[实用新型]一种针对无线传感器网络的通信性能测试装置

说明书

技术领域

本实用新型设计一种无线传感器网络通信性能的测试装置，主要用于无线传感器网络的组网容量、多跳、功耗等网络性能的测试。可以为无线系统在工业应用方面提供一个性能测试平台，为通信质量分析提供必要数据。 

背景技术

无线网络技术作为工业信息化的关键，在工业领域的广泛应用是必然趋势，已经成为信息化推动工业化发展的代表性技术，是国际技术竞争的焦点和科技的制高点。针对能耗高、资源利用率低的流程工业，采用无线网络建立监控、调度和优化分配等综合管理系统，是解决能源介质和主要设备在线监测和调度优化的有效措施。 

无线传感器网络是近几年兴起的一种全新的自组织，低功耗的无线通信方案，因其采用ISM授权频段，通信速率在250kbps，自组织及多跳的特性使得无线传感器网络在各个领域充满了生命力。尤其是在工业监控领域。 

然而，目前国际上普遍采用的Zigbee标准是基于802.15.4协议构架之上的通信标准，其协议应用涉及到工业、医疗、智能家居等多个无线应用领域。协议的复杂度高。尽管针对工业应用的国际标准有三个，目前仍没有一个可行的方案用来测试通信的可靠性。 

作为工业现场监控，数据传输的可靠性和实时性一直是工业监控的基本要求，也是无线通信一直无法取代总线通信的重要原因。因为无线的通信介质是空气，其通信介质会受到各种因素的干扰，在工业现场这个复杂的环境下，无线通信可靠性受到了严峻的挑战。 

尽管人们对无线传感器网络已经有多年的研究，然而基于传感器网络性能方面的测试一直是一个盲区，研究者关注的是通信距离，定位问题，功耗问题，而一般采用的测试方法都是最普通的人工测试。没有一个可行的整体性的测试平台。 

在无线产品测试中，必不可少的一项测量就是产品的传输距离测试，无线传感器网络的组网测试，多跳测试，无线通信产品在实际协议验证的时候不可能做 到实际空间距离测试，一是场地不允许，二是多个节点一起测试，各自信号会相互干扰，导致测试结果不准确甚至根本无法进行。 

实用新型内容

为了实现在有限平台上的无线传感器网络性能测试，本实用新型提供了一个测试平台，改平台能够测试无线传感器网络的通信容量、通信速率、多跳等参数。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：装置由Zigbee无线节点、衰减器、天线、FPGA多模块通信板、功率测试板、屏蔽床及稳压电源组成。无线通信模块可以采用CC2430和JN5139，模块具有串口通信功能。衰减器采用了π型衰减器设计，并可以通过调整可调电阻来改变衰减倍数。每个无线节点都放置于一个封闭的铁质盒形空间，盒形空间内部采用工业吸波材料将每个节点的射频信号屏蔽，节点间的通信通过引出天线和其他模块通信。FGPA多模块通信信息板通过串口和无线节点通信，通过USB口和上位机系统通信。具体描述为： 

（1）射频屏蔽测试床 

微波屏蔽测试床主要包括外部壳体的设计和屏蔽材料的选用。外壳采用2mm厚铁板，采用焊接方法，留出5X10的密封格子，用来放置无线传感器网络节点，测试床的后边留有可开关的门，前边通过打孔，可以将天线伸出外部。由于无线射频本身的功率信号比较大，仅用铁皮是无法屏蔽射频信号，无法实现组网测试和多跳测试。根据Zigbee的特性，要进行多跳测试，如果一个节点的通信半径范围内有多个节点，将失去测试的意义。因此选用工业级屏蔽材料，可吸收高达40GHz的微波信号，使得每个通信节点都相互隔离，形成一个个独立的暗室。满足测试的需求。 

（2）2.4G可调无线射频衰减器 

采用衰减器来模拟实际空间损耗，利用信号在空气中的自由损耗计算得到对应的dB值，再用相应的衰减器来代替，将空间距离缩短到实验平台能够承受的距离。衰减器可以通过调整电阻来选择不同的衰减量，以满足衰减的需求，衰减器的设计采用π型衰减器，当阻抗为50Ω时，根据衰减倍数的需求，计算需要的R值。衰减器连接射频模块的输出天线，在衰减器之后再连接一个天线，为衰减后的射频输出。 

（3）无线传感器网络测试平台烧程及数据监听单元