创新实验项目一无线测距测距模型的建立及分析 - 武汉大学测绘 .doc

国家测绘实验教学示范中心创新实验研究项目 无线传感器网络室内定位系统 开放实验项目：无线测距模型的建立及分析 项目负责人 张 鹏 所属单位 武汉大学测绘学院测量工程研究所 联系电话 日 期 2011.12.1 实验目的 为了解决室内定位的问题，人们展开了大量的研究，由于传感器节点的低功耗和低成本，基于无线传感器网络的室内定位技术在室内定位研究中也占据了一席之地。IEEE 802.15.4 标准规定无线收发器物理层必须提供一个8-bit的整数用来估计接收信号强度（RSSI），这使得基于RSSI的室内定位技术不需要额外的硬件支持，进一步降低了成本。在采用基于测距的RSSI进行定位时，首先需要建立测距模型将RSSI转化为距离，直观的认识是距离越远RSSI越低。但是在室内环境中由于多路径效应严重以及非视距传播的问题，需要进行实际测试来建立合适的室内无线测距模型。常用的测距模型是基于理论和经验的对数模型。本实验的目的就是利用无线传感器节点在室内环境下建立测距模型。 实验条件 硬件设备：Crossbow公司提供的无线传感器网络开发套件（至少需要MIB520 program board + IRIS mote 组成的基站及与电脑终端的连接线，IRIS mote 两个，5号电池两对，电脑一台。） 软件支持：本实验须在电脑上安装Java JDK、相应的驱动程序及数据接收软件RSSIReceiver。 实验原理 在采用测距进行室内定位时，首先需要建立RSSI与距离的关系，然后将所测的RSSI转换距离再利用相应的定位算法求取未知点的坐标。 根据自由空间损耗模型我们知道接收信号功率 (P) 和信号传播路径长度 (d) 存在如下关系： (1) 式中 Pt 是发射器的发射功率，GT 和 GR 分别是发射器和接收器的天线增益，λc 是无线电波长，n 是路径损耗指数，且在自由空间中 n=2 。 由上式我们可以获得信号传播路径长度为 d1 的接收功率 P1 和信号传播路径长度为 d2 的接收功率 P2 ，即： (2) (3) 将（2）、（3）式相除，两边取对数可得： (4) 此时我们取信号传播路径长度 d1=1 m，那么我们可以得到： (5) 也就是： (6) 式中 RSSId2 是信号传播路径长度为 d2 时的接收信号强度， A 是距离发射器1 m 处的接收信号强度。 以上就是通过理论公式推导的RSSI与距离的关系，此时我们只要知道 A 和路径损耗指数 n ，我们就可以通过测量接收器处的接收信号强度 RSSId2 从而求得发射器和接收器之间的距离 d2 。 对于A值，在天线各向同性的条件下，一般是通过测量距离发射节点1m处的RSSI然后取平均获得。路径损耗指数n则可以采用拟合的方法获取，即在定位场景内沿某一直线以一定的间隔测量多个RSSI，然后通过对数曲线拟合获取路径损耗指数n。 实验方案 步骤一：相关软件的安装 第一，安装Java JDK。双击运行jdk-6u10-rc2-bin-b32-windows-i586-p-12_sep_2008.exe，按照默认选择进行安装。一般来说安装路径为C:\Program Files \Java（WindowsXP）或者C:\Program Files (x86)\Java（Win7）。配置环境变量。右击我的电脑—〉属性—〉高级—〉环境变量—〉 系统变量(S)栏—〉新建(W) 变量名:CLASSPATH 变量值:.;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_10\bin;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_10\lib\tools.jar （WindowsXP） .;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.6.0_10\bin;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.6.0_10\lib\tools.jar （Win7) 变量名:JAVA_HOME 变量值:C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_10 C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.6.0_10 编辑变量名:Path 变量值:在原有的变量值之后添加C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_10\bin;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_10\jre\bin C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.6.0_10\bin;C:\Pro