一种开放型无线传感网性能测试方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】 一种开放型无线传感网性能测试方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，尤其涉及一种开放型无线传感网性能测试方法及系统。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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Smart Dust、MICA、TEL0S、μ AMPS，软件平台有Contik1、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。
[0004]Motefforks是Crossbow公司研发的针对MICA节点的传感网测试系统。Motefforks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TMote Sky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。
【发明内容】
[0005]本发明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。
[0006]本发明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:
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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。
[0012]本发明的有益效果是:[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0017]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。
[0018]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:
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]进一步，获取传感网的拓扑结构的具体步骤:
[0023]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。
[0024]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。
[0025]进一步，丢包率计算步骤:
[0026]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；
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]本发明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，包括上位机、若干条有线测试通道和若干个被测节点；所述上位机通过有线网络与若干条测试通道相连，每条测试通道的末端通过私有接口连接有一个被测节
占.[0032]所述上位机，其用于通过测试通道向被测节点发送测试命令，还用于对反馈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；所述测试通道，其用于实现被测节点与上位机测试命令的交互和测试数据的上报；所述被测节点，其用于接收测试命令，并产生测试数据，通过测试通道反馈给上位机；
[0033]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。
[0034]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0035]进一步，所述烧写模块，还用于接收上位机发送的烧写文件，利用本地烧写技术，将代码烧写到被测节点上。
[0036]进一步，所述测试背板还用于对被测节点上报的数据采用定长分割接收，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。【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1为本发明一种开放型的无线传感网测试系统示意图；
[0038]图2为本发明所述测试背板、烧写模块和被测节点的连接关系图；
[0039]图3为本发明所述一种开放型的无线传感网测试方法流程图
[0040]图4为本发明被测节点上报的测试数据包的格式图；
[0041]图5为本发明软硬件协同工作的时钟同步信号流图；
[0042]图6为基于序列号的无线传感网丢包率计算流程图。
[0043]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0044]1、上位机，2、下位机，3、测试背板，4、烧写模块，5、被测节点。
【具体实施方式】
[0045]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0046]如图1所示，本测试系统中，只有一台上位机1，该设备通过以太网与N个下位机2物理相连，上位机I和下位机2通过TCP/IP协议实现信息交互。下位机2利用高速接口与测试背板3相连，采用串行外设协议(SPI)实现信息交互。每个测试背板3下连8个烧写模块4，每个烧写模块4连接一个被测节点5。
[0047]如图2所示，测试背板3通过9针的低速连线与烧写模块4相连，其中I和2线用于为烧写模块供电，3和4线用作串口(速率为115200bps)与烧写模块通信，5和6线用于为被测节点供电，7和8线用作串口(速率为115200bps)与被测节点5通信。烧写模块4利用内部连线与被测节点5相连，采用私有协议时下信息交互，其中10线为共地功能，11和12用作串口(速率为115200bps)与被测节点通信，13和14线用于控制被测节点，使之进入烧写状态。
[0048]如图3所示，一种开放型的无线传感网性能测试方法，
[0049]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；
[0050]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；
[0051]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；
[0052]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；
[0053]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。
[0054]如图4所示，测试节点通过有线测试信道向上位机上报的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。其中节点号的长度为2个字节，净荷长度为2个字节，净荷内容为变长，校验码长度为2个字节；空中传输延迟的长度为2个字节，所表示的单位为毫秒；串口传输延迟的长度为2个字节，所表示的单位为毫秒。
[0055]本发明所述系统具有以下功能:
[0056]1.高精度延迟测量
[0057]a.现有的测试技术中，大多采用软件来实现时间同步，这种时间同步都是在下位机之间实现的。软件同步存在两点不足，一是同步精度不高；二是数据包需要经过测试背板的缓冲队列，由于缓冲队列导致的延迟是可变的，在下位机上提供时间戳，会导致更低的时间精度。
[0058]本发明采用软硬件协同工作的同步机制，通过定时的同步脉冲就可以获得高精度的同步时钟。
[0059]如图5所示，参与测试的N个测试背板中，测试背板I为主时钟控制器，其它测试背板为从时钟控制器。测试背板I在每个整数分钟过10秒时，发送一次软件时钟汇报信号SI到下位机1，并被中转到上位机。信号SI的内容为测试背板I发送信号SI时的当前时钟值。上位机收到信号SI后，发送软件时钟更新信号S2到其它下位机，并被中转到相应的测试背板，信号S2的数值等于信号SI的数值。测试背板I在每个整数分钟过30秒的时亥IJ，在与其它测试背板相连的硬件同步线上发送信号S3。测试背板I在硬件同步线上通常为低，信号S3就使得硬件同步线瞬间置高。其它测试背板的时钟同步算法如下。收到信号S2后，就把本地时钟设置为S2 ;收到信号S3后，本地时钟的分钟数不变，秒钟数设定为30秒。
[0060]b.在被测节点间的数据通信过程中，业务数据包传输要经历多个延迟，节点内的调度延迟、无线发送模块内的排队延迟，发送过程中的载波侦听延迟和数据碰撞导致的重传延迟，这些延迟长度往往具有变长的特性，会导致较大的延迟计算误差。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。
[0061]在被测节点间上报测试数据包的过程中，测试数据包传输要经历多个延迟，节点内的调度延迟、低速发送模块内的排队延迟，这些延迟长度往往具有变长的特性，会导致较大的性能分析误差。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。
[0062]另外，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，进一步提高了计算延迟的精度。测具体可以把长度可变的测试数据包截断为每10个字节一个分组，并为每个分组增加一个时间戳。
[0063]2.普适性的拓扑计算
[0064]由于传感网无线信道易受外部干扰，拓扑结构会发生动态变化，所以会出现短暂的路由和拓扑过渡期，所以传统方法容易受到过渡期的干扰，计算的拓扑结构不准确；传感网种类繁多，会采用各种路由协议和拓扑控制算法，为了使得拓扑分析算法具有广泛的适用性，采用了数据驱动的模式。虽然传感网的拓扑控制和路由计算方法多种多样，但通过数据流向都可以有效地揭示传感网的实际拓扑结构。本方法把测试过程分为用户指定的若干时间段，根据每个时间段的数据流特性计算得到该时间段的拓扑结构。
[0065]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。
[0066]具体获取链路关联度的实现过程如下:
[0067]首先初始化所有被测节点的关联度为0，其次，从sink节点开始，获得sink节点的子节点，并根据这些子节点与sink节点的通信量设定这些子节点到sink节点的关联度；再次，找到这些子节点的孙节点，并计算孙节点到子节点的关联度，如果得到的关联度大于孙节点当前的关联度，就更改孙节点的父节点；否则，就不更新。
[0068]采用以上深度优先的迭代过程，直到所有的节点均被遍历。
[0069]3.准确的丢包率统计
[0070]在丢包率的计算过程中，由于测试启动和测试结束命令难以在大量被测节点间同步执行，重复传输和多径传输等原因，会导致接收到的多份相同的业务数据包的情况出现，导致丢包率的计算准确度不高的问题。为此，在各个被测节点间传递的业务数据包内会嵌有序列号，每个被测节点内设有若干个目的地址计数器，每个目的地址维护一个独立的计数器，该节点每发送一个业务数据包，其对应目的地址的计数器就递增。每个被测节点在发送和接收业务数据包时都会向上位机上报测试数据包，其中测试数据包的净荷字段内封装的即为该节点发送或接收的业务数据包(包含有序列号)。
[0071]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业务数据包的序列号，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。
[0072]对于单个sink节点的网络,其它节点的业务数据包都是发送到sink节点的,所以每个感知节点只需要维护一个计数器，每发送一个业务数据包后，该计数器就递增。这个计数器的存储大小为2个字节，初始值为0x0，最大值为OxFFFF。当该计数器的值到达OxFFFF后，由于计数器溢出的原因，下一个值又为0x0。
[0073]测试数据包保存在上位机的数据库中时，采用4个字节来保存业务数据包序列号。通过如图6所示算法解决计算器溢出的问题，该算法还需要考虑业务数据包到达乱序的影响。
[0074]步骤1:从数据库中，依据测试数据包时间戳的升序，取出所有测试数据包，读入第一个测试数据包中业务数据包的序列号nseq ；
[0075]步骤2:并对参数count、last_seq和M赋初值,其中count是溢出发生的次数，last_seq是最新的已接收序号，M是两个字节存储空间对应的最小溢出值,本系统中为0x10000 ；
[0076]步骤3:根据比较nseq与last_seq的关系判断是否发生溢出，如果大于执行步骤4 ;否则执行步骤5 ；
[0077]步骤4:根据比较nseq与last_seq+M/2的关系判断增长幅度是否在合理范围内，以判断是否存在乱序，如果小于则按照(a)模块更新nseq，如果大于则按照(b)模块更新nseq ；
[0078]步骤5:根据比较判断nseq与last_seq_M/2的关系判断增长幅度是否在合理范围内，如果小于则按照(C)模块更新nseq，如果大于则按照(d)模块更新nseq ;
[0079]其中，(a)模块中，新测试数据包的序列号nseq大于last_seq,又在合理的增长幅度内，代表序列号正常增加的情况，参数last_seq正常更新即可，比如nseq为5，last_seq为4 ; (b)模块中，新测试数据包的序列号nseq大于last_seq,但超出了合理的增长幅度，表示前面出现了溢出，当前又收到一个乱序的业务数据包，参数last_seq和count都不需要变更，比如当前last_seq为0，nseq为OxFFFE，连续收到三个序列号为(OxFFFF，0x0，OxFFFE)的数据包，就会进入这样的情况；(c)模块中，新测试数据包的序列号nseq小于last_seq,但不在合理的增长幅度内，代表溢出发生的情况，last_seq正常更新,但count参数需要递增，比如nseq为0x0，last_seq为OxFFFF ； (d)模块中，新测试数据包的序列号nseq小于last_seq,又在合理的增长幅度内，代表乱序的情况，参数last_seq不需要更新，比如nseq为8，last_seq为9，表明8号业务数据包比9号业务数据包早发送，但后到达目的节点。分别按照a、b、c、d中的情况对业务数据包的nseq进行更新,把更新的序列号nseq回写到数据库，再取出下一个测试数据包中业务数据包的序列号，并重复以上操作，直到结束。
[0080]经过操作后，数据库的业务数据包序列号就没有溢出问题了，于是以业务数据包序列号的升序方式取出所有测试数据包，再计算其中缺失的序列号，就可以得到丢包率了。
[0081]4.远程烧写
[0082]采用传感器节点开发平台编译出的烧写代码都是针对特定节点号、信道号和发射功率配置的，在远程烧写时，需要根据测试场景需求灵活配置为不同的初始化值。通过比较不同节点号的烧写代码差异，就得到节点号的编码位置；通过比较不同信道号的烧写代码差异，就得到信道号的编码位置；通过比较不同发射功率的烧写代码差异，就得到发射功率的编码位置。把以上位置信息，通过把这些编码位置放置到烧写代码对应的参数定位文件中，就可以灵活地远程烧写出各种需要的节点号、信道号和发射功率的节点了。
[0083]在编译被测节点的烧写文件时，编译出节点号为I和节点号为2的两个烧写文件，通过软件自动比较这两个文件的差异，并将差异的位置输出到参数定位文件的节点号定位段中。再编译出信道号为20和信道号为21的两个烧写文件，通过软件自动比较这两个文件的差异，并将差异的位置输出到参数定位文件的信道号定位段中。再编译出发射功率为25和信道号为26的两个烧写文件，通过软件自动比较这两个文件的差异，并将差异的位置输出到参数定位文件的发射功率定位段中。
[0084]在执行远程烧写命令时，以用户配置的节点号、信道号和发射功率为依据，根据参数定位文件内的节点号定位段、信道号定位段和发射功率定位段所指示的偏移量，修改烧写文件。再将定制的烧写文件发送到烧写模块，完成最后的本地烧写工作，就可以实现被测节点的代码更新功能。这种远程烧写能力，可以方便测试场景的快速部署。
[0085]5.多样性的能量消耗展示
[0086]在对被测节点开展测试的过程中，测试背板以每秒三十万次的速率对被测节点的电流值采样。由一万个采样点，计算一个电流平均值和方差值。在能量消耗展示图中，同时展不平均电流曲线和电流方差曲线。
[0087]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
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； 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。
5.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，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。
6.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，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业务数据包的序列号，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。
7.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，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。
8.一种开放型无线传感网性能测试系统，其特征在于，包括上位机、若干条有线测试通道和若干个被测节点；所述上位机通过有线网络与若干条测试通道相连，每条测试通道的末端通过私有接口连接有一个被测节点； 所述上位机，其用于·通过测试通道向被测节点发送测试命令，还用于对反馈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；所述测试通道，其用于实现被测节点与上位机测试命令的交互和测试数据的上报；所述被测节点，其用于接收测试命令，并产生测试数据，通过测试通道反馈给上位机； 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。
9.根据权利要求8所述一种开放型无线传感网性能测试系统，其特征在于，所述烧写模块，还用于接收上位机发送的烧写文件，利用本地烧写技术，将代码烧写到被测节点上。
10.根据权利要求8所述一种开放型无线传感网性能测试系统，其特征在于，所述测试背板还用于对被测节点上报的数据采用定长分割接收，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。
【文档编号】H04L12/26GK103716201SQ201310683276
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】石志强, 孙利民, 朱红松, 赵忠华, 甘伟, 李晓森, 刘利营, 张晓明 申请人:中国科学院信息工程研究所