专利名称：一种针对无线传感器网络的通信性能测试装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型设计一种无线传感器网络通信性能的测试装置，主要用于无线传感器网络的组网容量、多跳、功耗等网络性能的测试。可以为无线系统在工业应用方面提供一个性能测试平台，为通信质量分析提供必要数据。
背景技术：
无线网络技术作为工业信息化的关键，在工业领域的广泛应用是必然趋势，已经成为信息化推动工业化发展 的代表性技术，是国际技术竞争的焦点和科技的制高点。针对能耗高、资源利用率低的流程工业，采用无线网络建立监控、调度和优化分配等综合管理系统，是解决能源介质和主要设备在线监测和调度优化的有效措施。无线传感器网络是近几年兴起的一种全新的自组织，低功耗的无线通信方案，因其采用ISM授权频段，通信速率在250kbps，自组织及多跳的特性使得无线传感器网络在各个领域充满了生命力。尤其是在工业监控领域。然而，目前国际上普遍采用的Zigbee标准是基于802. 15. 4协议构架之上的通信标准，其协议应用涉及到工业、医疗、智能家居等多个无线应用领域。协议的复杂度高。尽管针对工业应用的国际标准有三个，目前仍没有一个可行的方案用来测试通信的可靠性。作为工业现场监控，数据传输的可靠性和实时性一直是工业监控的基本要求，也是无线通信一直无法取代总线通信的重要原因。因为无线的通信介质是空气，其通信介质会受到各种因素的干扰，在工业现场这个复杂的环境下，无线通信可靠性受到了严峻的挑战。尽管人们对无线传感器网络已经有多年的研究，然而基于传感器网络性能方面的测试一直是一个盲区，研究者关注的是通信距离，定位问题，功耗问题，而一般采用的测试方法都是最普通的人工测试。没有一个可行的整体性的测试平台。在无线产品测试中，必不可少的一项测量就是产品的传输距离测试，无线传感器网络的组网测试，多跳测试，无线通信产品在实际协议验证的时候不可能做到实际空间距离测试，一是场地不允许，二是多个节点一起测试，各自信号会相互干扰，导致测试结果不准确甚至根本无法进行。
实用新型内容为了实现在有限平台上的无线传感器网络性能测试，本实用新型提供了一个测试平台，改平台能够测试无线传感器网络的通信容量、通信速率、多跳等参数。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是装置由Zigbee无线节点、衰减器、天线、FPGA多模块通信板、功率测试板、屏蔽床及稳压电源组成。无线通信模块可以采用CC2430和JN5139，模块具有串口通信功能。衰减器采用了型衰减器设计，并可以通过调整可调电阻来改变衰减倍数。每个无线节点都放置于一个封闭的铁质盒形空间，盒形空间内部采用工业吸波材料将每个节点的射频信号屏蔽，节点间的通信通过引出天线和其他模块通信。FGPA多模块通信信息板通过串口和无线节点通信，通过USB 口和上位机系统通信。具体描述为( I)射频屏蔽测试床微波屏蔽测试床主要包括外部壳体的设计和屏蔽材料的选用。 外壳采用2mm厚铁板，采用焊接方法，留出5X10的密封格子，用来放置无线传感器网络节点，测试床的后边留有可开关的门，前边通过打孔，可以将天线伸出外部。由于无线射频本身的功率信号比较大，仅用铁皮是无法屏蔽射频信号，无法实现组网测试和多跳测试。根据Zigbee的特性，要进行多跳测试，如果一个节点的通信半径范围内有多个节点，将失去测试的意义。因此选用工业级屏蔽材料，可吸收高达40GHz的微波信号，使得每个通信节点都相互隔离，形成一个个独立的暗室。满足测试的需求。(2)2. 4G可调无线射频衰减器采用衰减器来模拟实际空间损耗，利用信号在空气中的自由损耗计算得到对应的dB值，再用相应的衰减器来代替，将空间距离缩短到实验平台能够承受的距离。衰减器可以通过调整电阻来选择不同的衰减量，以满足衰减的需求，衰减器的设计采用n型衰减器，当阻抗为50Q时，根据衰减倍数的需求，计算需要的R值。衰减器连接射频模块的输出天线，在衰减器之后再连接一个天线，为衰减后的射频输出。(3)无线传感器网络测试平台烧程及数据监听单元多节点的测试的工作量巨大，如果需要测试一次协议，给每个节点烧写程序，需要花费大量的时间，不利于研究人员的开发。测试平台设计了一个可以给多个节点下载程序的处理器板卡和对应的上位机软件，一般的无线传感器节点采用的是SPI或者串口下载模式，板卡设计多串口模式，然后通过FPPA实现多通道的逻辑切换，上位机通过USB实现对下载代码的传输。数据包上位机处理可以实现1、查看数据包序列的内容，支持包的解析、过滤和排序。2、查看各信道在不同时刻的通信状态。网络测试平台支持IEEEStd802. 15. 4-2006标准，系统能够同时监听多达20个节点的信息。通过软件配置，可以支持2. 4GHz波段的全部16个信道监听。(4)测试平台供电单元测试平台供电主要用于节点的供电，节点供电可以采用电池供电和外部电源供电两种方式。外部供电通过外接一个交/直变压和AC/DC模块实现。外部电源采用220V交流电，AC/DC将电源变为标准5V。板载的板卡供电再采用稳压电路给芯片和工作单元供电。(5)测试平台功率监控单元功率测试。电流和电压测试。AD，实时数据存储。上位机数据分析。寻求最优功耗管理与通信策略。提供基本的数据依据。本实用新型的有益效果是，可以在有限的平台上实现对实际网络环境的模拟，可以用于大规模的网络容量、多跳及功耗方面的测试。测试方便、结构简单，可为无线传感器网络通信的研究及相关产品设计提供性能测试平台。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
图1为通信性能监测硬件组成；[0023]图2为通信性能测试与程序下载流程；图3为衰减器原理图；图4为测试平台后视图；图5为测试平台前面板示意具体实施方式
下面，结合附图，介绍本实用新型的具体实施方式
。图1为本实用新型的通信性能测试单元的硬件组成，主要通过一个高性能的FPGA,扩展多通道RS232接口，然后通过片选，可以连接多个节点，将节点数据通过RS232接口传给FIFO，USB芯片通过上位机的操作实现对节点通信信息的读取。上位机下载也是通过USB接口将下载程序代码传给每个节点。通信性能测试的具体工作流程如图2所示。步骤101 :在上位机实现对算法程序的编译，然后将程序通过环境编译器编译，生成可以在下位机运行的代码。步骤102 :检测USB 口是否有设备。步骤103 :如果没有检测到USB设备，软件报警。结束程序。步骤104 :如果检测到USB，设备正常。下载程序。步骤105 :在传送给每个节点程序后。上位机通过USB接口获取每个节点的信息。包括检测到的数据传输时间，传输量信息，功率信息等。步骤106 :数据存储，将多节点的数据以数据库存储于计算机中。用于无线通信的性能分析。步骤107 :数据分析，主要通过分析数据，获得无线传感器网络的组网性能、路由性能、拥塞状况、功耗情况、定位性能等。图3信号衰减板的电路示意图，衰减板的衰减倍数是可调的，通过参数计算，需要设计一个能够衰减26dBm-50dBm的衰减板，通过调整电阻RO和Rl实现阻抗匹配和功率衰减。图4和图5是测试平台的后视图和前视图。图4表示的是将测试平台的组成，平台可容纳50个节点的规模，每个节点和衰减板放在设计好的格子中，屏蔽材料将节点的射频信息屏蔽在格子形成的“暗室”中。平台的底层是供电系统，多通道信号监听系统，功率测试系统，分别通过信号线和每个节点相连。图5是测试平台的前视图，每个节点通过一个天线引出，然后采用吸盘天线，可以将天线固定在测试平台上，在前面面板上，实验人员可以方便的实现组网，多跳等性能的测试。多通道性能测试单元和功率测试单元分别与主分析系统相连接。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型的技术范围做任何限制。本行业的技术人用，在本技术方案的启迪下，可租出一些变形与修改，凡是依据本实用新型技术对以上实施例所做的任何修改、 等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术的技术方案的范围。
权利要求1.一种针对无线传感器网络的通信性能测试装置，由Zigbee无线节点、衰减器、天线、FPGA多模块通信板、功率测试板、屏蔽床及稳压电源组成。其特征是多个无线节点可以通过衰减器和屏蔽床来模拟长距离通信的多跳及组网模式，功率测试板用于测试模块的功耗。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络的通信性能测试装置，其特征是无线通信模块可以采用CC2430和JN5139，模块具有串口通信功能。
3.根据权利要求1所述的无线传感器网络的通信性能测试装置，其特征是衰减器采用了 π型衰减器设计，并可以通过调整可调电阻来改变衰减倍数。
4.根据权利要求1所述的无线传感器网络的通信性能测试装置，其特征是每个无线节点都放置于一个封闭的铁质盒形空间，盒形空间内部采用工业吸波材料将每个节点的射频信号屏蔽，节点间的通信通过引出天线和其他模块通信。
5.根据权利要求1所述的无线传感器网络的通信性能测试装置，其特征是=FGPA多模块通信信息板通过串口和无线节点通信，通过USB 口和上位机系统通信。
专利摘要一种针对无线传感器网络的通信性能测试装置。涉及对2.4GHz，433MHz频段的无线传感器网络的性能测试。包括Zigbee无线节点、衰减器、天线、FPGA多模块通信板、功率测试板、屏蔽床及稳压电源。无线节点可以根据测试的需要选择CC2430或JN5139等无线传感器网络模块。测试屏蔽床以铁质材料形成封闭盒形空间，可以用于放置无线模块。采用信号衰减板来降低通信的能量，屏蔽床屏蔽射频信号，稳压电源对测试节点采用统一的供电。FPGA多模块通信板可以监听多个节点的发送和接受的数据信息，功率测试板通过测试电流和电压来测试网络中节点的功耗。通过软件实现对每个节点的发送和接收的数据包监听。测试平台可以根据需要进行平台可以用于zigbee组网测试，多跳测试和功耗测试。使用方便，能够满足无线传感器网络性能测试的需求。
文档编号H04W84/18GK202889641SQ20122034219
公开日2013年4月17日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者李英伟, 李娜, 于莉娜, 黄春辉 申请人:燕山大学