[发明专利]一种无线传感器网络数据链路层协议测试方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，特别涉及一种采用组件化思想的数据链路层协议性能测试方法及系统。

背景技术

无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。与传统网络相比，无线传感器网络的复杂多变，决定了其开发、维护上的困难：宏观上的系统任务要通过大量微观节点的分工协作来完成，微观节点数据的侦听以及宏观网络状态的监测有很大的难度。

无线传感器网络采用五层协议标准：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。其中，数据链路层主要负责信道接入、控制节点的报文传输对无线共享媒体的占用以及通过一组规则和过程来更有效、有序和公平使用共享媒体以保证网络的整体性能。它的设计优劣对网络性能影响很大。数据链路层设计重点关注能量效率、延迟时间、吞吐率等性能。数据链路层协议性能测试的一般方法步骤如下：

A.   设置环境变量，修改调试程序，编译生成镜像并手动上传到传感器节点中；

B.   根据测试要求设置拓扑结构，搭建节点网络，开启节点收集数据；

C.   统计处理数据获得性能参数数值。

上述方法的缺点主要有：

1.    手动上传镜像到节点，重复工程多，浪费时间；

2.    拓扑结构与路由有关，而一般测试中反复设置相同拓扑，降低了测试效率；

3.    节点数据采集方式多样，如通过串口、汇聚方式、通过监听节点等；

4.    性能参数计算方法多样，且存在不精确算法；

5.    对网络状态监测不到位，不能及时发现异常。

另外，对于无线传感器网络测试系统，典型的有哈佛大学的MoteLab和俄亥俄州立大学的Kansei。两者都方便了网络状态的监测和实验数据的采集显示，但它们存在不可忽视的弱点：

①缺少进一步的处理或数据处理接口；

②都是静止网络，部署不灵活；

③应用面窄，缺少对数据链路层协议性能测试的支持。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有测试方法的不足，提出一种采用组件化思想的数据链路层协议测试方法，为数据链路层协议测试提供良好的通用性、易用性，显著提高测试效率。

为了解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种无线传感器网络数据链路层协议测试方法，包括以下步骤：

    步骤A.根据数据链路层协议的测试要求设置测试参数、以及数据链路层协议性能参数的计算方法，定义数据上传格式；

    步骤B.根据步骤A设置的测试参数选择路由和传输协议组件组合，配置协议栈路由层协议与传输层协议组件模块间的连接，搭建无线通信协议栈，编译生成镜像程序；

    步骤C.将步骤B生成的镜像程序上传到传感器节点，开启无线传感器网络内所有节点，通过串口通信组件收集节点数据存储到服务器端的数据库；

    步骤D.在客户端通过网络状态监测组件监测网络拓扑变化、数据流向，通过采用步骤A中的协议性能参数计算方法得到各个协议性能参数的具体数值。

作为本发明的无线传感器网络数据链路层协议测试方法进一步的优化方案，步骤A中：

所述测试参数包括：tinyos版本、节点类型、节点数量、节点编号区间、节点坐标位置、拓扑结构、测试时间；

    所述协议性能参数包括：节点网络的能耗参数、端到端延迟及吞吐量参数；

    所述的数据上传格式包括：节点本地时间、事件类型、包类型、节点ID、源节点ID、发送节点ID、接收节点ID、包序列号、生存时间、父节点、链路质量和唤醒时间。

作为本发明的无线传感器网络数据链路层协议测试方法进一步的优化方案，步骤A所述协议性能参数的计算方法为：

所述能耗参数通过分别统计节点在发送、接受、休眠和侦听状态的时间，然后与对应的功率相乘得到；

所述端到端延迟参数通过计算数据包从源节点出发的时间与到目的节点的时间差得到；

所述吞吐量参数分别通过计算节点发送、接收、转发的包数，以及与对应的包的字节数得到。