基于R S S I測距技術(shù)的研究

蒙廣旭

（桂林航天工業(yè)學(xué)院，桂林 541000）

在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，位置信息對傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測活動至關(guān)重要，事件發(fā)生的位置或獲取信息的節(jié)點(diǎn)位置是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)檢測消息中所包含的重要信息[2]，而測距技術(shù)又是確定位置信息不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。

現(xiàn)在比較常用的幾種測距方式為：GPS測距、紅外測距、超聲波測距和RSSI測距等[3]。毫無疑問

不同的測距方式都各有優(yōu)缺點(diǎn)，通常人們在選擇測距方式上也會綜合考慮到成本、精確度、測距范圍等多種因素，而本文主要選擇平均誤差較小、成本較低的RSSI測距技術(shù)來進(jìn)行分析。

1 關(guān)于RSSI以及RSSI與距離關(guān)系

1.1 關(guān)于RSSI的介紹

所謂RSSI（Received Signal Strength Indication）是指信號強(qiáng)度被接收的指示，無線發(fā)送層的可選部分，可以用來判定鏈接的質(zhì)量，以及用來確定廣播發(fā)送強(qiáng)度是否需要增大。將接收到的信號，按照信號強(qiáng)弱的不同，測定信號發(fā)射點(diǎn)與信號接收點(diǎn)之間的距離，從而根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)對信號發(fā)射的位置進(jìn)行定位計(jì)算。例如無線傳感中的ZigBee網(wǎng)絡(luò)和CC243X系列芯片的定位引擎就是采用RSSI這種技術(shù)、算法。其實(shí)RSSI測距技術(shù)就是一種基于信號收發(fā)強(qiáng)度的一種定位測距技術(shù)，但是測量值一般不包括天線增益或傳輸系統(tǒng)的損耗。

1.2 關(guān)于RSSI與距離關(guān)系

RSSI的測距技術(shù)最初設(shè)計(jì)是用來定位的，特別是GPS信號弱的室內(nèi)定位，其具體硬件實(shí)現(xiàn)是通過對輸入信號的功率進(jìn)行一定時間的積分，得到一個均值，通常是1秒內(nèi)的值。本文以CC254X系列為測距模塊進(jìn)行說明，CC254X模塊進(jìn)行測距時需要兩塊CC254X進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，兩個模塊之間不斷進(jìn)行著藍(lán)牙信號的發(fā)送和接收任務(wù)。在本設(shè)計(jì)中使用的CC254X芯片，由于其搭載的OSAL系統(tǒng)提供了接口函數(shù)，所以可直接得到接收端信號強(qiáng)度，進(jìn)而可以根據(jù)一系列代換得到關(guān)于距離的RSSI函數(shù)式：

式中，PR表示接收端無線信號的接收功率大?。籔T表示發(fā)射端無線信號的發(fā)射功率大??；D表示接收和發(fā)射單元之間的距離；n表示傳播因子，其數(shù)值大小跟環(huán)境有關(guān)，包括天氣，濕度，是否有障礙物等等。

而10lgPR是接收信號功率轉(zhuǎn)換為dBm的表達(dá)式，A取為發(fā)射與接收端相距1m時，接收端的信號功率，這樣就可以基于CC254X進(jìn)行距離的測算。

2 常見濾波算法的介紹和分析

藍(lán)牙信號在傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，信號會受到一些外來噪聲的影響，能否有效過濾掉噪聲，盡可能多的取得有效數(shù)值，成為了本系統(tǒng)能否更加準(zhǔn)確測算距離值的關(guān)鍵。具體將濾波算法加入到RSSI測距技術(shù)中的設(shè)計(jì)，如下方面。

可以進(jìn)行濾波處理[4]的算法很多，這里介紹幾種比較常用的濾波算法。限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法），這種算法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值，假設(shè)該值記為H，當(dāng)檢測到有新的值時，該算法就會進(jìn)行判斷：若本次值與上次值之差<=H，則本次值有效，若本次值與上次值之差>H，則本次值無效，放棄本次值，用上次值代替本次值。

加權(quán)遞推平均濾波法，這種濾波算法需要把不同時刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同加權(quán)處理，通常而言，越接近現(xiàn)在時刻的數(shù)據(jù)賦予的權(quán)值越大。這樣給予新采樣的數(shù)據(jù)的權(quán)體系越大，靈敏度會相應(yīng)越高，但是信號的平滑度會有所降低。算術(shù)平均濾波法，該濾波方法需要采取N個采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算：當(dāng)N的值比較小時，系統(tǒng)的靈敏度較高，但是相應(yīng)的信號平滑度較低；當(dāng)N的值比較大時，系統(tǒng)的靈敏度較低，但是相應(yīng)的信號平滑度較高。高斯濾波其實(shí)是一種線性平滑濾波方法，主要用來消除高斯噪聲，被廣泛應(yīng)用在圖像減噪處理的過程中，其實(shí)也可以用來進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波噪聲處理。

3 最終濾波算法的選取

為了能夠較好地處理RSSI信號中的抖動及干擾問題，盡可能的提高信號的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)經(jīng)分析和論證后采用高斯濾波算法加算術(shù)平均濾波法來對數(shù)據(jù)處理中的噪聲進(jìn)行濾波，處理RSSI信號中的抖動及干擾問題。首先要保證各濾波算法功能模塊的實(shí)現(xiàn)，其次要保證濾波算法程序的準(zhǔn)確性，最后要保證濾波后的結(jié)果能夠被準(zhǔn)確進(jìn)行轉(zhuǎn)換并直觀地顯示出來。

4 結(jié)束語

本文提出使用CC254X進(jìn)行信號發(fā)射和接收，采用高斯濾波算法加算術(shù)平均濾波算法來處理RSSI信號中的抖動及干擾問題。和沒有采取任何濾波比較而言，加入上述兩種濾波算法以后，信號的抖動問題有了很大的改善，能夠取得良好的距離測量效果。最終結(jié)果表明，采用濾波算法進(jìn)行改進(jìn)后的方案信號的穩(wěn)定性有了明顯提高，使得測距結(jié)果更加精確，該方案可以用于不同環(huán)境下基于RSSI測距中的應(yīng)用。

[1] 杜亞江，高立兵等.基于最小二乘法的RSSI測距環(huán)境參數(shù)修正方案[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用學(xué)報(bào)，2012（21）.

[2] 王琦等.基于RSSI測距的室內(nèi)定位技術(shù)[J].電子科技學(xué)報(bào)，2012，25，（6）：1007-7820.

[3] 方震，趙湛，郭鵬，張玉國等.基于RSSI測距分析[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，20，（11）：1004-1699.

[4] 朱明輝，張會清等.基于RSSI測距的室內(nèi)測距模型的研究[J].傳感器與微系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2010，29，（8）：1000-9787.