專利名稱：傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層測試領(lǐng)域，具體涉及一種基于自動控制實現(xiàn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今飛速發(fā)展的信息社會，半導(dǎo)體技術(shù)和通信技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到我們生活的各個方面，而隨著信息化、全球化的發(fā)展，無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也逐漸成為人們迫切要求的需求。以往，無線局域網(wǎng)發(fā)展緩慢，推廣應(yīng)用困難，主要是由于傳輸速率低、成本高，且很多產(chǎn)品不兼容等。針對現(xiàn)在高速增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和需求，無線局域網(wǎng)取得進(jìn)展的關(guān)鍵就在于高速新標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.1lb的制定，但是IEEE 802.1lb組網(wǎng)成本較高，主要用于建設(shè)計算機(jī)局域網(wǎng)并支持大量數(shù)據(jù)傳輸。IEEE 802.1lb無線局域網(wǎng)的帶寬最高可達(dá)11Mbps，比剛批準(zhǔn)時的ffiEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)快5倍，擴(kuò)大了無線局域網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。IEEE 802.1lb使用的是開放的2. 4GHz頻段，不需要申請就可使用。具有傳 輸距離長、速度快，可以滿足用戶運(yùn)行大量占用帶寬的網(wǎng)絡(luò)操作，但隨著人們對簡單方便、可以隨意使用的無線裝置的需求的出現(xiàn)，低廉的價格和較低的能耗將是重要的因素，同時也需要一個新的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行規(guī)范。而這個標(biāo)準(zhǔn)主要針對人們提出的在人自身附近幾米范圍之內(nèi)的通信的需求，其核心問題是低功耗、低成本的設(shè)計和提供低帶寬、低速率的應(yīng)用。IEEE 802. 15. 4網(wǎng)絡(luò)是指在一個POS內(nèi)使用相同無線信道并通過IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)相互通信的一組設(shè)備的集合，又名LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)。1998年3月，成立IEEE 802. 15工作組。該組致力于WPAN網(wǎng)絡(luò)的物理層(PHY)和媒體訪問層(MAC)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，目標(biāo)是為在個人操作空間(POS)內(nèi)相互通信的無線通信設(shè)備提供通信標(biāo)準(zhǔn)，一般室內(nèi)通信距離10nT30m不等，室外最大距離150m。IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)定義的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)具有在不同載波頻率下實現(xiàn)三種不同傳輸速率、支持星型和點(diǎn)對點(diǎn)兩種通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、16位和64位兩種地址格式以及支持沖突避免的載波多路偵聽等特點(diǎn)。IEEE 802. 15. 4b (ZigBee)可以說是藍(lán)牙的同族兄弟，它使用2. 4GHz波段，采用調(diào)頻技術(shù)。但是與藍(lán)牙相比，更簡單、速率更慢、功率及功耗也更低。它的基本速率是250kb/s，當(dāng)降低到28kb/s時，傳輸范圍可擴(kuò)大到134m并獲得更高的可靠性。另外，它還可以與254個節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)，可比藍(lán)牙更好的支持游戲、消費(fèi)電子等自動化家用。綜上所述，IEEE 802. 15. 4b (ZigBee)具有更簡單、速率更慢、功率及功耗也更低的特點(diǎn)。因此在短距離傳輸中其接收極限值的性能也顯得尤為重要，其頻段由
2.405GHC2. 48GHz共26個信道，在接收極限值的測試過程中不同信道，不同頻段以及不同數(shù)據(jù)速率等變量的切換變得尤為復(fù)雜，致使測試成本提高，浪費(fèi)人力物力，且測試配置過程復(fù)雜，導(dǎo)致由人為因素造成的失誤率提高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法，其可有效解決系統(tǒng)測試時測試成本高，測試過程復(fù)雜導(dǎo)致的儀器配置過程中人為因素的不確定性等問題。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是
一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法中的待測模塊通過SMA接口與矢量信號發(fā)生器相連，待測模塊通過RS232串口與PC機(jī)相連，矢量信號發(fā)生器通過GPIB/LAN接口與PC機(jī)相連，具體測試方法包括吐下步驟1、PC機(jī)實現(xiàn)符合IEEE802. 15. 4的發(fā)射信號；
I1、PC機(jī)通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制矢量信號發(fā)生器，將生成的波形文件下載到矢量信號發(fā)生器中；
IIKPC機(jī)通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制矢量信號發(fā)生器，將矢量信號發(fā)生器調(diào)制到待測信道的頻率；
IV、PC機(jī)通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制矢量信號發(fā)生器，將矢量信號發(fā)生器的輸出信號幅度調(diào)到合適大小(根據(jù)傳感網(wǎng)物理層的定義為待測模塊設(shè)置初始值);
V、PC機(jī)通過RS-232串口改變待測模塊的工作信道，使模塊處于接收狀態(tài)；
V1、PC機(jī)通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制矢量信號發(fā)生器，觸發(fā)信號；
VI1、PC機(jī)通過RS-232串口查詢待 測模塊接收信號的情況。對于上述技術(shù)方案，發(fā)明人還有進(jìn)一步的優(yōu)化實施方案。作為優(yōu)化，步驟1、I1、IV、V中，PC機(jī)可通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制矢量信號發(fā)生器。作為優(yōu)化，所述矢量信號發(fā)生器為Agilent E4438C矢量信號發(fā)生器。所述AgilentE4438C矢量信號發(fā)生器通過提供優(yōu)異的基帶信號而達(dá)到了新的性能水平。它具有寬RF調(diào)制帶寬、快采樣率和大存儲器，該儀器可以提供模擬調(diào)制、采用標(biāo)準(zhǔn)和定制制式的數(shù)字調(diào)制、優(yōu)異的電平精度和頻譜純度，同時E4438C提供250KHz飛GHz的頻率覆蓋，能符合無線局域網(wǎng)的特殊要求。同時Agilent E4438C還具有多種控制接口 以太網(wǎng)控制接口(IOBaseTLAN)、通用接口總線(GPIB)、異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口(RS-232)等，可以方便的實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，進(jìn)行自動化測試。若E4438C安裝了內(nèi)部基帶產(chǎn)生器(選件601或者選件602)，即可利用該任意波形發(fā)生器根據(jù)所測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的要求自己定制產(chǎn)生測試需要的任意波形。作為優(yōu)化，所述PC機(jī)提供測試人員進(jìn)行自動化測試的控件，PC機(jī)通過LAN接口可通過VB界面實時改變信號源發(fā)射功率、待測信道、傳輸數(shù)據(jù)速率等參數(shù)，并通過觸發(fā)對信號源進(jìn)行配置。更進(jìn)一步，所述PC機(jī)通過RS-232串口與待測模塊相連，可實時改變待測模塊通信信道。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
本發(fā)明所描述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法，其通過VB程序設(shè)計的操作界面來控制矢量信號發(fā)生器，通過LAN接口使VB操作界面與矢量信號發(fā)生器相連接，使得繁瑣的配置儀器過程由操作簡單明了的界面來代替，可在批量測試時節(jié)約了大量的時間和成本。同時將一些固定配置在初始化中完成，界面上只顯示可配的幾個變量參數(shù)，大大降低了測試系統(tǒng)的復(fù)雜度，避免測試過程中由于人為因素造成的損失，提高了儀器測試的準(zhǔn)確率。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
圖1為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖2為本發(fā)明實施例中矢量信號發(fā)生器輸出的待測信道信號的頻譜 圖3為本發(fā)明實施例中待測模塊的電路示意 圖4為本發(fā)明實施例的工作流程 圖5為本發(fā)明實施例中的系統(tǒng)控制界面 圖6為本發(fā)明實施例中最終生成包含測試結(jié)果的表格。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。實施例
本實施例描述了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試系統(tǒng)，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其 中，待測模塊通過SMA接口與矢量信號發(fā)生器相連，待測模塊通過RS232串口與PC機(jī)相連，矢量信號發(fā)生器通過GPIB/LAN接口與PC機(jī)相連。本實施例通過VB對矢量信號源進(jìn)行控制，產(chǎn)生一路待測信道的待測信號，對極限值的測試過程進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，不僅節(jié)約了大量的人力物力，同時也降低了測試過程的復(fù)雜度，提高了儀器測試的準(zhǔn)確率。其待測模塊通過SMA接口與矢量信號發(fā)生器相連接，矢量信號發(fā)生器通過GPIB/LAN接口與PC機(jī)相連，待測模塊通過RS-232串口與PC機(jī)相連。在測試待測模塊接收極限值時，我們主要測得兩個參數(shù)
(I)接收靈敏度測試信道采用IEEE 802. 15. 4規(guī)范信號，在給定信道和數(shù)據(jù)速率條件下，測得接收機(jī)在1%丟包率下所能檢測到的最小電平信號。(2)最大接收電平當(dāng)接收信號強(qiáng)度過大時，待測模塊會自動屏蔽掉接收信號，測試信道采用IEEE 802. 15. 4規(guī)范信號，在給定信道和數(shù)據(jù)速率條件下，測得接收機(jī)在1%丟包率下所能檢測到的最大電平信號。首先PC機(jī)通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制，將PC機(jī)上通過VB仿真軟件編寫的符合IEEE 802. 15. 4規(guī)范的信號數(shù)據(jù)文件下載到矢量信號源中，然后初始化矢量信號源的一些固定設(shè)置，建立遠(yuǎn)程連接以及初始化具體步驟如下所示
1.建立PC對儀器的遠(yuǎn)程連接；
2.重新設(shè)置矢量信號源；
3.打開矢量信號源的調(diào)制解調(diào)方式；
4.打開射頻輸出；
5.設(shè)置濾波器類型；
6.設(shè)置碼兀速率；
7.設(shè)置調(diào)制方式；
8.設(shè)置觸發(fā)模式；
9.打開用戶(custom)模式；10.調(diào)用信號的波形文件。初始化后，設(shè)置模塊的待測信號相應(yīng)的改變儀器的輸出頻率，模塊的改變信道過程如下
設(shè)置儀器的信道；
設(shè)置儀器的信號輸出強(qiáng)度；
觸發(fā)矢量信號源信號輸出。觸發(fā)矢量信號源信號輸出后，PC機(jī)在串口檢查收到的包的個數(shù)，根據(jù)IEEE802. 15. 4規(guī)范，當(dāng)傳輸1000個包，模塊的誤報率小于1%的情況下，SMA端能接收到的最小幅度為該模塊的接收靈敏度，且要求接收靈敏度小于_85dBm。所以在不了解待測模塊的接收性能時，可以從_85dBm循環(huán)降低儀器的輸出幅度，測試得到待測模塊的接收靈敏度。觸發(fā)矢量信號源信號輸出后，PC機(jī)在串口檢查收到的包的個數(shù)，根據(jù)IEEE802. 15. 4規(guī)范，當(dāng)傳輸1000個包，模塊的誤包率小于1%的情況下，SMA端能接收到的最大幅度為該模塊的最大接收電平。在不了解待測模塊的接收性能時，可以從OdBm循環(huán)降低儀器的輸出幅度，測試得到待測模塊的最大接收電平。如圖2所示是矢量信號發(fā)生器輸出的信號頻譜圖，將矢量信號源的輸出端通過SMA-SMA的射頻連接線接到頻譜儀 上，圖2在頻譜儀的相關(guān)設(shè)置如下所示
1.中心頻率(CF)為2.405GHz ；
2.帶寬(SPAN)為IMHz ；
3.RBff=20KHz, VBW=20KHzo如圖3所示是本發(fā)明待測模塊的電路示意圖。其中外置處理單元(MCU單元)與無線收發(fā)單元通過總線連接，二者構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)各種功能的無線數(shù)據(jù)傳輸。本實例采用了由飛思卡爾提供的一款SoC芯片MC13213，該芯片集成了 MCU微處理器單元和2. 4GHz的無線收發(fā)單元。MCU微處理器單元和2. 4GHz的無線收發(fā)單元之間通過SPI串口總線相連接。MCU微處理器單元是一個8位的HCS08內(nèi)核的處理器，其集成了通用串口和定時/計時器等一系列功能。無線收發(fā)單元的頻段選擇的是2. 4GHz的ISM頻段，其物理層是按照IEEE802. 15. 4的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計的，它的數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps，該頻帶劃分為16個信道，每個信道占5MHz的帶寬。采用直接序列擴(kuò)頻(DSSS)和O — QPSK的調(diào)制方式，提高了無線信號的抗干擾能力。PC機(jī)可以通過RS-232接口對待測模塊發(fā)送配置信息，例如工作模式，工作信道，輸出功率等等。模塊通過SMA與矢量信號源相連，接收矢量信號源發(fā)出的信號。測試待測模塊接收極限值。如圖4所示是本發(fā)明傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值的測試系統(tǒng)的工作流程圖，它是根據(jù)IEEE 802. 15. 4規(guī)范要求，對待測模塊16個信道的最大、最小接收電平的驗證性測試。測試開始后，先對矢量信號源初始化，然后選擇“信道11 ”、初始發(fā)射功率“_85dBm”，則程序先開始測試“信道11”，通過串口配置待測模塊信道，通過GPIB/LAN 口配置儀器的輸出頻率，出發(fā)矢量信號源的波形文件(文件中包含1000個測試包，包與包之間加多個周期延時)，待測模塊會將接收到的包吐到RS-232串口，PC機(jī)通過檢查串口接收到包的個數(shù)是否大于990來判斷待測模塊是否通過該信道的接收極限值測試，測試結(jié)果將自動通過EXCEL顯示出來，“信道I”測試完了，測試“信道2”，依次類推……直到16個信道測試完成。如圖5所示是本發(fā)明傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試系統(tǒng)的控制界面圖，界面中的“串口”填寫待測模塊和PC機(jī)的通信串口號，測試欄中有信道選擇項和輸出功率選擇項，可以填寫模塊的測試指標(biāo)，默認(rèn)值為根據(jù)IEEE 802. 15. 4規(guī)范中要求的指標(biāo)。單擊“Trigger”(觸發(fā))控件，本發(fā)明的測試系統(tǒng)將開始自動測試，測試結(jié)果自動保存在EXCEL表格中，如圖6所示。經(jīng)試驗測試，本發(fā)明所設(shè)計的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值的測試系統(tǒng)及方法應(yīng)用于實驗測試中，不僅實現(xiàn)了對傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試系統(tǒng)的優(yōu)化，大大降低了進(jìn)行接收極限值測試的成本，同時降低了測試系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和測試效率。上述實例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都`應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法，其特征在于，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法中的待測模塊通過SMA接口與矢量信號發(fā)生器相連，待測模塊通過RS232串口與PC機(jī)相連，矢量信號發(fā)生器通過GPIB/LAN接口與PC機(jī)相連，具體測試方法包括吐下步驟 1.PC機(jī)實現(xiàn)符合IEEE802. 15. 4的發(fā)射信號； I1、PC機(jī)通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制矢量信號發(fā)生器，將生成的波形文件下載到矢量信號發(fā)生器中； IIKPC機(jī)通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制矢量信號發(fā)生器，將矢量信號發(fā)生器調(diào)制到待測信道的頻率； IV、PC機(jī)通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制矢量信號發(fā)生器，將矢量信號發(fā)生器的輸出信號幅度調(diào)到合適大??； V、PC機(jī)通過RS-232串口改變待測模塊的工作信道，使模塊處于接收狀態(tài)； V1、PC機(jī)通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制矢量信號發(fā)生器，觸發(fā)信號； VI1、PC機(jī)通過RS-232串口查詢待測模塊接收信號的情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法，其特征在于，步驟1、I1、IV、V中，PC機(jī)可通過GPIB/LAN接口遠(yuǎn)程控制矢量信號發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法，其特征在于，所述矢量信號發(fā)生器為Agilent E4438C矢量信號發(fā)生器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法，其特征在于，所述PC機(jī)提供測試人員進(jìn)行自動化測試的控件，PC機(jī)通過LAN接口可通過VB界面實時改變信號源發(fā)射功率、待測信道、傳輸數(shù)據(jù)速率等參數(shù)，并通過觸發(fā)對信號源進(jìn)行配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法，其特征在于，所述PC機(jī)通過RS-232串口與待測模塊相連，可實時改變待測模塊通信信道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收極限值測試方法中的待測模塊通過SMA接口與矢量信號發(fā)生器相連，待測模塊通過RS232串口與PC機(jī)相連，矢量信號發(fā)生器通過GPIB/LAN接口與PC機(jī)相連。本發(fā)明通過VB程序設(shè)計的操作界面來控制矢量信號發(fā)生器，通過LAN接口使VB操作界面與矢量信號發(fā)生器相連接，使得繁瑣的配置儀器過程由操作簡單明了的界面來代替，可在批量測試時節(jié)約了大量的時間和成本。同時將一些固定配置在初始化中完成，界面上只顯示可配的幾個變量參數(shù)，大大降低了測試系統(tǒng)的復(fù)雜度，避免測試過程中由于人為因素造成的損失，提高了儀器測試的準(zhǔn)確率。
文檔編號H04W24/06GK103052107SQ20121055987
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者黃成 , 劉昊, 王薇, 江川, 喬磊, 任亮, 關(guān)曉龍, 胡慧 申請人:東南大學(xué)