（m）1112131415信号强度（dBm）-80-81-70-80-72距离（m）1617181920信号强度（dBm）-81-72-77-70-81距离（m）2122232425信号强度（dBm）-61-58-63-72-724.2.2在楼道靠墙一侧测量（1）发送和接收高度均为0米时的ED值距离（m）12345信号强度（dBm）-49-59-68-70-77距离（m）678910信号强度（dBm）-82-82-83-88-90距离（m）1112131415信号强度（dBm）-91-85-86-92-88距离（m）1617181920信号强度（dBm）-89-88-95-95-93距离（m）2122232425信号强度（dBm）-93-99-100-92-90（2）发送和接收高度均为1米时的ED值。距离（m）12345信号强度（dBm）-44-49-51-57-63距离（m）678910信号强度（dBm）-67-66-69-71-52距离（m）1112131415信号强度（dBm）-57-59-61-72-68距离（m）1617181920信号强度（dBm）-66-67-71-69-66距离（m）2122232425信号强度（dBm）-61-65-67-70-76（3）发送和接收高度均为2米时的ED值。距离（m）12345信号强度（dBm）-42-47-49-51-50距离（m）678910信号强度（dBm）-61-57-46-63-57距离（m）1112131415信号强度（dBm）-59-52-51-57-49距离（m）1617181920信号强度（dBm）-49-52-54-55-60距离（m）2122232425信号强度（dBm）-60-61-63-66-704.3结果分析4.3.1在楼道中心线上测量高度分别为0m，1m，2m时的信号强度衰减规律（作在一张图上可做比较）根据实验数据，使用MATLAB进行曲线模拟，程序如下：x=[12345678910111213141516171819202122232425];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('距离m');ylabel('信号强度dBm');holdon;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米时的拟合曲线方程为：x=[12345678910111213141516171819202122232425];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('距离m');ylabel('信号强度dBm');a=polyfit(x,d0,2)a=0.0893-3.0504-50.2078holdon;x=1:1:25;plot(x,0.0893.*x.*x-3.0504.*x-50.2078)1米时的拟合曲线方程为：x=[12345678910111213141516171819202122232425];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('距离m');ylabel('信号强度dBm');a=polyfit(x,d1,2)a=0.1082-3.2535-33.0591holdon;x=1:1:25;plot(x,0.1082.*x.*x-3.2535.*x-33.0591)2米时的拟合曲线方程为：x=1:1:25;plot(x,0.1061.*x.*x-3.2825.*x-49.0226)x=[12345678910111213141516171819202122232425];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');xlabel('距离m');ylabel('信号强度dBm');a=polyfit(x,d2,2)a=0.1061-3.2825-49.0226holdon;x=1:1:25;plot(x,0.1061.*x.*x-3.2825.*x-49.0226)4.3.2在楼道靠墙一侧测量x=[12345678910111213141516171819202122232425];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('距离m');ylabel('信号强度dBm');holdon;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,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米时的拟合曲线方程为：x=[12345678910111213141516171819202122232425];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('距离m');ylabel('信号强度dBm');a=polyfit(x,d0,2)a=0.1129-4.3017-53.9835holdon;x=1:1:25;plot(x,0.1129.*x.*x-4.3017.*x-53.9835)1米时的拟合曲线方程为：x=