rssi测距原 理及公式

足彩竞彩 2019-05-22 17:04140http://www.fswell.com/admin

  作为一种全新的信息获取和处理方式,无线传感器网络可以应用在广泛的领域内实现复杂的大规模监测和追踪任务,而网络自身的定位是大多数应用的基础。基于距离的定位是通过测量节点间距来实现的。利用RSSI测距只需较少的通信开销和较低的实现复杂度,这在能量有限的网络节点中是非常重要的。

  在无线传感器网络中,位置信息对传感器网络的监测活动至关重要,事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器网络节点监测消息中所包含的重要信息,了解传感器节点位置信息还可以提高路由等等。基于距离的定位必须测量节点间间距,现常用的测距方式有GPS、红外线、超声波和RSSI等。

  Rssi计算公式 rssi = txPower + pathloss + rxGain + SystemGain

  rxGain可以通过天线结构模拟

  RSSI测距原理

  无线信号的发射功率和接收功率之间的关系可以用式(1)表示,PR是无线信号的接收功率,PT是无线信号的发射功率,r是收发单元之间的距离,n传播因子,数值大小取决于无线信号传播的环境。

  PR=PT/rn

  (1)在公式(1)两边取对数可得到式(2),

  10・nlgr=10lgPT/PR(2)

  节点的发射功率是已知的,将发送功率代入式(2)中可得式(3),

  10lgPR=A-10・nlgr (3)

  式(3)的左半部分10lgPR是接收信号功率转换为dBm的表达式,可以直接写成式(4),在式(4)中A可以看作信号传输1m远时接收信号的功率。

  PR(dBm)=A-10・nlgr (4)

  由式(4)中可以得到常数A和n的数值决定了接收信号强度和信号传输距离的关系,分析这两个常数对信号传输距离的影响。先假定n不变,A变化的话,则由如图1所示的关系曲线图。从图1所示,信号传播因子n为定值,在不同的初始发射信号功率下RSSI与传播距离之间的关系。可得无线信号在传播过程的近距离信号衰减相当厉害,远距离时信号呈缓慢线性衰减。当发射信号功率增加时,增加的传播距离近似为发射信号功率增加量和曲线在平缓阶段的斜率的比值

  

rssi测距原理及公式

  如果A不变时,不同的n时RSSI与信号传播距离的关系如图2所示。当n取值越小时,信号在传播过程衰减越小,信号就可以传播很远的距离,从图2可以看到良好的传播因子n特性,增加发射信号功率都能增加信号传播距离。传播因子主要取决于无线信号在空气中的衰减、反射、多径效应等干扰,如果干扰较小的话,传播因子n值越小,信号传播距离越远,无线信号的传播曲线越接近于理论曲线,基于RSSI的测距就会越精确

 

rssi测距原理及公式

  RSSI与距离关系

  实验是在一片空旷的草坪上进行的,无线通信平台选择TI公司的无线收发芯片CC2420.在研制的50个节点[9]中随机选择编号为9、18、30、40的节点为无线信号发射节点,1号节点接收数据,发送接收节点使用的是短杆状天线,节点放置的高度1.5m.现将1号节点固定,移动发射节点,发射节点功率设置为最大值0dBm,连续发射100byte长度的固定数据,每隔7米记录一次RSSI值、LQI值和相应的传输误码率。

  记录的RSSI数据经过拟合曲线如图3所示。从图3可以看出四个节点的拟合曲线在传输10m后曲线是平行的,只是曲线之间有一定间距。从理论曲线分析可知,上述拟合曲线的常数A的取值不同,依次递增的顺序为9、30、40、18号节点,而传播因子n是相同的。用频谱仪测试了编号为9、18、30、40号节点的最大发射功率,测试结果如表2所示

 

  

rssi测距原理及公式

  从表2可知节点发射功率从编号为9、30、40、18依次增加,这是无线传输单元的元件选择和焊接工艺的不一致性导致的。节点之间的硬件差异可以通过标准化工业回流焊接工艺来避免.A值也就是距离发射节点一米外的接收信号强度实际测量也是依上述节点编号依次增加,这与理论分析完全吻合。上述实验证实无线信号接收强度和传播距离之间存在确定对数关系,虽然不同的节点之间存在差异,但是在实际使用时可以购置统一元器件、使用标准化焊接工艺,使节点尤其是无线部分保持高度一致性。

  环境对RSSI测量影响

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