无线传感器网络报告——RSSI的测量及其与距离的关系

1、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l 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。l 从实测数据中总结出无线信号

2、随距离增加、环境变化而衰减的规律。l 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(Free space propagation model)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

3、减变量（Attenuation variance）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(Shadowing effect)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（Receive Signal

4、 Strength Indicator，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

5、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

6、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

7、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）16171819

8、20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

9、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（

10、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）-60-61-63-6

11、6-704.3 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=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('距离 m&#

12、39;);ylabel('信号强度 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米时

13、的拟合曲线方程为： 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('距离 m');ylabel('信号强度 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米时的拟合曲线方程为：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('距离 m');ylabel('信号强度

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=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('距离 m');ylabel('信号强度 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在楼道靠墙一侧测量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('距离 m');ylabel('信号强度 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米时的拟合曲线方程为： 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('距离 m');ylabel('信号强度 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米时的拟合曲线方程为： 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('距离 m');ylabel('信号强度 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米时的拟合曲线方程为： 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('距离 m');ylabel('信号强度 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 .实验分析1）0米时，由于地面障碍的影响，接收信号强度普遍较低。2） 由于楼道具有两边墙的反射，在接收方超过5米以后，接收信号强度呈现一张震荡并略下降的趋势3） 楼道中心线上1m时（也就是空间上的中心）信号强度比其他情况下大，这时因为此时接收到的信号强度额外的是来自四面的反射，而且这四面信号到达该点的时间与强度差不多4） 靠墙一侧0m，收到信号强度很低，这是由于直线的通路基本山都被挡住了，收到的都是反射过来的信号，而反射的信号行程较长，到达该点的信号强度就衰减的很厉害了。6 .实验注意事项各组在进行实验时注意通信频率要尽量错开，以避免影响实验数据准确性。数据记录要详尽完整，记录过程中对数据要做好说明，避免事后混淆。测量时天线都保持与地垂直方向。电池电量应适量，不必太足，也不要接