无线传感器网络报告RSSI的测量及其与距离的关系Word文档下载推荐.docx
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[学号]
xxxxxxxx
1.实验目的
●研究发送功率、传输间隔、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间隔增加、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。
如下列图,功率密度通量由下面等式给出:
为了到达准确测距的目的,我们希望减小随机小尺度衰减并提取出更加准确的大尺度衰减。
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根底的技术,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间隔〕,但其受多重途径衰减变量〔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。
相对于以时间为根底的测距技术,RSS那么是属于以信号强度为量测根底的技术,它不需要准确的同步和参照时钟。
然而RSS却易受多重途径衰减、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开展,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展帧同步;
假如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,作为拟合与计算的根据。
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。
实验开场后,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,将发送节点进步到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进步到2米处。
然后将发送功率进步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,故可以直接翻开节点进展实验。
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展,而是进展了一定的简化。
〔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〕将发送节点进步到1米处,重复〔2〕,接收节点的记录高度调整为1米。
〔1〕将发送节点进步到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
〔1〕发送和接收高度均为0米时的ED值
间隔〔m〕
1
2
3
4
5
信号强度〔dBm〕
-43
-56
-65
-60
-68
6
7
8
9
10
-65
-73
-72
-73
11
12
13
14
15
-77
-71
-71
-70
-77
16
17
18
19
20
-74
-79
21
22
23
24
25
-76
-72
〔2〕发送和接收高度均为1米时的ED值。
-35
-46
-44
-45
-49
-51
-56
-55
-52
-59
-61
-63
-65
-60
-50
-47
〔3〕发送和接收高度均为2米时的ED值。
-58
-69
-62
-80
-81
-70
-72
-82
-83
-88
-90
-91
-85
-86
-92
-89
-95
-93
-99
-100
-57
-67
-66
-76
(3)发送和接收高度均为2米时的ED值。
-42
-46
-54
4.3结果分析
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拟〕
根据实验数据,使用MATLAB进展曲线模拟,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('
间隔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];
a=polyfit(x,d0,2)
a=
0.0893-3.0504-50.2078
holdon;
1米时的拟合曲线方程为:
a=polyfit(x,d1,2)
0.1082-3.2535-33.0591
2米时的拟合曲线方程为:
>
a=polyfit(x,d2,2)
0.1061-3.2825-49.0226
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];
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];
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];
0.1129-4.3017-53.9835
0.0426-1.8100-49.2452
a=polyfit(x,d2,3)
-0.01180.4416-4.9795-38.0526
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根本山都被挡住了,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.实验考前须知
各组在进展实验时注意通信频率要尽量错开,以防止影响实验数据准确性。
数据记录要详尽完好,记录过程中对数据要做好说明,防止事后混淆。
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,也不要接近耗尽。
尤其要防止使用电量缺乏的电池。
每个组只要选择一个环境即可。
不同组的实验环境要错开,不要都一样。
因结点质量不均一,所以实验过程中不要更换结点,也不能为了缩短时间,用多个结点同时测量。
为干电池连续工作性能下降,实验准备要充分,一旦开场实验整个测量过程就要紧凑,节省时间,以减小电池消耗。
7.实验体会
在实验和报告过程中,我们学到了很多很多的东西。
记得刚知道题目时自己没什么思路和头绪,就只是一味的看老师、学长给的一大把的相关资料,看的多了问题也相继而来,太多方法却无法找到一个真正可行的。
后经过和同伴的讨论,才突然明白由于太过仓促,将本来定好的思路打乱了,做的事情完全没按照所想好的提纲来。
所以不管做什么事,首先要明确的是自己要做什么,该怎么做,而不是盲目想到达某种目的,急于求成往往达不到效果的。
本次实验不但增强了我们的动手才能,还让我们将以前在书本上学到的理论的知识用于理论中。
大学两年多的学习使我们积累了较多相关方面的理论知识,为本次设计奠定一定的根底。
通过这次实验,我也学到了很多专业方面的知识。
加强了动手才能并掌握了许多实际性的东西,从做测试到数据分析处理。
最重要的是为期将近一个月的实验使我深深明白了团队合作精神,有了同伴不会的问题可以请教他们,当然他们也有时候需要我的帮助。
从他们身上我也深深感觉到自己要倍加努力,打铁还需自身硬。
同时我也学习了很多的知识,那些曾经的认为很神奇的东西,从高高在上到平易近人,我在不知不觉中提升,仔细想想,在不断的改变中,有喜有悲。
当然,在查找资料的过程中也理解了许多课外知识,开拓了视野,认识了将来自己专业的开展方向,使自己在专业知识方面和动手才能方面有了质的飞跃。
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- 无线 传感器 网络 报告 RSSI 测量 及其 距离 关系