[发明专利]一种传感器网络试验床无线环境模拟系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器网络，更具体地，本发明涉及传感器网络试验床无线环境模拟系统及其实现方法。

背景技术

无线传感器网络的功能测试和性能测量工具是传感器网络科学研究过程和应用系统构建过程的重要基础。相关的科研成果需要进行可靠性和置信度高的正确性检测和性能评估；同时，成熟度高的应用系统更需要进行真实程度高、大压力、多事件的可重复性能评估和测试。随着传感器网络科研和应用开发的深入，稳定、可靠、可信和可扩展性高的无线传感器网络评估评测系统越发显示出其重要性和需求的迫切性。在传感器网络的科研和应用开发工作中，性能评估评测系统已经成为阻碍进一步深入工作的技术瓶颈，因此，制备无线传感器网络的功能测试和性能测量工具需要深入有效地展开。由于无线传感器网络的发射功率小，系统部署的环境复杂，因此无线传感器网络研究中的无线环境模拟系统及其实现尤其重要。

MoteLab是哈佛大学开发的一种无线传感器网络测试平台，支持包括Web方式在内的多种用户访问方式，用户可以通过Internet对测试平台的网络进行远程操作，从而进行网络测试，如http://motelab.eecs.harvard.edu/index.php中所述。MoteLab的系统结构由两部分组成：传感器节点网络和中心服务器。网络中的每个传感器节点为Mica2或者MicaZ节点，使用IEEE802.15.4协议进行通信，同时这些节点又被连接在MIB-600开发板上通过串口与中心服务器相连，并连接以太网，这样使得节点的数据可以通过无线通信装置和串口及以太网多种渠道进行传输，从而对网络状态进行测试。另外用户对网络的控制指令也可以通过以太网发送到节点上，使得在不影响网络应用的情况下对节点实施实时的控制调整。MoteLab这种支持Web页面的访问方式实现了开放式的平台资源共享，所提供的多种访问途经使得用户可以更为方便灵活地完成测试任务并对网络进行监控。而且MoteLab的开发者认为这种Web访问的方式将会成为无线传感器网络平台搭建技术的趋势。但MoteLab对于测试评估的方法考虑较少，如对能量的测试目前也只是通过在一个节点上连接万用表测电压的方法实现，精度低可用性不高，另外MoteLab所支持的网络规模较小，扩展性不强。而且，MoteLab没有考虑无线环境的问题。

俄亥俄州立大学开发的Kansei平台是面向多种应用的针对无线传感器网络的测试平台，如“a high-fidelity sensing testbed.IEEE Internet Computing，2006，10(2)：35-47”中所述。Kansei平台在设计上充分考虑了对大规模应用环境的支持以及对各种应用背景的通用化和扩展性的要求，为无线传感器网络测试平台的搭建提供了启发性的思路。从结构上划分，Kansei平台由静止网络、便携网络和移动网络三部分组成。静止网络是由210个节点组成的矩形规则阵列，每个节点分为XSM节点和Stargate单板计算机两部分。XSM节点使用916MHz微波通信(更新的版本使用了IEEE802.15.4协议通信)，是网络测试和控制的对象。Stargate拥有独立的系统使用IEEE802.11b的协议通讯，与以太网相连并可以通过连接器对XSM进行访问和控制，移动网络由5个机器小车组成。行驶于静止网络节点上面铺设的玻璃板上。移动网络节点可以用于收集反馈信号并向静止网络实时注入数据，从而配合静止网络完成测试。便携网络中节点数量不定，除了进行数据存储、压缩、传输和时间同步的管理以外，还根据不同试验的需求选择搭配不同的传感器，用于在实际的应用环境中进行数据的感应和采集。Kansei平台的三种网络结构为搭建真实反映大规模应用环境的测试平台提供了可行性的思路。首先，利用部署、回收便利的便携网络可以在实际的环境条件下进行数据采集，从而更加真实地反映了数据的空间特性和应用特点，而且便携网络的设计也提高了Kansei平台面对多种应用的扩展性和灵活性。其次，通过实际节点与理论模拟相结合的混合模拟方法，有效地解决了测试平台网络节点规模不够大的问题。最后，移动网络的设计使得Kansei平台可以对移动无线传感器网络应用进行测试评估，网络结构更加丰富灵活。不过目前Kansei平台还处于开发过程中。如系统访问控制等功能并没有完全实现，混合模拟方法的效果也有待进一步验证。Kansei平台的便携网络可以方便地在部署现场的测试研究工作，但需要在实际的部署现场来完成，在实验室环境下没有考虑无线环境的模拟问题，不便于在实验室进行可信度高的研究和试验工作。

发明内容