专利名称：一种传感网络节点结构评估系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种网络节点结构评估系统及方法，特别是关于一种传感器网络节点结构评估系统及方法。
背景技术：
传感器网络是信息技术应用领域的重要技术，将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式。目前，不同的传感器网络系统需要设计不同的专用网络节点、终端硬件结构和协议软件，具体而言就是需要开发传感网络的各种专用的硬件体系结构，并制定编写专用的网络协议。这种开发需要设计专用处理器系统和接口电路，只有在制作完成硬件系统后才能实施传感网络的调试和测试。这种方法具有的优点是具有开发针对性，其缺点是无法在硬件制造之前对设计的系统进行评估。特别是对于SoC(System on a Chip，片上系统)技术的应用，会造成较大的技术浪费。另外，由于设计结果需要验证，因此延长了设计周期和产品上市时间。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能对硬件系统结构、软件系统与软硬件协调性进行评估的通用传感网络节点评估系统及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种传感网络节点结构评估系统，其特征在于它包括评估基板和电源模块，所述评估基板上预置有插接传感器网络节点的通用传感器网络节点插槽以及若干模块插座，所述模块插座上对应插接存储器模块、模拟传感器调理模块、数字调理模块、现场总线接口模块、RF接口模块、USB接口模块、显示接口模块、网络接口模块和键盘接口模块中的一块或一块以上；所述电源模块连接所述各功能模块和接口模块。
一种采用上述传感网络节点结构评估系统的评估方法，其特征在于它包括以下步骤(1)把用户设计的待评估的传感器网络节点插接到评估基板上的通用传感器网络节点插槽中；(2)根据用户设计的传感器网络节点的硬件和软件应用系统的要求，把所需模块插接到评估基板上相应的模块插座上，组成与用户设计的传感器网络节点硬件和软件应用系统相同的硬件电路；(3)根据目标环境的要求，将至少一套传感器网络节点评估系统置于与目标环境相似的模拟环境中，或直接模拟目标环境物理量的变化传递给传感器网络节点评估系统的模拟传感器调理模块；(4)运行用户设计的硬件和软件应用系统的应用程序；(5)根据硬件电路工作状态和应用程序运行的结果得出评估结论。
其中步骤2中所述数字调理模块评估传感器网络节点的数字调理部分，包括调制和编码以及解调和解码。
其中步骤2中所述存储器模块评估包含存储器的传感器网络节点的存储器部分，所述存储器模块同时作为扩展的程序和数据存储器模块。
其中步骤3中所述模拟传感器调理模块将外部环境变化的物理量转化为传感器网络节点所需的数字量，其步骤如下(1)将测到的物理量变化转换成电子特性变化；(2)通过转换电路将电子特性变化转换成电信号；(3)电信号经过积分电路和放大电路进行整形处理后，经由采集电路将模拟电信号转换成数字信号；(4)将由数字信号组成的测试向量发送给待评估的传感器网络节点。
其中步骤3中的传感器网络节点评估系统为一套以上，各所述传感器网络节点评估系统间采用自组织方式组成传感器网络。
其中步骤4采用移植用户设计的传感器网络节点操作系统，并在其上运行，或直接运行用户设计的硬件和软件应用系统的应用程序。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、由于本发明提供了一种通用的网络节点结构，所以系统结构比较简单，减小干扰影响，而且可以通过拆分和组合实现评估功能多样化。2、由于本发明提供的评估系统具有通用性，所以大大缩短了设计周期和产品上市时间。3、由于本发明可以在硬件制造前对设计的系统进行评估，所以在很大程度上能提高芯片制造的成功率。本发明可以广泛用于信息技术应用领域中。
图1是本发明系统组成结构示意2是本发明实施例1结构示意3是本发明实施例2结构示意4是本发明实施例3结构示意5是本发明实施例4结构示意6是本发明实施例5结构示意图具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明系统组成包括评估基板、存储器模块、模拟传感器调理模块、数字调理模块、电源模块、现场总线接口模块、RF(Radio Frequency，射频)接口模块、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口模块、显示接口模块、网络接口模块和键盘接口模块中的一块或多块，评估基板上预置有通用传感器网络节点插槽和若干模块插座，各模块上预置有电源模块接口或电源连线。
实施例1如图2所示，本实施例包括评估基板、电源模块、模拟传感器调理模块、数字调理模块、存储器模块和网络接口模块。
评估基板上的通用传感器网络节点插槽用于插接待测的传感器网络节点芯片。通用传感器网络节点插槽通过连线连接评估基板上各个模块插座；各模块插座可以插接根据目标环境要求设计的传感器网络节点所需要的模块；连线包括各模块所需要的数据线、控制线和地址线。
电源模块用于提供待评估的传感器网络节点和各个模块所需要的电源；各个模块所需要的电源由电源模块连接到各个模块的相应插座上或者通过各模块的电源连线连接到电源模块。电源模块可以是由220v交流市电经变换得到各个模块所需要的电源，也可以是各种直流电源经变换得到各个模块所需要的电源，或者由220v交流市电经变换与各种直流电源经变换的组合得到各个模块所需要的电源。
模拟传感器调理模块给传感器网络节点提供传感信号，模拟传感器调理模块中的传感器监测外部环境的变化。其将测到的物理量变化转换成电子特性变化，如电阻变化、电容变化或电感变化；再通过转换电路，如阻桥电路，转换成电信号；电信号经过积分电路、放大电路进行整形处理后，再经过采集电路将模拟电信号转换成数字信号，并将由数字信号组成的测试向量发送给待评估的传感器网络节点。模拟传感器调理模块中的传感器包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器、气体传感器、加速度传感器、超声波传感器、震动传感器、压力传感器、磁传感器和化学传感器之一或其组合构成的模拟传感器模块。模拟传感器调理模块插接到评估基板上的模拟传感器调理模块插座，通过该插座连接到该评估基板的通用传感器网络节点插槽，连线包括模拟传感器调理模块的数据线、控制线等。
数字调理模块用于评估传感器网络节点的数字调理部分，需评估的功能包括调制和编码功能以及解调和解码功能；支持的调制方式包括OOK(ON/OFF keying，开关键控)、ASK(amplitude shift keying，幅移键控)、FSK(frequency shiftkeying，频移键控)和PSK(phase shift keying，相移键控)等；支持的编码方式包括软件SedSeed编码、硬件曼彻斯特编码、透明编码、UART(Universalasynchronous receive and transit，通用异步收发)编码和NRZ(Non-return Zero，不归零)编码等。数字调理模块插接到评估基板上数字调理模块插座，并通过该插座连接到该评估基板的通用传感器网络节点插槽，连线包括数字调理模块的数据线、控制线等。
存储器模块用于评估待评估的包含存储器的传感器网络节点的存储器部分，也作为扩展的程序和数据存储器模块。存储器可以包括易失性存储器如6264、非易失性存储器如2764、EEPROM如2864、FFRAM(铁电存储器)FM24C04和Flash存储器如24LC56之一或其组合构成的存储器模块。存储器模块插接到评估基板上的存储器模块插座，通过该插座连接到该评估基板的通用传感器网络节点插槽，连线包括存储器模块的地址线、数据线和控制线。
网络接口模块用于评估包含有网络接口的传感器网络节点的网络部分，网络接口模块提供无线网口或有线网口或二者的组合。对于空间比较狭小的监测区域，如家居、各种实验室和工作站等，采用有线网络接口；对于空间比较大的监测区域，如森林、农场等，采用无线网络接口。网络接口模块插接到评估基板上的网络接口模块插座，通过该插座连接到该评估基板的通用传感器网络节点插槽。
实施例2如图3所示，本实施例包括评估基板、电源模块、模拟传感器调理模块、数字调理模块、显示接口模块、存储器模块和网络接口模块。本实施例除添加了一显示模块外，其它的模块均与实施例1中的模块相同。
显示接口模块用于显示文字或图形，可以包括LED发光二极管指示电路、LED数码管指示电路、点阵LED显示电路和液晶显示器电路之一或其组合电路构成的显示接口模块。显示接口模块插接到评估基板上的显示接口模块插座，通过该插座连接到该评估基板的通用传感器网络节点插槽，连线包括显示接口模块所需要的数据线、控制线等。
实施例3如图4所示，本实施例包括评估基板、电源模块、模拟传感器调理模块、数字调理模块、显示接口模块、键盘接口模块、存储器模块和网络接口模块。本实施例除添加了一块键盘模块外，其它的模块与实施例2中的模块相同。
键盘接口模块用于输入命令或参数，可包括接触式按键或电容式按键，包括采用PS2接口、USB1.1接口和USB2.0接口的键盘接口。键盘接口模块插接在评估基板上的键盘接口模块插座，并通过该插座连接到该评估基板的通用传感器网络节点插槽，连线包括键盘接口模块所需要的数据线、控制线等。
实施例4
如图5所示，本实施例包括评估基板、电源模块、模拟传感器调理模块、数字调理模块、显示接口模块、键盘接口模块、现场总线接口模块、存储器模块和网络接口模块。本实施例除添加了一块现场总线接口模块外，其它的模块与实施例3中的相同。
现场总线接口模块用于评估包含有现场总线接口的传感器网络节点的现场总线接口部分，采用的现场总线包括控制局域网(Controller Area Network，CAN)总线、过程现场总线(Process Field Bus，Profibus)、设备网(DeviceNet)总线、Modbus总线、控制和通信链接(control&communication link，CC-link)总线、基金会现场(Fieldbus Foundation，FF)总线等。现场总线接口模块插接在评估基板上的现场总线接口模块插座，并通过该插座连接到该评估基板的通用传感器网络节点插槽，连线包括现场总线接口模块的数据线、控制线等。
实施例5如图6所示，本实施例包括评估基板、电源模块、模拟传感器调理模块、数字调理模块、显示接口模块、键盘接口模块、现场总线接口模块、USB接口模块、存储器模块和网络接口模块。本实施例除添加了一块USB接口模块外，其它的模块与实施例4中的相同。
USB接口模块用于评估包含有USB接口的传感器网络节点的USB接口部分。USB接口模块插接到评估基板上的USB接口模块插座，并通过该插座连接到该评估基板的通用传感器网络节点插槽，连线包括USB接口模块的数据线、控制线等。
实施例6如图1所示，本实施例包含有评估基板、电源模块、模拟传感器调理模块、数字调理模块、显示接口模块、键盘接口模块、现场总线接口模块、USB接口模块、RF接口模块、存储器模块和网络接口模块。本实施例除添加了一块RF接口模块外，其它的模块与实施例5中的相同。
RF接口模块用于评估包含有RF接口的传感器网络节点的RF接口部分。RF接口模块插接到评估基板上的RF接口模块插座，并通过该插座连接到该评估基板的通用传感器网络节点插槽，连线包括RF接口模块的数据线、控制线等。
本发明对待评估的传感器网络节点硬件和软件应用系统进行评估的方法是1、把用户设计的待评估的传感器网络节点插接到评估基板上的通用传感器网络节点插槽；
2、根据用户设计的传感器网络节点的硬件和软件应用系统的要求，将所需的模块插接到评估基板上相应的模块插座上，组成与用户设计的传感器网络节点硬件和软件应用系统相同的硬件电路；3、根据目标环境的要求，将一套传感器网络节点评估系统置于与目标环境相似的模拟环境中，或直接模拟目标环境物理量的变化传递给传感器网络节点评估系统的模拟传感器调理模块；如果需要评估传感器网络节点间的相互通信性能，须将一套以上传感器网络节点评估系统置于目标环境或与目标环境相似的模拟环境中，这些传感器网络节点评估系统通过自组织方式组成传感器网络；4、移植用户设计的传感器网络节点需要的操作系统(比如美国加州大学伯克利分校设计的TinyOS操作系统)，并在操作系统上运行用户设计的硬件和软件应用系统的应用程序，或者直接运行用户设计的硬件和软件应用系统的应用程序；5、根据硬件电路工作状态和应用程序运行的结果得出评估结论如果硬件电路工作状态和应用程序运行正常，工作指标达到预计的要求，表明用户设计的传感器网络节点硬件和软件应用系统可以进行批量生产，实现一个传感器网络节点；如果硬件电路工作状态和应用程序运行指标未达到原设计的要求，则要求用户对设计的传感器网络节点硬件和软件应用系统进行修改或重新设计，然后重新进行评估。
尽管为说明目的公开了本发明的具体实施例和附图，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，但是本领域的技术人员可以理解在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
权利要求
1.一种传感网络节点结构评估系统，其特征在于它包括评估基板和电源模块，所述评估基板上预置有插接传感器网络节点的通用传感器网络节点插槽以及若干模块插座，所述模块插座上对应插接存储器模块、模拟传感器调理模块、数字调理模块、现场总线接口模块、RF接口模块、USB接口模块、显示接口模块、网络接口模块和键盘接口模块中的一块或一块以上；所述电源模块连接所述各功能模块和接口模块。
2.一种采用如权利要求1所述传感网络节点结构评估系统的评估方法，其特征在于它包括以下步骤(1)把用户设计的待评估的传感器网络节点插接到评估基板上的通用传感器网络节点插槽中；(2)根据用户设计的传感器网络节点的硬件和软件应用系统的要求，把所需模块插接到评估基板上相应的模块插座上，组成与用户设计的传感器网络节点硬件和软件应用系统相同的硬件电路；(3)根据目标环境的要求，将至少一套传感器网络节点评估系统置于与目标环境相似的模拟环境中，或直接模拟目标环境物理量的变化传递给传感器网络节点评估系统的模拟传感器调理模块；(4)运行用户设计的硬件和软件应用系统的应用程序；(5)根据硬件电路工作状态和应用程序运行的结果得出评估结论。
3.如权利要求2所述的一种传感网络节点结构的评估方法，其特征在于其中步骤2中所述数字调理模块评估传感器网络节点的数字调理部分，包括调制和编码以及解调和解码。
4.如权利要求2所述的一种传感网络节点结构的评估方法，其特征在于其中步骤2中所述存储器模块评估包含存储器的传感器网络节点的存储器部分，所述存储器模块同时作为扩展的程序和数据存储器模块。
5.如权利要求2或3或4所述的一种传感网络节点结构评估方法，其特征在于其中步骤3中所述模拟传感器调理模块将外部环境变化的物理量转化为传感器网络节点所需的数字量，其步骤如下(1)将测到的物理量变化转换成电子特性变化；(2)通过转换电路将电子特性变化转换成电信号；(3)电信号经过积分电路和放大电路进行整形处理后，经由采集电路将模拟电信号转换成数字信号；(4)将由数字信号组成的测试向量发送给待评估的传感器网络节点。
6.如权利要求2或3或4所述的一种传感网络节点结构评估方法，其特征在于其中步骤3中的传感器网络节点评估系统为一套以上，各所述传感器网络节点评估系统间采用自组织方式组成传感器网络。
7.如权利要求5所述的一种传感网络节点结构评估方法，其特征在于其中步骤3中的传感器网络节点评估系统为一套以上，各所述传感器网络节点评估系统间采用自组织方式组成传感器网络。
8.如权利要求2或3或4或7所述的一种传感网络节点结构评估方法，其特征在于其中步骤4采用移植用户设计的传感器网络节点操作系统，并在其上运行，或直接运行用户设计的硬件和软件应用系统的应用程序。
9.如权利要求5所述的一种传感网络节点结构评估方法，其特征在于其中步骤4采用移植用户设计的传感器网络节点操作系统，并在其上运行，或直接运行用户设计的硬件和软件应用系统的应用程序。
10.如权利要求6所述的一种传感网络节点结构评估方法，其特征在于其中步骤4采用移植用户设计的传感器网络节点操作系统，并在其上运行，或直接运行用户设计的硬件和软件应用系统的应用程序。
全文摘要
本发明涉及一种传感网络节点结构评估系统及方法，它的总体构成包括评估基板、电源模块以及存储器模块、模拟传感器调理模块、数字调理模块、现场总线接口模块、RF接口模块、USB接口模块、显示接口模块、网络接口模块和键盘接口模块中的一块或一块以上。本发明提供的评估系统具有通用性，可以在硬件制造前对设计的系统进行评估，所以在很大程度上能提高芯片制造的成功率，大大缩短了设计周期和产品上市时间；而且可以通过拆分和组合实现评估功能多样化。本发明可广泛应用于信息技术应用领域。
文档编号H04L12/26GK101079756SQ200710118290
公开日2007年11月28日 申请日期2007年7月4日 优先权日2007年7月4日
发明者钮文良, 李哲英, 姜余祥, 周小龙, 赵俊良, 许立群, 陈婷婷, 刘佳, 王淑英, 申功迈, 韩玺, 王健健, 刘翔, 韩大盺, 孙旭 申请人:北京联合大学