基于Web的傳感網(wǎng)信號(hào)接口的一致性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)的角度又稱為傳感網(wǎng)，其涵蓋了感知層、 網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層在內(nèi)的各種產(chǎn)品、系統(tǒng)和行業(yè)應(yīng)用方案，所以 相應(yīng)的測(cè)試范疇很廣。根據(jù)各層特點(diǎn)和產(chǎn)品特性，傳感器網(wǎng)絡(luò) 涉及到的測(cè)試包括了通用性能測(cè)試，標(biāo) 準(zhǔn)一致性測(cè)試和典型行業(yè)應(yīng)用測(cè)試。而 傳感網(wǎng)信號(hào)接口一致性測(cè)試就屬于其中 的標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試 [1-4]。

 全國(guó)性技術(shù)組織傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工 作組（WGSN）于 2008 年 12 月成立了 接口項(xiàng)目組，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)輸入輸 出接口的連接約束等做出規(guī)范，制定統(tǒng) 一的接口標(biāo)準(zhǔn)《傳感器網(wǎng)絡(luò) 接口 信號(hào)接 口規(guī)范》[5]。由于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)者并不 參與到信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，所 以信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)者對(duì)于同一信號(hào)接 口標(biāo)準(zhǔn)的不同理解以及實(shí)現(xiàn)過程中的主 觀因素，都將導(dǎo)致相同標(biāo)準(zhǔn)的不同實(shí)現(xiàn)。 所以，需要對(duì)信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行相 關(guān)測(cè)試，確保基于傳感網(wǎng)信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn) 的產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因此，執(zhí)行傳感 網(wǎng)信號(hào)接口一致性測(cè)試成為了傳感器網(wǎng) 絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的重要環(huán)節(jié)和必要步驟。

1 信號(hào)接口測(cè)試系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

 針對(duì)傳感網(wǎng)信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)和給出 的接口測(cè)試方法，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 Web 的傳感網(wǎng)信號(hào)接口一致性測(cè)試系統(tǒng) [6-10]。信號(hào)接口測(cè)試的 架構(gòu)如圖 1 所示。該系統(tǒng)能夠測(cè)試和檢驗(yàn)傳感網(wǎng)信號(hào)接口與信 號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的一致性，測(cè)試傳感器節(jié)點(diǎn)能否實(shí)現(xiàn)傳感器互 換和即插即用功能，完成各種類型傳感器以統(tǒng)一的信號(hào)接口標(biāo) 準(zhǔn)接入網(wǎng)絡(luò)。

整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的硬件設(shè)備包括測(cè)試服務(wù)器、測(cè)試路 由器、測(cè)試信號(hào)源、被測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)（可外接傳感器 / 信 號(hào)源）。除了測(cè)試服務(wù)器以外，其余設(shè)備均采用 TI 公司的 CC2530 射頻芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)模塊，CC2530 是一款符合 IEEE802.15.4 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可工作在 ISM 頻段為 2.4 GHz 的射頻系統(tǒng)芯片可滿足工作要求。測(cè)試路由器主控芯片為 LM3S9862，具有高性能的 Cortex-M3 內(nèi)核和 10/100M 以太網(wǎng) 接口。測(cè)試信號(hào)源為常用的波形發(fā)生器、直流電壓源、直流電 流源。

 2 信號(hào)接口測(cè)試軟件設(shè)計(jì) 

基于上述測(cè)試架構(gòu)的軟件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，測(cè)試軟件中 接口文件驗(yàn)證模塊對(duì)被測(cè)設(shè)備提交的信號(hào)接口表述文件進(jìn)行 驗(yàn)證后，如果符合信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)試軟件則調(diào)用 XML 解析器對(duì)表述文件進(jìn)行解析，得到被測(cè)節(jié)點(diǎn)所支持的傳感器 類型以及所涉及的相關(guān)電氣參數(shù)。然后將測(cè)試信號(hào)源按照表述 信息接入傳感節(jié)點(diǎn)。

3 信號(hào)接口測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 

測(cè)試系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)主要是測(cè)試界面的設(shè)計(jì)，測(cè)試頁(yè)面 是測(cè)試者與測(cè)試系統(tǒng)的信息交換窗口，本系統(tǒng)提供一個(gè)友好的 圖形操作界面，設(shè)計(jì)的交互界面如圖 3 所示。

在執(zhí)行信號(hào)接口測(cè)試案例之前，需要先對(duì)被測(cè)節(jié)點(diǎn)提供 的基于 XML 格式的信號(hào)表述文件進(jìn)行驗(yàn)證，查看各類型的 信號(hào)接口文件的格式和內(nèi)容是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。如若符合，頁(yè) 面上將顯示解析后的節(jié)點(diǎn)所支持的信號(hào)類型和電氣參數(shù)等信 息，然后將標(biāo)準(zhǔn)的傳感器按照指定接入方式接入到傳感節(jié)點(diǎn) 上。通過在測(cè)試案例信息區(qū)域選擇所要進(jìn)行的測(cè)試案例，點(diǎn) 擊啟動(dòng)測(cè)試，開始依次執(zhí)行選中的測(cè)試案例。當(dāng)前測(cè)試案例 信息中顯示了每個(gè)測(cè)試案例的案例名稱、測(cè)試案例描述、起止 時(shí)間、測(cè)試狀態(tài)和測(cè)試判決。頁(yè)面下方區(qū)域則顯示了每個(gè)測(cè) 試案例的具體執(zhí)行過程。

4 電壓信號(hào)接口測(cè)試及結(jié)果分析 

（1）一致性要求 ：為了實(shí)現(xiàn)電壓型傳感器互換和即插即用 的功能，要求被測(cè)節(jié)點(diǎn)提供符合接口規(guī)范要求的信號(hào)表述文 件，并且能夠支持電壓型信號(hào)及其相關(guān)電氣參數(shù)的輸入。 

（2）測(cè)試目的 ：驗(yàn)證被測(cè)節(jié)點(diǎn)是否按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的格式 和內(nèi)容提供電壓型信號(hào)接口表述文件，以及能否支持該類型 信號(hào)的輸入。 

（3）測(cè)試過程 ：

Step1 ：用戶通過遠(yuǎn)程訪問測(cè)試服務(wù)器，提交被測(cè)設(shè)備的 信號(hào)接口表述文件 ；

Step2 ：測(cè)試服務(wù)器調(diào)用文件驗(yàn)證接口、對(duì)基于 XML文 件格式的信號(hào)接口進(jìn)行驗(yàn)證，查看其是否符合接口標(biāo)準(zhǔn)定義 的信號(hào)接口相關(guān)參數(shù)的內(nèi)容與格式 ； 

Step3 ：讀取所提供的信號(hào)表述文件，解析出被測(cè)節(jié)點(diǎn)支 持的電壓型傳感器及其相關(guān)電氣性能參數(shù)，并存儲(chǔ)相關(guān)信息， 將測(cè)試信號(hào)源的電壓型信號(hào)源接入傳感節(jié)點(diǎn)的電壓型通道上， 準(zhǔn)備執(zhí)行測(cè)試 ；

Step4 ：測(cè)試執(zhí)行模塊發(fā)送 UTA 命令，調(diào)用 IUT 接口發(fā) 布一條讀取該通道上的傳感器數(shù)據(jù)的請(qǐng)求報(bào)文，通過測(cè)試網(wǎng) 關(guān)發(fā)送被測(cè)傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)備 ； 

Step5 ：傳感器節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)后，將相應(yīng)通道上傳感器 采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)并上傳至服務(wù)器 ；

Step6 ：服務(wù)器中的測(cè)試模塊接收到含有通道號(hào)的數(shù)據(jù)報(bào) 文，分析該通道號(hào)對(duì)應(yīng)的通道類型是否為電壓型，同時(shí)，驗(yàn) 證接收到的數(shù)據(jù)報(bào)文的特定字段是否為有效數(shù)據(jù)，即得到傳 感數(shù)據(jù)是否在傳感器感知物理量的范圍內(nèi)，如若類型一致并 且接收到有效數(shù)據(jù)，則測(cè)試通過，否則，測(cè)試不通過。

（4）測(cè)試結(jié)果

 電壓型信號(hào)測(cè)試的測(cè)試案例執(zhí)行結(jié)果如圖 4 所示。

 進(jìn)入測(cè)試配置頁(yè)面，待電壓型信號(hào)接口描述文件上傳至 服務(wù)器之后，存儲(chǔ)在指定路徑中，對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果 如圖 4（a）所示，表示該信號(hào)接口表述文件符合傳感器網(wǎng)絡(luò) 信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)。點(diǎn)擊查看后，該文件以層級(jí)結(jié)構(gòu)顯示出來，可 知被測(cè)節(jié)點(diǎn)支持 0 ～ 5 V 電壓型信號(hào)，阻抗匹配為 5 Ω，電 壓信號(hào)形式“0”表示共模，接地方式“0”表示單端參考接地 線。根據(jù)之前獲得的通道參數(shù)信息可知 01 通道為電壓型通道， 因此在 01 通道上配置電壓型傳感器，然后選擇電壓信號(hào)測(cè)試， 開始執(zhí)行測(cè)試。下發(fā)測(cè)試命令給節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)返回傳感數(shù)據(jù)信息 的報(bào)文，0x51為通道標(biāo)識(shí)，01為通道號(hào)，0xA4 為數(shù)據(jù)類型標(biāo)識(shí)， 0x08 為數(shù)據(jù)類型，表示 32 位浮點(diǎn)型，0x43 0xC8 0x00 0x00 為傳感數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制為 400，在所測(cè)物理量范圍之內(nèi)，所以為有效數(shù)據(jù)，因此電壓型信號(hào)測(cè)試?yán)慌袥Q成功。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的傳感網(wǎng)信號(hào)接口一致性測(cè)試系統(tǒng)可以測(cè)試信 號(hào)接口的標(biāo)準(zhǔn)一致性，測(cè)試過程人工操作較少，基本實(shí)現(xiàn)可 視化、自動(dòng)化，測(cè)試范圍廣，基本覆蓋了常見的物理信號(hào)，為 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實(shí)施和應(yīng)用提供強(qiáng)有力的測(cè)試服務(wù)，通過驗(yàn)證傳 感器節(jié)點(diǎn)相關(guān)產(chǎn)品與對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的符合性，提高產(chǎn)品兼容性， 有利于快速推廣標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品和系統(tǒng)應(yīng)用。