專利名稱：支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的支持系統(tǒng)，尤其是涉及一種支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
WSN (Wireless Sensor Network,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò))是由一組分布在設(shè)定位置的多 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)以無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的方式構(gòu)成的面向任務(wù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它綜合了傳感器技 術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域技術(shù)， 通過(guò)各類微型傳感器對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由嵌入式計(jì)算資源對(duì)信息進(jìn)行處理，并 通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳送至遠(yuǎn)程用戶端。WSN具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事 國(guó)防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域 遠(yuǎn)程控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。
然而，WSN本質(zhì)上是一種資源受限的分布式系統(tǒng)無(wú)線自主的傳感器節(jié)點(diǎn)被設(shè)置 在各種物理環(huán)境中，相互協(xié)作分工，完成數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)墓δ?，但這些傳感器 節(jié)點(diǎn)的大量能量和帶寬都為極其有限。從微觀角度看，傳感器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)的獲取難度遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于普通的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，從宏觀角度看，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況和性能也比一般網(wǎng)絡(luò)難以度量 和分析，這就給WSN的開(kāi)發(fā)、調(diào)試和本身在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的部署帶來(lái)了極大的困難。
目前，WSN的開(kāi)發(fā)和調(diào)試主要依靠網(wǎng)絡(luò)軟件模擬的方法。網(wǎng)絡(luò)模擬軟件可以進(jìn)行 大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行仿真，并易于調(diào)試，但由于難以模擬真實(shí)的物理環(huán)境和無(wú)線信道特性， 且模擬軟件都使用了簡(jiǎn)化的模型，使得實(shí)際運(yùn)行效果與仿真結(jié)果往往有很大差別，導(dǎo)致 WSN返工甚至失敗。
隨著研究和應(yīng)用的深入，WSN研究者們認(rèn)識(shí)到，通過(guò)使用真實(shí)的WSN節(jié)點(diǎn)建立網(wǎng) 絡(luò)測(cè)試床(testbed)，則可以在較為真實(shí)的環(huán)境中驗(yàn)證和測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議和算法，避免 了因模型簡(jiǎn)化導(dǎo)致的理論誤差。因此，近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)測(cè)試床越來(lái)越為WSN研究者們所 關(guān)注， 一些著名的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)紛紛建立了相應(yīng)的軟硬件設(shè)施，其中最有代表性的是 哈佛大學(xué)的MoteLab、俄亥俄州立大學(xué)的Kansei和加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的Emstar。
MoteLab由多個(gè)部署在辦公室環(huán)境的WSN節(jié)點(diǎn)組成，所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口一以太網(wǎng) 口轉(zhuǎn)接板接入局域網(wǎng)，進(jìn)而與服務(wù)器相連；服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重編程以及收 集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)外以Web的方式提供了試驗(yàn)任務(wù)管理、日程調(diào)度和用戶訪問(wèn)控制等功能，使得多個(gè)用戶可以共享該網(wǎng)絡(luò)測(cè)試床。Kansd由靜止網(wǎng)絡(luò)、便攜網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 三部分組成；便攜網(wǎng)絡(luò)用于部署到實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā) 送至Kansei的軟件平臺(tái)Director上，在軟件平臺(tái)Director中先對(duì)數(shù)據(jù)建立基于物理參數(shù) 特性的模型，再通過(guò)概率插值等方法將數(shù)據(jù)擴(kuò)展到靜止網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行混合模 擬實(shí)驗(yàn)。Emstar本質(zhì)上是一個(gè)混合平臺(tái)，它將各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)用串口線連接到仿真服務(wù) 器上，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)仿真服務(wù)器上的一個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真時(shí)，仿真節(jié)點(diǎn) 之間的通信仍然通過(guò)真實(shí)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。
MoteLab提供了較為便利的程序更新和數(shù)據(jù)收集，在一定程度上提高了傳感器網(wǎng)絡(luò) 的開(kāi)發(fā)效率，然而，它對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)調(diào)試的支持基本為零，數(shù)據(jù)整理和分析的絕大 部分工作仍然需要用戶自己去完成；Kansei的便攜網(wǎng)絡(luò)提供了獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的手段，但 不支持現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，其在靜止網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)施的插值方法也會(huì)給網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤 差；Emstar的混合特性提供了較好的調(diào)試支持，但是其調(diào)試功能主要依賴于網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán) 境，真實(shí)度有限。此外，上述網(wǎng)絡(luò)測(cè)試床系統(tǒng)均以有線方式將WSN節(jié)點(diǎn)相連，因此只 能安裝在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，與最終的應(yīng)用環(huán)境還是有相當(dāng)差異，并且規(guī)模也很難進(jìn)一步擴(kuò) 展大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種真實(shí)度高，且支持真實(shí)的物理環(huán)境和無(wú)線信 道特性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為 一種支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā) 和調(diào)試的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括調(diào)試服務(wù)器、客戶端運(yùn)行平臺(tái)、多個(gè)用于采集傳感數(shù)據(jù)的目 標(biāo)節(jié)點(diǎn)以及多個(gè)與所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)連接的調(diào)試節(jié)點(diǎn)，所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)以自組織網(wǎng)絡(luò)的方 式組成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，所述的調(diào)試節(jié)點(diǎn)以無(wú)線技術(shù)組成調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，所述的調(diào)試網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)
節(jié)點(diǎn)與所述的調(diào)試服務(wù)器連接，所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)以IP (Internet Protocol, Internet
協(xié)議)網(wǎng)絡(luò)或其他通信網(wǎng)絡(luò)與所述的調(diào)試服務(wù)器通信交互。
所述的無(wú)線技術(shù)為藍(lán)牙技術(shù)或WiFi (Wireless Fidelity,無(wú)線保真)技術(shù)。 所述的調(diào)試服務(wù)器包括服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)，所述的服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)分別與所
述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)和所述的調(diào)試節(jié)點(diǎn)通信交互；所述的服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)收集所述的調(diào)
試節(jié)點(diǎn)記錄的所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行信息，并將運(yùn)行信息存入所述的數(shù)據(jù)庫(kù)；所述的服
務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)將所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)發(fā)出的調(diào)試請(qǐng)求轉(zhuǎn)換成具體的控制命令，指示所
述的調(diào)試節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，并處理相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果。
所述的服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)與所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)之間通過(guò)通信接口相互通信交互，
所述的通信接口為基于XML-RPC (XML Remote Procedure Call, XML遠(yuǎn)程方法調(diào)用)技術(shù)的遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用機(jī)制。
所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上設(shè)置有硬件接口和軟件接口；所述的硬件接口包括UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步收發(fā)器)接口、重置接口、在 線編程接口和中斷請(qǐng)求接口；所述的軟件接口為用于控制所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的中斷程序調(diào) 用，其包括節(jié)點(diǎn)程序更新調(diào)用、功率控制調(diào)用以及通過(guò)所述的UART接口發(fā)送事件報(bào)告 和工作日志的調(diào)用。
所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)上設(shè)置有用戶界面模塊，所述的用戶界面模塊包括由控制視 圖、測(cè)試腳本視圖和控制日志視圖構(gòu)成的控制界面，由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行視圖、消息序列視圖和 監(jiān)視日志視圖構(gòu)成的監(jiān)視界面以及分析界面；所述的控制界面為控制所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的 用戶接口，所述的監(jiān)視界面為觀察WSN運(yùn)行狀況的用戶接口，所述的分析界面為分析 WSN實(shí)驗(yàn)結(jié)果的用戶接口。
所述的監(jiān)視界面上設(shè)置有過(guò)濾器和文件輸出模塊，所述的文件輸出模塊將WSN的 整個(gè)運(yùn)行過(guò)程輸出到文本文件中，供用戶進(jìn)行離線調(diào)試。
所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)上還設(shè)置有用于輸出屬性文件的輸出模塊，所述的屬性文件 中存儲(chǔ)有所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)的各項(xiàng)設(shè)置參數(shù)、所述的過(guò)濾器的設(shè)置參數(shù)以及所述的 調(diào)試服務(wù)器的地址。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下
1、 將控制功能集成到獨(dú)立的調(diào)試節(jié)點(diǎn)中，使得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的軟硬件結(jié)構(gòu)可以與實(shí)際 部署的WSN的傳感器節(jié)點(diǎn)基本相同，這為WSN開(kāi)發(fā)和調(diào)試提供了幾乎完全真實(shí)的軟硬 件基礎(chǔ)平臺(tái)，從而使得實(shí)際運(yùn)行效果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果極相近，提高了真實(shí)度；
2、 采用了獨(dú)立的無(wú)線的調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，因此該系統(tǒng)可以跟隨WSN的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)一起部署 在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，這為WSN開(kāi)發(fā)和調(diào)試提供了完全真實(shí)的物理環(huán)境；
3、 采用了獨(dú)立的調(diào)試節(jié)點(diǎn)，可以在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，根據(jù)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小 動(dòng)態(tài)的調(diào)整本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時(shí)，可以將全部目標(biāo)節(jié)點(diǎn)都與調(diào)試節(jié)點(diǎn)連接； 而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，可以選擇部分目標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)與調(diào)試節(jié)點(diǎn)連接，這為大規(guī) 模的WSN開(kāi)發(fā)和調(diào)試提供了有效地保障；
4、 提供了測(cè)試腳本和測(cè)試包等手段，提高了實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化程度，方便用戶進(jìn)行復(fù) 雜的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)；
5、 提供了多種可視化視圖，方便用戶觀察和分析目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)和性 能，并提供了過(guò)濾器，使得用戶能迅速定向到感興趣的網(wǎng)絡(luò)子集；
6、 提供了文件輸出模塊和輸出屬性文件的輸出模塊，方便了用戶進(jìn)行離線調(diào)試和 分析，以及快速恢復(fù)實(shí)驗(yàn)設(shè)置；
7、 該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)采用了C/S (Client/Server,客戶機(jī)/服務(wù)器)模式，支持遠(yuǎn)程 調(diào)試，在客戶端運(yùn)行平臺(tái)和調(diào)試服務(wù)器以及調(diào)試服務(wù)器和調(diào)試節(jié)點(diǎn)間采用了基于XML-RPC技術(shù)的遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用機(jī)制的通信接口，不僅通信效率高，而且便于本系統(tǒng)的 功能擴(kuò)充。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的調(diào)試服務(wù)器和客戶端運(yùn)行平臺(tái)的結(jié)構(gòu)及它們之間的連接示意圖； 圖3為本發(fā)明的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與調(diào)試節(jié)點(diǎn)之間的接口示意圖； 圖4為對(duì)本發(fā)明的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行程序更新的過(guò)程示意圖； 圖5為使用腳本進(jìn)行無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程示意圖6為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的軟件模擬和測(cè)試床在WSN開(kāi)發(fā)和調(diào)試的真實(shí)度以及網(wǎng) 絡(luò)規(guī)模上的比較示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示， 一種支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括調(diào)試服 務(wù)器、多個(gè)用于采集傳感數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)連接的調(diào)試節(jié)點(diǎn)以及客戶端 運(yùn)行平臺(tái)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)以自組織網(wǎng)絡(luò)的方式組成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，自主工作，各個(gè)調(diào)試節(jié)點(diǎn)采用 帶寬高且穩(wěn)定性好的成熟的無(wú)線技術(shù)組成調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行不影響目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的 運(yùn)行，調(diào)試網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與調(diào)試服務(wù)器連接，遠(yuǎn)程的客戶端運(yùn)行平臺(tái)以IP
(Internet Protocol, Internet協(xié)議)網(wǎng)絡(luò)或其他通信網(wǎng)絡(luò)與調(diào)試服務(wù)器通信交互。本實(shí)施 例中目標(biāo)節(jié)點(diǎn)按照應(yīng)用設(shè)計(jì)要求被部署在應(yīng)用區(qū)域或者實(shí)驗(yàn)區(qū)域，每個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)連接一 個(gè)調(diào)試節(jié)點(diǎn)，但如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模過(guò)大，可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)狀況，選擇部分目標(biāo)節(jié)點(diǎn) 作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)與調(diào)試節(jié)點(diǎn)連接；調(diào)試節(jié)點(diǎn)為完整獨(dú)立的無(wú)線節(jié)點(diǎn)；無(wú)線技術(shù)可以為藍(lán)牙 技術(shù)，也可以為WiFi (Wireless Fidelity,無(wú)線保真)技術(shù)；該系統(tǒng)整體采用C/S (Client/ Server,客戶機(jī)/服務(wù)器)模式。
本實(shí)施例中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的軟硬件結(jié)構(gòu)與實(shí)際部署的WSN的傳感器節(jié)點(diǎn)基本相同， 不同的是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)不直接參與調(diào)試活動(dòng)，而是與調(diào)試節(jié)點(diǎn)連接，在調(diào)試節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn) 之間建立相互連接的硬件接口和軟件接口，如圖3所示，通過(guò)硬件接口和軟件接口接受 調(diào)試節(jié)點(diǎn)的控制；硬件接口可以是將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的MCU (Micro Controller Unit,微控制 器單元)的各個(gè)功能引腳引出的插槽，這樣調(diào)試節(jié)點(diǎn)可以很方便的卡接在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上， 硬件接口包括UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步收發(fā)器) 接口、重置接口、在線編程接口和中斷請(qǐng)求接口等；軟件接口為一系列用于控制目標(biāo)節(jié) 點(diǎn)的中斷程序調(diào)用，其包括節(jié)點(diǎn)程序更新調(diào)用(即在線編程)、功率控制調(diào)用以及通過(guò)UART接口發(fā)送事件報(bào)告和工作日志的調(diào)用等，功率控制有電池開(kāi)關(guān)、功率設(shè)定以及電 池狀態(tài)查詢等。調(diào)試節(jié)點(diǎn)從調(diào)試服務(wù)器接收控制命令，然后控制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)也 在需要時(shí)向調(diào)試節(jié)點(diǎn)匯報(bào)信息，這些匯報(bào)信息被加上時(shí)間戳，存儲(chǔ)在調(diào)試節(jié)點(diǎn)中，等待 調(diào)試服務(wù)器的查詢。硬件接口和軟件接口的設(shè)置一方面使得對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的影響減到最 小，讓其能最大限度的無(wú)干擾運(yùn)行，另一方面也降低了調(diào)試服務(wù)器的負(fù)載，即只有在調(diào) 試服務(wù)器需要時(shí)，才從調(diào)試節(jié)點(diǎn)檢索相關(guān)信息。
如圖2所示，調(diào)試服務(wù)器包括服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)行服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)和數(shù) 據(jù)庫(kù)，將調(diào)試網(wǎng)絡(luò)和客戶端運(yùn)行平臺(tái)連接起來(lái)，并負(fù)責(zé)在調(diào)試網(wǎng)絡(luò)和客戶端運(yùn)行平臺(tái)間 傳遞和記錄各種調(diào)試信息；服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)收集調(diào)試節(jié)點(diǎn)記錄的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行信息， 并將運(yùn)行信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；同時(shí)，服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)將客戶端運(yùn)行平臺(tái)發(fā)出的調(diào)試請(qǐng)求 轉(zhuǎn)換成具體的控制命令，指示相應(yīng)的調(diào)試節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，并處理相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果。 服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)與客戶端運(yùn)行平臺(tái)之間通過(guò)通信接口相互通信交互，通信接口采用基于 XML-RPC (XML Remote Procedure Call， XML遠(yuǎn)程方法調(diào)用)技術(shù)的遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用機(jī) 制，發(fā)送控制命令，或從數(shù)據(jù)庫(kù)中下載實(shí)驗(yàn)信息。
調(diào)試網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)試節(jié)點(diǎn)受調(diào)試服務(wù)器控制，并進(jìn)一步用于控制和監(jiān)視目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，其 主要功能主要包括兩個(gè)方面， 一方面為調(diào)試服務(wù)器提供遠(yuǎn)程調(diào)用接口，使得調(diào)試服務(wù)器 能對(duì)調(diào)試節(jié)點(diǎn)進(jìn)行功能控制，并向調(diào)試服務(wù)器發(fā)送報(bào)告，為適應(yīng)調(diào)試節(jié)點(diǎn)的嵌入式環(huán)境， 在其上建立輕量級(jí)的遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用環(huán)境；另一方面接收調(diào)試服務(wù)器發(fā)來(lái)的控制命令，對(duì)
目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，如重置、節(jié)點(diǎn)程序更新、發(fā)送指令和接收事件報(bào)告等。
上述客戶端運(yùn)行平臺(tái)是直接面對(duì)用戶的后端運(yùn)行平臺(tái)，它與調(diào)試服務(wù)器相互通信交 互，使得用戶能夠?qū)B接在調(diào)試節(jié)點(diǎn)上的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制、監(jiān)視和性能分析?？蛻舳?運(yùn)行平臺(tái)設(shè)置有用戶界面模塊，用戶界面模塊包括控制界面、監(jiān)視界面和分析界面。 1、控制界面，提供了控制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的用戶接口，該界面包括三個(gè)子界面
1) 、控制視圖控制視圖中顯示各個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的部署情況，用戶可以在該視圖中選
擇相應(yīng)的單個(gè)或者多個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行手工控制，直接向它們發(fā)送控制命令，
如進(jìn)行節(jié)點(diǎn)程序更新，功率控制等；
2) 、測(cè)試腳本視圖該系統(tǒng)提供了腳本形式的接口，供用戶在需要執(zhí)行復(fù)雜的組網(wǎng) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，描述測(cè)試計(jì)劃(如實(shí)驗(yàn)時(shí)間、參與實(shí)驗(yàn)的節(jié)點(diǎn)、分組發(fā)送數(shù)量和頻率以及節(jié)點(diǎn) 的功率等)，用戶可以在測(cè)試腳本視圖中創(chuàng)建、編輯、設(shè)定和執(zhí)行實(shí)驗(yàn)?zāi)_本；客戶端運(yùn) 行平臺(tái)負(fù)責(zé)將測(cè)試腳本解釋成具體的控制命令，發(fā)送給調(diào)試服務(wù)器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果將存儲(chǔ)在 調(diào)試服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中；針對(duì)更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，用戶還可以將多個(gè)測(cè)試腳本組織成一個(gè)測(cè) 試包，自動(dòng)順序執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化；
3) 、控制日志視圖該視圖以文字的形式輸出控制命令和測(cè)試腳本的執(zhí)行和反饋信 息，供用戶參考以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障確保控制成功?？刂平缑孢€包括一個(gè)控制命令解析模塊，該模塊的功能主要為將用戶在控制視圖 中輸入的控制命令傳遞給調(diào)試服務(wù)器；解釋用戶輸入的測(cè)試腳本，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制 命令序列，傳遞給調(diào)試服務(wù)器；從調(diào)試服務(wù)器中查詢相應(yīng)的控制反饋信息，供控制曰志 視圖輸出。
2、 監(jiān)視界面，提供了觀察WSN運(yùn)行狀況的用戶接口，該界面包括三個(gè)子界面
1) 、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行視圖該視圖采用多種可視化形式實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的分布情況、目 標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況及各個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的通信事件以彩色箭頭的形式描繪出目標(biāo)節(jié)點(diǎn) 間的分組傳遞(不同的顏色代表不同的傳遞結(jié)果，如分組接收成功顯示為綠色，失敗則 為紅色)，以彩色連線代表目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的鏈路(不同顏色表示不同的鏈路質(zhì)量，如綠色 表示鏈路質(zhì)量好，藍(lán)色表示鏈路質(zhì)量一般，紅色代表鏈路質(zhì)量低)，并在連線上標(biāo)注鏈 路質(zhì)量數(shù)值；以彩色圓形表示節(jié)點(diǎn)，不同的顏色代表不同的剩余能量水平(如綠色表示 剩余能量多，藍(lán)色表示剩余能量不多，紅色代表剩余能量已低于警戒值)；
2) 、消息序列視圖該視圖為用戶提供了另一個(gè)以時(shí)間為基準(zhǔn)的視角來(lái)觀察目標(biāo)網(wǎng) 絡(luò)的運(yùn)行情況和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的通信，并以彩色箭頭的形式描繪出節(jié)點(diǎn)間的分組傳遞；
3) 、監(jiān)視日志視圖該視圖以文字的形式輸出目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中的詳細(xì)信息，供 用戶參考以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。
如果網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較大，監(jiān)視界面中顯示的信息過(guò)于紛亂，用戶還可以通過(guò)設(shè)置在監(jiān) 視界面上的過(guò)濾器設(shè)定需要觀察的節(jié)點(diǎn)和屬性集合， 一旦過(guò)濾器實(shí)施，監(jiān)視界面中將只 顯示特定的節(jié)點(diǎn)和屬性集合，便于用戶觀察網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，便于用戶進(jìn)行調(diào)試，并避 免了無(wú)關(guān)信息的干擾。
監(jiān)視界面還設(shè)置有文件輸出模塊，即將WSN的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程輸出到一個(gè)文本文件 中，供用戶進(jìn)行離線調(diào)試。
監(jiān)視界面還包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視模塊，該模塊的功能主要為從調(diào)試服務(wù)器下載目標(biāo) 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行信息，供該界面中的各視圖顯示；接受用戶指定的過(guò)濾器，并根據(jù)過(guò)濾器的 設(shè)定過(guò)濾相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)信息。
3、 分析界面，提供了分析網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的用戶接口，該界面包括實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析模 塊和若干分析視圖(如直方圖、曲線圖等)；實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析模塊從調(diào)試服務(wù)器中下載實(shí) 驗(yàn)結(jié)果，并分類整理組織；用戶可以在分析視圖中選擇直方圖、曲線圖等形式觀察和分 析實(shí)驗(yàn)結(jié)果；用戶還可以將實(shí)驗(yàn)結(jié)果保存為文本文件，供下次分析之用。
客戶端運(yùn)行平臺(tái)還設(shè)置有用于輸出屬性文件的輸出模塊。用戶在設(shè)定好客戶端運(yùn)行 平臺(tái)的各項(xiàng)設(shè)置后，可以將這些設(shè)置的設(shè)置參數(shù)保存為屬性文件，屬性文件中還可存儲(chǔ) 諸如過(guò)濾器的設(shè)置參數(shù)，對(duì)不同通信事件設(shè)置的顏色和調(diào)試服務(wù)器的地址等信息，屬性 文件可以讓用戶快速恢復(fù)同一實(shí)驗(yàn)設(shè)置。
本發(fā)明的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)和調(diào)試的核心功能是對(duì)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的控制。節(jié)點(diǎn)程序更新是開(kāi)發(fā)和調(diào)試過(guò)程中一個(gè)經(jīng)常重復(fù)，也是非常重要的一個(gè)控制操作。因此，下面以 節(jié)點(diǎn)程序更新為例描述如何利用本發(fā)明對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，如圖4所示，具體過(guò)程如下
a. 用戶在控制視圖中選定一個(gè)或者多個(gè)需要更新程序的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)選定新的節(jié) 點(diǎn)程序文件(通常是后綴名為hex或者bin文件)；
b. 客戶端運(yùn)行平臺(tái)將新的程序文件轉(zhuǎn)換成字符串形式，發(fā)送給調(diào)試服務(wù)器，在等待 一段時(shí)間后，客戶端運(yùn)行平臺(tái)不斷從調(diào)試服務(wù)器中査詢更新報(bào)告情況；
c. 調(diào)試服務(wù)器將新的程序文件還原成二進(jìn)制形式，并通過(guò)調(diào)試網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給相關(guān)的調(diào) 試節(jié)點(diǎn)；
d. 調(diào)試節(jié)點(diǎn)將新的程序文件下載到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上，并控制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)更新程序；
e. 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)完成程序更新后，向調(diào)試節(jié)點(diǎn)發(fā)送更新是否成功的更新報(bào)告；
f. 調(diào)試節(jié)點(diǎn)將更新報(bào)告發(fā)送給調(diào)試服務(wù)器；
g. 調(diào)試服務(wù)器將更新報(bào)告發(fā)送給客戶端運(yùn)行平臺(tái)，客戶端運(yùn)行平臺(tái)在控制日志視圖 中顯示相應(yīng)的更新報(bào)告，供用戶參考。
從圖4中可以看出，在調(diào)試服務(wù)器、調(diào)試節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間采用的是"推動(dòng)式" 的通信模式，即在接收到消息后再采取相應(yīng)動(dòng)作，而在客戶端運(yùn)行平臺(tái)和調(diào)試服務(wù)器之 間采取的是"拉動(dòng)式"的通信模式，即客戶端運(yùn)行平臺(tái)在發(fā)送命令后不斷向服務(wù)器查詢 結(jié)果。兩種通信模式的結(jié)合不僅考慮了調(diào)試服務(wù)器、調(diào)試節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間以及客戶 端運(yùn)行平臺(tái)和調(diào)試服務(wù)器之間的通信介質(zhì)承載能力的差異，而且使得用戶能比較及時(shí)的 獲得命令反饋。
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化是以測(cè)試腳本為核心的，提高了 WSN開(kāi)發(fā)和調(diào)試的效率。下 面以一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)例子來(lái)說(shuō)明實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化的實(shí)施方式，該實(shí)驗(yàn)包括兩個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，兩
個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)分別以A和B表示，其具體過(guò)程如下-
a. 對(duì)A和B進(jìn)行初始化，設(shè)定各種參數(shù)；
b. B準(zhǔn)備接收分組，A開(kāi)始發(fā)送分組；
c. A在發(fā)送指定的間隔后，停止發(fā)送；d. B計(jì)算分組接收率，并報(bào)告給調(diào)試服務(wù)器；
e. 客戶端運(yùn)行平臺(tái)查詢實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 如圖5所示，用戶實(shí)施上述實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程如下
a. 在測(cè)試腳本視圖中輸入描述并執(zhí)行該實(shí)驗(yàn)過(guò)程的腳本；
b. 客戶端運(yùn)行平臺(tái)的控制命令解析模塊將該測(cè)試腳本解釋為具體的控制命令，發(fā)送
給調(diào)試服務(wù)器；
c. 調(diào)試服務(wù)器通過(guò)與A連接的調(diào)試節(jié)點(diǎn)向A發(fā)送初始化命令，A完成初始化并報(bào)
告，
d. 調(diào)試服務(wù)器通過(guò)與B連接的調(diào)試節(jié)點(diǎn)向B發(fā)送初始化命令，B完成初始化并報(bào)e. 調(diào)試服務(wù)器通過(guò)與B連接的調(diào)試節(jié)點(diǎn)向B發(fā)送開(kāi)始接收分組的命令；
f. 調(diào)試服務(wù)器通過(guò)與A連接的調(diào)試節(jié)點(diǎn)向A發(fā)送開(kāi)始發(fā)送分組的命令；
g. 調(diào)試服務(wù)器通過(guò)與A連接的調(diào)試節(jié)點(diǎn)向A發(fā)送停止發(fā)送分組的命令；
h. 調(diào)試服務(wù)器通過(guò)與B連接的調(diào)試節(jié)點(diǎn)向B發(fā)送計(jì)算分組接收率的命令；
i. B向調(diào)試服務(wù)器匯報(bào)計(jì)算結(jié)果；
j.客戶端運(yùn)行平臺(tái)從調(diào)試服務(wù)器獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
為了清晰地表現(xiàn)整個(gè)過(guò)程，圖5中略去了調(diào)試節(jié)點(diǎn)環(huán)節(jié)，以及客戶端運(yùn)行平臺(tái)和調(diào) 試服務(wù)器之間的通信細(xì)節(jié)，具體可參考圖4。上述過(guò)程中，過(guò)程c和過(guò)程d的報(bào)告結(jié)果 可以在控制日志視圖中查看，過(guò)程e、過(guò)程f和過(guò)程g的運(yùn)行過(guò)程可以在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行視圖、 消息序列視圖和監(jiān)視日志視圖中觀察到。在監(jiān)視界面中，用戶可以選擇將實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄 為一個(gè)文本文件，供日后離線觀察。用戶獲得數(shù)據(jù)后，可以在分析界面中進(jìn)行相應(yīng)的計(jì) 算和分析。
圖6給 出了本發(fā)明與軟件模擬及測(cè)試床在WSN開(kāi)發(fā)和調(diào)試的真實(shí)度以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 的對(duì)比，從圖中可以看出本發(fā)明的真實(shí)度高，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，說(shuō)明本發(fā)明的系統(tǒng)是可 行有效的。
權(quán)利要求
1、一種支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括調(diào)試服務(wù)器、客戶端運(yùn)行平臺(tái)、多個(gè)用于采集傳感數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)以及多個(gè)與所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)連接的調(diào)試節(jié)點(diǎn)，所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)以自組織網(wǎng)絡(luò)的方式組成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，所述的調(diào)試節(jié)點(diǎn)以無(wú)線技術(shù)組成調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，所述的調(diào)試網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與所述的調(diào)試服務(wù)器連接，所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)以IP網(wǎng)絡(luò)與所述的調(diào)試服務(wù)器通信交互。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的無(wú)線技術(shù)為藍(lán)牙技術(shù)或WiFi技術(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的調(diào)試服務(wù)器包括服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)，所述的服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)分別與所述 的客戶端運(yùn)行平臺(tái)和所述的調(diào)試節(jié)點(diǎn)通信交互；所述的服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)收集所述的調(diào)試 節(jié)點(diǎn)記錄的所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行信息，并將運(yùn)行信息存入所述的數(shù)據(jù)庫(kù)；所述的服務(wù) 器運(yùn)行平臺(tái)將所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)發(fā)出的調(diào)試請(qǐng)求轉(zhuǎn)換成具體的控制命令，指示所述 的調(diào)試節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，并處理相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)與所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)之間通過(guò)通信接口相互通信交互，所 述的通信接口為基于XML-RPC技術(shù)的遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用機(jī)制。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上設(shè)置有硬件接口和軟件接口；所述的硬件接口包括UART接口、重 置接口、在線編程接口和中斷請(qǐng)求接口；所述的軟件接口為用于控制所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的 中斷程序調(diào)用，其包括節(jié)點(diǎn)程序更新調(diào)用、功率控制調(diào)用以及通過(guò)所述的UART接口發(fā) 送事件報(bào)告和工作日志的調(diào)用。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)上設(shè)置有用戶界面模塊，所述的用戶界面模塊包括由控制視 圖、測(cè)試腳本視圖和控制日志視圖構(gòu)成的控制界面、由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行視圖、消息序列視圖和 監(jiān)視日志視圖構(gòu)成的監(jiān)視界面以及分析界面；所述的控制界面為控制所述的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的 用戶接口，所述的監(jiān)視界面為觀察WSN運(yùn)行狀況的用戶接口，所述的分析界面為分析 WSN實(shí)驗(yàn)結(jié)果的用戶接口。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的監(jiān)視界面上設(shè)置有過(guò)濾器和文件輸出模塊，所述的文件輸出模塊將WSN的整 個(gè)運(yùn)行過(guò)程輸出到文本文件中，供用戶進(jìn)行離線調(diào)試。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在于所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)上還設(shè)置有用于輸出屬性文件的輸出模塊，所述的屬性文件中 存儲(chǔ)有所述的客戶端運(yùn)行平臺(tái)的各項(xiàng)設(shè)置參數(shù)、所述的過(guò)濾器的設(shè)置參數(shù)以及所述的調(diào) 試服務(wù)器的地址。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括調(diào)試服務(wù)器、客戶端運(yùn)行平臺(tái)、多個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)以及多個(gè)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)連接的調(diào)試節(jié)點(diǎn)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)以自組織網(wǎng)絡(luò)的方式組成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試節(jié)點(diǎn)以無(wú)線技術(shù)組成調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與調(diào)試服務(wù)器連接，客戶端運(yùn)行平臺(tái)與調(diào)試服務(wù)器通信交互；本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于將控制功能集成到獨(dú)立的調(diào)試節(jié)點(diǎn)中，使得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的軟硬件結(jié)構(gòu)與實(shí)際部署的WSN節(jié)點(diǎn)基本相同，這為WSN開(kāi)發(fā)和調(diào)試提供了幾乎完全真實(shí)的軟硬件基礎(chǔ)平臺(tái)，從而使得實(shí)際運(yùn)行效果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果極相近，提高了真實(shí)度；采用了獨(dú)立的調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，可以直接部署在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，不再受場(chǎng)地限制，為WSN開(kāi)發(fā)和調(diào)試提供了完全真實(shí)的物理環(huán)境。
文檔編號(hào)H04L12/26GK101321093SQ200810062209
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
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