本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种车间通信网络性能外场测试方法及测试系统。
背景技术：
ieee802.11p(又称wave,wirelessaccessinthevehicularenvironment)，是一个由ieee802.11标准扩充的通信协议，主要用于车载电子无线通信，经过十多年的研究和发展终于实现了从草稿到标准化，市面上渐渐地有车间通信(vehicle-to-vehicle,v2v)和车与基础设施通信(vehicle-to-infrastructure,v2i)的设备开始销售，目前很多车上已经预留了lte-v(longtermevolution-vehicle)或者专用短程通信技术(dedicatedshortrangecommunications,dsrc)以及其他支持v2v的通信频率的射频芯片。
尽管已经有许多研究成果解决了涉及移动自组织网络(manet)的重要问题，但是车辆自组织网络(vanet)是个特例，标准中缺乏实际实验结果的支持和验证，大多数现有的参考文献依赖于计算机模拟和理论模型，其准确性和现实性尚待确定。
网络环境测试一般从以下三个方面进行：信道建模，软件仿真(例如ns3)和硬件实验测试(外场测试)。通过理论分析可以将现象抽象为一组数学方程，利用理论模型对网络应用程序和协议的性能在仿真软件中进行可视化分析。信道模拟器依据理论模型中的数学公式产生接近实际的测试条件。由于数学复杂性和系统维数的限制，这些测试方法通常会过于简化，导致预测与实际行为之间距离的增加。
为了克服基于理论仿真研究的局限性，车间通信的测试必须还原真实的场景。目前已有的测试平台一般会提供可控的车密度、持续可用性和频繁的移动性、路边基础设施的光纤骨干、远程实验的互联网接入。而在现有的车联网外场测试中往往着重于应用测试，并且大部分的应用测试都是双车(三车)环境下的，没有基于通信性能的测试。另外，测试平台一般默认通信环境是理想的，最多也只是信道的模拟，没有考虑干扰的因素。测试的结果并没有把通信和应用区分开来，不利于安全应用开发的快速诊断。
车与车间的通信主要为了车上人员的安全，而车的速度可以达到150km/h以上，lte-v或者dsrc的通信频段以及其他支持v2v的通信频段在理想情况下也只能覆盖300m，这样对通信的实时性，也就是延迟要求很高，所以车联网是一个时间敏感网络。由于车辆自组织网络(vanet)具有很高的机动性和快速变化的拓扑结构，而网络延迟建立在在网络连通的基础上，所以对于网络的连通性的测试就变得非常重要。
为了保证lte-v或者dsrc以及其他支持v2v的通信频率的射频芯片在实际车辆上稳定的运行，必须对真实通信环境进行模拟，现有的外场测试在通信方面会测试v2v和v2i两种应用下不同场景下不同距离和速度下的连通性，信噪比，丢包率，延迟和吞吐量等通信指标。但是现在的外场测试成本有限，通信环境大多接近于理想的，同一测试环境工作下的车辆也比较少，无法模拟高密度，高强度的通信环境，更没有引入干扰。lte-v或者dsrc技术以及其他支持v2v通信频段的技术是面向安全的应用，所以更应该测试在极端条件下的工作情况，在出厂之前，确认车辆能够为用户提供安全警告的边界。但是由于高密度的车辆测试对测试场地的要求很高(多车道，多个测试人员)，测试的效率会变得很低，测试成本变高，不利于安全应用开发的及时反馈。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种车间通信网络性能外场测试方法及测试系统。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种车间通信网络性能外场测试方法，包括以下步骤：
s1、在测试场内部署n个通信节点，所述n为正整数，每个所述通信节点均连接至中央控制器，所述中央控制器控制每个所述通信节点是否工作、控制每个所述通信节点为有用信号发送节点或干扰节点、控制每个所述通信节点所发送的信息内容；
s2、确定测试区域以及测试区域内需要用到的通信节点，确定每个需要用到的通信节点的传输区域、关联区域和干扰区域，方法为：选择测试区域的一个通信节点作为发送节点发送信号，根据测试要求选择周围的通信节点作为接收节点，各接收节点实时监测信道信号强度，将该发送节点周边的区域划分为传输区域、关联区域和干扰区域；多次调节通信节点信号强度大小以及添加衰减器，反复测试得出在不同发射功率情况下，通信节点的传输区域、关联区域和干扰区域分布图。
s3、在参与测试车辆搭载车载单元，并且使参与测试车辆、通信节点之间的时间同步，参与测试车辆通过车载网络将收集到的数据发送至云平台或从云平台获取信息；
s4、根据测试要求，中央控制器将通信节点设置为有用信号发送节点或干扰发送节点；
当测试纯干扰环境下，两车间的通信效果时，中央控制器选取若干个通信节点为干扰节点，使两车均处于各干扰节点的干扰区域，通过改变节点的属性来改变干扰环境；
当测试纯自组织网络和局部集中控制模式下无干扰情况，两车间的通信效果时，中央控制器选取若干通信节点为有用信号发送节点，使两车均处于各有用信号发送节点的传输区域，设置所有所选的有用信号发送节点工作在纯自组织网络或局部集中控制模式下，并与发送端车辆a按规定的接入方式同时向接收端目标车辆b发送信息；
当测试纯自组织网络和局部集中控制模式下外加干扰情况，两车间的通信效果时，选取若干通信节点为有用信号发送节点，使两车均处于各干扰节点的传输区域，设置所有所选的有用信号发送节点工作在纯自组织网络和局部集中控制模式下，并与发送端车辆a按规定的接入方式同时向接收端目标车辆b发送信息，同时，设置若干个通信节点为干扰节点，使两车均处于各干扰节点的干扰区域，通过改变节点的属性来改变干扰环境；
s5、统计车辆静止以及慢速运动时六种情形的数据，其中包括接收端目标车辆b在测试时间内所成功接受到的数据包数目、发送端车辆a在测试时间内成功发出的数据包数目、测试时间内数据包从发送端车辆a到接收端目标车辆b的平均延迟时间；
s6、根据统计到的数据，得到不同情景下的丢包率、时延，再根据既定的对于丢包率以及时延的标准判断在不同情形下通信的可靠性以及成功率和通信成功标准下各项指标的有效范围。
本发明通过引入多通信节点用于车间通信的外场测试，旨在利用测试区域中发送节点的铺设，实现了测试场景的低成本灵活可控。在接收端通过丢包率以及时延两方面的监测，得到不同车辆密度条件下和不同干扰条件下的稳定工作范围，也得到通信的成功率。
进一步的，所述步骤s4中，当模拟实际场景道路上不同车辆密度的情况时，启用不同数量的干扰发送节点或者有用信号发送节点，节点密度可设为dx(x＝1，2，3…p)；
当模拟实际场景道路上车辆间因距离、信道理想情况等因素导致的不同信号强度的情况时，干扰发送节点或者有用信号发送节点的强度可设为px(x＝1，2，3...p)；
当模拟实际场景道路上车辆信号在不同频段间干扰的影响情况时，干扰发送节点或有用信号发送节点的频段可设为f＝a，b，c，d...p。这进一步实现了场景多样化。
进一步的，参与测试车辆均通过车载网络将收集到的数据发送至云平台或从云平台获取信息。测试人员对收集上来的数据进行分析验证通信的性能以及车辆安全应用的可靠性。
进一步的，在确定通信节点的传输区域、关联区域和干扰区域时，多次调节通信节点信号强度大小以及添加衰减器，反复测试得出在不同发射功率情况下通信节点的传输区域、关联区域和干扰区域分布图。该方法简单有效，能快速准确的划分各通信节点的传输区域、关联区域和干扰区域。
本发明还提供了一种基于上述的车间通信网络性能外场测试方法的测试系统，包括中央控制器、n个通信节点、n个射频通信单元、m个信号干扰单元、发送端车辆a车载单元和接收端目标车辆b车载单元；
所述中央控制器与所述通信节点连接，所述射频通信单元与通信节点一一对应连接，所述射频通信单元接收或发送所述通信节点的信息，所述发送端车辆a车载单元和接收端目标车辆b车载单元通信连接，且均与云平台通信连接，所述信号干扰单元与各个通信节点对应的射频通信单元连接，对其发射信号进行固定值衰减，从而产生对发送端车辆a车载单元和接收端目标车辆b车载单元的信号接收、发送的干扰。该测试系统执行上述测试方法，结构简单，成本低，实现了测试场景的低成本灵活可控。
优选的，所述信号干扰单元为衰减器，所述衰减器叠加于射频通信单元的天线上。采用衰减器实现信号干扰，节约了成本。
本发明的有益效果有：首先，本发明可解决目前外场测试中不同车辆密度场景和干扰场景的模拟困难问题，如由于成本、实际场地限制等原因，难以模拟实际道路密度场景的问题；
其次，本发明采用可控节点模拟不同密度场景和干扰场景，场景控制模式简单，测试灵活性高，场景转换效率高；
第三，本发明面向v2v通信性能测试，有利于v2v相关应用的故障诊断及故障定位。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是通信节点的传输区域、关联区域、干扰区域示意图；
图2是测试区域场景示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种车间通信网络性能外场测试方法，包括以下步骤：
s1、在测试场内部署n个通信节点，所述n为正整数，每个所述通信节点均连接至中央控制器，所述中央控制器控制每个所述通信节点是否工作、控制每个所述通信节点为有用信号发送节点或干扰节点、控制每个所述通信节点所发送的信息内容。本实施例中，在此区域内车辆之间的道路上将均匀放置了100(10*10)个通信节点。
通信节点可以用网格的方式或者其他的方式部署在整个测试场，通信范围覆盖整个测试范围，通信节点需要含有lte-v或者dsrc以及其他支持v2v的通信频率的射频芯片用来模拟高密度的车间通信以及发生干扰。在每次测试之前，需要对测试的模式进行部署，由于通信节点数量比较大，每次部署都会花比较长的时间，所以每个通信节点都有统一的部署的接口，通过中央控制器来控制整个测试所需要覆盖的节点，控制实际工作通信节点的密度。
通信节点有两种工作方式：正常通信与产生干扰。中央控制器通过通信节点的调节发射功率的接口、信道接口分别控制通信节点的工作方式以及产生的干扰的类型，如窄带干扰与宽带干扰。正常通信时中央控制器控制通信节点所发送的信息，例如基本安全消息(basicsafetymessage,bsm)以及其他各种即将定义的包格式信息，如表1所示。其中，干扰可能成为信号，也就是干扰的发送可能需要在lte-v或者dsrc以及其他支持v2v通信频率技术的射频天线线上叠加衰减器来达到干扰的作用。
每次测试需要对测试数据进行分析，得到整个测试过程的通信指标(连通性，信噪比，丢包率，时间延迟和吞吐量)。以上的需求是建立在获取所有节点(包括通信节点和车辆)的工作状态以及测试数据的基础上，由于节点数量过多，需要一个统一的接口让中央控制器在测试完之后自动获取所有节点的测试数据。
此处的数据收集是指节点数据的收集，包括车辆，且收集的数据不是为了三种区域的划分，是测试场景中的数据，如通信节点发送包的数量。节点数量大，因此每个通信节点均与中央控制器通信连接，在每种场景测试时，所需要的通信节点数据统一发送至中央控制器中，从而方便省时。
s2、确定测试区域以及测试区域内需要用到的通信节点，确定每个需要用到的通信节点的传输区域、关联区域和干扰区域，方法为：选择测试区域的一个通信节点作为发送节点发送信号，根据测试要求选择周围的通信节点作为接收节点，各接收节点实时监测信道信号强度，将该发送节点周边的区域划分为传输区域、关联区域和干扰区域，具体测试方法：测试节点周围各区域信号能量(ed)强度，根据接收机具体数值要求，来划分三个区域，如图1所示，无干扰情况下，源节点vi与传输区域中的节点可以直接建立通信链路，并直接受到源节点源节点vi异常事件影响；在关联区域内的节点可以侦听到但无法正确接收到源节点vi传输的报文，其载波监听范围与cca门限相关；在干扰区域内的节点与源节点vi的信息传输相互干扰。
理论上各个通信节点是相同的，在相同的发射功率下具有相同的通信范围也即相同的三个区域的划分，将n个通信节点均匀分布于测试区域时，确定一个通信节点的传输区域、关联区域和干扰区域，即可得到其它通信节点的传输区域、关联区域和干扰区域，但实际中各通信节点可能有差异，因此对需要用到的通信节点都应进行通信范围的测试。并且应多次调节通信节点信号强度大小以及添加衰减器，反复测试得出在不同发射功率情况下，通信节点的传输区域、关联区域和干扰区域分布图。
s3、在参与测试车辆搭载车载单元，并且使参与测试车辆、通信节点之间的时间同步，这里的车载单元具有信号收发功能。
s4、根据测试要求，中央控制器将通信节点设置为有用信号发送节点或干扰发送节点。通过设置信号强度等变量将节点设置为干扰节点或者有用信号发送节点。
测试包含静止与动态两种车辆状态可能性，两辆车静止在此区域中或者以低速(时速约30km/h)保持间距经过此测试区域，测试场景中，发送端车辆a向接收端目标车辆b发送信息，例如bsm消息或其他格式的包格式消息，场景如图2所示。
常见三种模拟情景如下：
当测试纯干扰环境下，两车间的通信效果时，中央控制器选取若干个通信节点为干扰节点，使两车均处于各干扰节点的干扰区域，通过改变节点的属性来改变干扰环境。
当测试纯自组织网络和局部集中控制模式下无干扰情况，两车间的通信效果时，中央控制器选取若干通信节点为有用信号发送节点，使两车均处于各通信节点的传输区域，此时，车辆位于通信节点的传输区域作为有用信号发送节点模拟周围车辆参与通信。设置所有所选的有用信号发送节点工作在纯自组织网络和局部集中控制模式下，并与发送端车辆a按规定的接入方式同时向接收端目标车辆b发送信息。
当测试纯自组织网络和局部集中控制模式下外加干扰情况，两车间的通信效果时，选取若干通信节点为有用信号发送节点，使两车均处于各有用信号发送节点的传输区域，设置所有所选的有用信号发送节点工作在纯自组织网络或局部集中控制模式下，并与发送端车辆a按规定的接入方式同时向接收端目标车辆b发送信息，同时，设置若干个通信节点为干扰节点，使两车均处于各干扰节点的干扰区域，通过改变节点的属性来改变干扰环境。这里的属性指通信节点是作为干扰发送节点还是有用信号发送节点，也可以理解为车辆相对于通信节点的位置，当车辆位于通信节点传输区域时即为有用信号发送节点，位于干扰区域则为干扰节点。
该步骤中，当模拟实际场景道路上不同车辆密度的情况时，启用不同数量的干扰发送节点或者有用信号发送节点，节点密度可设为dx(x＝1，2，3…p)。
当模拟实际场景道路上车辆间因距离、信道理想情况等因素导致的不同信号强度的情况时，干扰发送节点或者有用信号发送节点的强度可设为px(x＝1，2，3...p)。
当模拟实际场景道路上车辆信号在不同频段间干扰的影响情况时，干扰发送节点或有用信号发送节点的频段可设为f＝a，b，c，d...p。具体实施时，可以选取多个频段来模拟一个区的的宽带干扰。如选取多个同区域的节点，每个节点在不同的频段发生干扰。
s5、统计车辆静止以及慢速运动时六种情形的数据，其中包括接收端目标车辆b在测试时间内所成功接受到的数据包数目、发送端车辆a在测试时间内成功发出的数据包数目、测试时间内数据包从发送端车辆a到接收端目标车辆b的平均延迟时间。此外，同时从中央控制器获得各参与节点设定的通信指标值，如场景下各节点设定的功率、频段、密度等指标，从而计算得到通信成功情况下各项指标的有效范围，计算方法采用现有的方法即可。
s6、根据统计到的数据，得到不同情景下的丢包率、时延，再根据既定的对于丢包率以及时延的标准判断在不同情形下通信的可靠性以及成功率和通信成功标准下各项指标的有效范围，满足了各类应用测试的需求。此实验同时可以比较是否引入干扰情景下测试效果的不同，从而也验证干扰的引入对外场测试的重要性。
本实施例中，参与测试车辆通过车载网络将收集到的数据发送至云平台或从云平台获取信息，计算时是将数据从各车辆或路边基础设施等收集到云平台后集中处理，测试人员对收集到的数据进行分析，分析通信的性能(延迟，丢包率等)、车辆安全应用的可靠性以及在对于通信性能指标下的车辆的安全应用的可靠性，分别诊断通信性能和应用表现,以界定问题来源。
当行驶中的两辆车之间有其余车辆或是遮挡物遮挡时，前车的急刹车若未给予后车及时的提醒信息，易造成追尾事件。因此，对于前车紧急刹车信息通过v2v方式是否能及时有效地传送给后车的测试是十分必要的。此v2v场景测试即可对此类事件报警信息进行测试，此测试方法还支持各类应用场景响应测试，并支持bsm以及其他各种即将定义的包格式。其余应用场景见表1。
表1常见碰撞警示场景
本发明还提出了一种基于上述的车间通信网络性能外场测试方法的测试系统，包括中央控制器、n个通信节点、n个射频通信单元、m个信号干扰单元、发送端车辆a车载单元和接收端目标车辆b车载单元。
所述中央控制器与所述通信节点连接，可以是有线连接，也可以采用无线通信连接，如4g网络，所述射频通信单元与通信节点一一对应连接，所述射频通信单元接收或发送所述通信节点的信息，射频通信单元与通信节点可集成于一体设置，也可单独设置，所述发送端车辆a车载单元和接收端目标车辆b车载单元通信连接，且均与云平台通信连接，所述信号干扰单元与各个通信节点对应的射频通信单元连接，对其发射信号进行固定值衰减，从而产生对发送端车辆a车载单元和接收端目标车辆b车载单元的信号接收、发送的干扰。该测试系统按上述的测试方法对车间通信网络性能进行外场测试。其中，信号干扰单元优选为衰减器，所述衰减器叠加于射频通信单元的天线上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。