一种开放型无线传感网性能测试方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种开放型的无线传感网测试方法及系统，具体涉及高精度的延迟、丢包率、拓扑结构等性能的测量，所述平台由上位机、下位机、测试背板、烧写模块和被测节点构成；测试背板之间用时钟同步信号线连接起来，采用软硬件协同配合的方式完成高精度的时间同步；被测节点测量其空中接口和低速有线接口传输过程中的可变延迟，用于修订数据包的传输延迟；测试背板对测试数据包采用的定长分割方法，把可变延迟转化为固定延迟；采用参数定位文件的方式实现灵活的远程烧写；采用链路关联度的方法，获得稳定的传感网拓扑结构；采用顺序号映射算法，解决顺序号溢出问题，实现准确的丢包率计算。

【技术实现步骤摘要】
一种开放型无线传感网性能测试方法及系统
本专利技术涉及通信领域，尤其涉及一种开放型无线传感网性能测试方法及系统。
技术介绍
无线传感网由大量低成本的微型传感器节点构成，协作地实现对所处环境的感知、收集、处理和控制任务，广泛地应用于国防军事、工业控制、城市交通、健康护理、环境监测、楼宇监控等诸多领域。无线传感器节点在计算、存储和通信等方面的能力都十分有限，无线传感网的性能测试一直是困扰无线传感网研究和大规模应用的难题。此外，无线传感器网络的软硬件平台众多，硬件平台有SmartDust、MICA、TELOS、μAMPS，软件平台有Contiki、TinyOS、LiteOS、Nano-RK、t-Kernel等。为众多类型的传感网节点提供一个统一的高精度的测试系统，是一项巨大的技术挑战。MoteWorks是Crossbow公司研发的针对MICA节点的传感网测试系统。MoteWorks测试系统主要有三个缺点：它只能针对MICA节点提供测试服务；它在采集测试数据时，会干扰节点的运行状态；它在传输测试数据时，会干扰网络的通信性能。哈佛大学的MoteLab测试系统主要针对TMoteSky节点，俄亥俄州立大学的Kansei主要针对starGate,这些测试系统都不能提供一个开放型的测试系统，为各类传感器节点提供测试服务。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种开放型无线传感网性能测试方法及系统。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种开放型无线传感网性能测试方法，包括如下步骤：步骤1：上位机通过有线测试通道向无线传感网的被测节点发送测试命令；步骤2：无线传感网的被测节点接收到测试命令后，在无线传感网运行过程中，被测节点在无线信道上发送或接收业务数据包时，都会产生封装了业务数据包的，并通过有线测试通道汇报给上位机；步骤3：无线传感网的被测节点收到上位机发送的结束测试命令后，停止向上位机汇报测试数据包；步骤4：上位机对接收的测试数据包进行处理分析，计算无线传感网的数据包传输延迟、网络拓扑结构和丢包率；其中，所述每条有线测试通道包括下位机、测试背板和烧写模块，每个下位机通过有线连接的高速接口与一个测试背板相连；每个测试背板提供若干个低速接口，每个低速接口连接一个烧写模块；所述各测试背板间连接有时钟同步信号线，用于同步各个测试背板间的时钟。本专利技术的有益效果是：1、本测试系统通过一个标准的低速接口实现测试信息的采集，可以为各种软硬件结构的无线传感网提供测试服务。由于测试数据是通过有线通道采集的，不会干扰无线信道的正常测试环境。2、本测试系统采用软硬件协同工作的同步机制,在硬件上,通过定时的同步脉冲就可以获得高精度，在具有较高的时间精度的前提下，由此可测量得到较为准确的传输延迟，并且还通过测量被测节点的空中传输延迟和低速接口传输延迟，并抵消这两类可变延迟对传输延迟的计算影响，最后，在测试背板上，通过定长分包技术，把变长的接收延迟过程，转化为定长的接收延迟过程，进一步提高了延迟计算的精度。3、测试背板提供数量众多的低速接口，为大量的被测节点提供连接通道，这种方式不但可以降低制造成本，而且将减少测试实验需要的测试背板数量；进而降低了需要同步的背板数量，不但降低了硬件数量，而且提高了测试背板间的同步精度。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述测试数据包包括节点号字段、净荷长度字段、净荷字段、校验码、空中传输延迟、串口传输延迟，其中节点号中存储向上位机发送该测试数据包的节点的节点号，净荷长度字段中存储净荷字段的长度，净荷字段中存储该节点发送或接收的业务数据包，所述校验码字段存储测试数据包的循环冗余校验，所述空中传输延迟中存储的该节点发送或接收的业务数据包的空中传输延迟，所述串口传输延迟中存储的是该节点上一次向上位机发送测试数据包时的串口延迟。进一步，计算数据包传输延迟包括被测节点间传输业务数据包的空中传输延迟和被测节点上传测试数据包的串口传输延迟，具体计算步骤如下：空中传输延迟计算：被测节点在无线信道发送业务数据包时，记录每个业务数据包的发送启动时间戳和发送成功时间戳，利用发送成功时间戳减去发送启动时间戳，得到空中传输延迟，将空中传输延迟封装在本次汇报的测试数据包中通过有线测试通道上报给上位机，上位机通过修正算法，计算得到准确的空中延迟参数；被测节点在无线信道收到业务数据包后，向上位机上报的测试数据包中，空中传输延迟为零。串口传输延迟计算：测试数据包上报给上位机时，记录每个测试数据包上报启动时间戳和上报成功时间戳，利用上报成功时间戳减去上报启动时间戳，得到串口传输延迟，将串口传输延迟封装在下一次上报的测试数据包中通过有线测试通道上报给上位机，上位机通过修正算法，计算出准确的串口延迟参数。进一步，测试数据包传送到有线测试通道的测试背板处时，测试背板采用定长分割接收，为每个定长分组标记接收时间戳，将可变延迟变为固定延迟。进一步，获取传感网的拓扑结构的具体步骤：上位机采用数据驱动模式，根据用户指定的计算间隔，把测试过程分为若干个时间段，在每个时间段内，被测节点通过有线测试通道向上位机发送测试数据包以汇报每个被测节点的业务数据包传输数量，上位机进而汇总每条链路的业务数据包传输数量，获得链路的相关度，采用相关度高的链路，根据深度优先的拓扑树算法，获得稳定的网络拓扑机构。采用上述进一步方案的有益效果是：本测试方法采用数据驱动的模式，获得无线传感网的拓扑变化，不但具有广泛的适应性,而且通过链路的关联度指标,克服了拓扑变化的暂态过程对拓扑计算的影响。进一步，丢包率计算步骤：被测节点间传送的业务数据包中内嵌有序列号，被测节点在发送或接收业务数据包时，会将发送或接收的业务数据包备份到测试数据包的净荷字段，封装在测试数据包中通过有线测试通道传送给上位机，并存储在数据库中；上位机从数据库中，根据测试数据包时间戳的升序，取出所有接收的测试数据包，依次解析每个测试数据包，读取测试数据包净荷字段中存储的数据包的序列号，根据序列号判断是否存在乱序和溢出情况，如果存在，对序列号进行相应的更新，将更新后的序列号放回数据库中，处理下一个测试数据包，直至所有测试数据包均处理完成，再以序列号升序方式取出所有测试数据包，计算缺失的序列号，进而计算丢包率。采用上述进一步方案的有益效果是：采用数据包顺序编码技术，有效解决了消息同步、重复传输、多径传输等问题导致的丢包率误差问题，实现了较高准确性的传感网丢包率的测量。进一步，还包括实现被测节点远程烧写代码，具体步骤为：上位机编写至少两个节点号、信道号和发射功率均不同的基本烧写文件；通过比较烧写文件由于节点号、信道号和发送功率导致的差异，产生一个参数定位文件；根据基本烧写文件和其对应的参数定位文件，以及用户选择的烧写参数，生产所需的烧写文件；将烧写文件通过有线测试通道传送给相应的烧写模块，利用本地烧写技术，将代码烧写到被测节点上。采用上述进一步方案的有益效果是：本测试方法利用参数定位文件，实现了灵活的远程烧写功能，能适应各种类型节点的烧写代码变化，提供方便的节点号、信道号和发射功率配置。本专利技术解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种开放型无线传感网性能测试系统，其特征在于，包括上位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开放型无线传感网性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：上位机通过有线测试通道向无线传感网的被测节点发送测试命令；步骤2：无线传感网的被测节点接收到测试命令后，在无线传感网运行过程中，被测节点在无线信道上发送或接收业务数据包时，都会产生封装了业务数据包的测试数据包，并通过有线测试通道汇报给上位机；步骤3：无线传感网的被测节点收到上位机发送的结束测试命令后，停止向上位机汇报测试数据包；步骤4：上位机对接收的测试数据包进行处理分析，计算无线传感网的数据包传输延迟、网络拓扑结构和丢包率；其中，所述每条有线测试通道包括下位机、测试背板和烧写模块，每个下位机通过有线连接的高速接口与一个测试背板相连；每个测试背板提供若干个低速接口，每个低速接口连接一个烧写模块；所述各测试背板间连接有时钟同步信号线，用于同步各个测试背板间的时钟。

【技术特征摘要】
1.一种开放型无线传感网性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：上位机通过有线测试通道向无线传感网的被测节点发送测试命令；步骤2：无线传感网的被测节点接收到测试命令后，在无线传感网运行过程中，被测节点在无线信道上发送或接收业务数据包时，都会产生封装了业务数据包的测试数据包，并通过有线测试通道汇报给上位机；步骤3：无线传感网的被测节点收到上位机发送的结束测试命令后，停止向上位机汇报测试数据包；步骤4：上位机对接收的测试数据包进行处理分析，计算无线传感网的数据包传输延迟、网络拓扑结构和丢包率；获取传感网的拓扑结构的具体步骤：上位机采用数据驱动模式，根据用户指定的计算间隔，把测试过程分为若干个时间段，在每个时间段内，被测节点通过有线测试通道向上位机发送测试数据包以汇报每个被测节点的业务数据包传输数量，上位机进而汇总每条链路的业务数据包传输数量，获得链路的相关度，采用相关度高的链路，根据深度优先的拓扑树算法，获得稳定的网络拓扑结构；其中，所述每条有线测试通道包括下位机、测试背板和烧写模块，每个下位机通过有线连接的高速接口与一个测试背板相连；每个测试背板提供若干个低速接口，每个低速接口连接一个烧写模块；所述各测试背板间连接有时钟同步信号线，用于同步各个测试背板间的时钟。2.根据权利要求1所述一种开放型无线传感网性能测试方法，其特征在于，所述测试数据包包括节点号字段、净荷长度字段、净荷字段、校验码、空中传输延迟、串口传输延迟，其中节点号中存储向上位机发送该测试数据包的节点的节点号，净荷长度字段中存储净荷字段的长度，净荷字段中存储该节点发送或接收的业务数据包，所述校验码字段存储测试数据包的循环冗余校验，所述空中传输延迟中存储的该节点发送或接收的业务数据包的空中传输延迟，所述串口传输延迟中存储的是该节点上一次向上位机发送测试数据包时的串口延迟。3.根据权利要求1所述一种开放型无线传感网性能测试方法，其特征在于，计算数据包传输延迟包括被测节点间传输业务数据包的空中传输延迟和被测节点上传测试数据包的串口传输延迟，具体计算步骤如下：空中传输延迟计算：被测节点在无线信道发送业务数据包时，记录每个业务数据包的发送启动时间戳和发送成功时间戳，利用发送成功时间戳减去发送启动时间戳，得到空中传输延迟，将空中传输延迟封装在本次汇报的测试数据包中通过有线测试通道上报给上位机，上位机通过修正算法，计算得到准确的空中延迟参数；被测节点在无线信道收到业务数据包后，向上位机上报的测试数据包中，空中传输延迟为零；串口传输延迟计算：测试数据包上报给上位机时，记录每个测试数据包上报启动时间戳和上报成功时间戳，利用上报成功时间戳减去上报启动时间戳，得到串口传输延迟，将串口传输延迟封装在下一次上报的测试数据包中通过有线测试通道上报给上位机，上位机通过修正算法，计算出准确的串口延迟参数。4.根据权利要求1所述一种开放型无线传感网性能测试方法，其特征在于，测试数据包传送到有线测试通道的测试背板处时，测试背板采用定长分...

【专利技术属性】
技术研发人员：石志强，孙利民，朱红松，赵忠华，甘伟，李晓森，刘利营，张晓明，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：