[发明专利]测量ZigBee中信号路径损耗和平均相关值的系统及方法

说明书

技术领域

  本发明涉及一种测量ZigBee中信号路径损耗和平均相关值的系统及方法。

背景技术

  目前，公知的ZigBee无线传感网络中信号路径损耗应该采用无线频谱仪测量，但是，由于常用的频谱分析仪价格昂贵（一般只有高校和科研机构拥有），在室外环境下携带不方便，因此大大限制了它的使用。从测量范围看，无线频谱仪测得的无线频谱范围过大，而ZigBee无线传感网络仅有868.3MHz、906MHz和2405MHz几个频段，因此，很多频段对于ZigBee无线传感网络接收信号强度的测量都是无用的，也就是说，线频谱仪的测量测量不具有针对性。CC2430是集成微控制器和无线收发引擎于一体的芯片，其内部集成有指示无线信号强度(RSSI)的寄存器，通过该寄存器可以获得接收信号强度的值，与发射信号强度进行运算即可得到ZigBee无线传感网络在该工作频率处的路径损耗。

  ZigBee无线传感网络中，链路质量指示(LQI)是空闲信道评估的基础，对空闲信道的评估有着极为重要的作用，而平均相关值(CORR)是计算链路质量指示的基础，通过CC2430可以获得平均相关值。

发明内容

  本发明的目的是克服现有的频谱分析仪在测量ZigBee无线传感网络中信号路径损耗时有价格昂贵、室外携带不便和测量不具有针对性的不足，提供一种测量ZigBee中信号路径损耗和平均相关值的系统及方法。

一种测量ZigBee无线传感网络中信号路径损耗和平均相关值的系统，包括：发射机、接收机、上位机；所述的发射机包括CC2430、2个LED指示灯、电池模块、1个串口电平转换模块和天线模块组成，串口转换模块通过串口线和电脑相连，用于转换CC2430串口通信电平以及和上位机进行通信，2个LED灯用于状态显示，CC2430用于组成ZigBee网络并与接收机进行通信，电池用于给电路板上耗电的器件提供电能，天线用于发送无线信号；所述的接收机包括CC2430、2个LED指示灯电池模块和天线模块， 2个LED灯用于状态显示，CC2430用于组成ZigBee网络并与发射机进行通信，电池用于给电路板上耗电的器件提供电能，天线用于发送无线信号；所述的上位机为台式机或者笔记本。

所述的上位机装有Linux系统，实现以下功能模块：

1）打开串口；

2）要求发射机进行设备匹配；

3）打开指定的数据库文件中的表；

4）要求发射机发送数据；

5）显示路径损耗或者平均相关值随距离变化图；

6）对号路径损耗或平均相关值随距离变化的图的选定区域进行放大显示。

一种测量ZigBee无线传感网络中信号路径损耗和平均相关值的方法，发射机和接收机采用ZigBee协议进行无线通信，发射机作为终端节点，接收机作为协调器，组成星型网，接收机摆放在待测信号损耗的位置，记录接收机与发射机的距离，当发射机和接收机经过启动、组网成功和设备匹配成功后，由发射机发送数据包，接收机接收数据包，同时测量接收信号强度和平均相关值，然后把接收信号强度和平均相关值两个数据传给发射机，发射机将这两个数据连同自己的发射信号强度指数通过串口传给上位机，上位机根据                                               计算出信号路径损耗,并与距离、发射信号强度指数和平均相关值一起保存至数据库表中，其中是发射功率，是接收功率，所述的发射机和接收机采用双缓存。

所述的发射机和接收机设备匹配过程如下：发射机作为ZigBee网络的终端节点，运行Z-Stack协议栈，等待接收上位机的数据，接收到的数据有如下两种情况：

1）如果接收到的是设备匹配命令，就向接收机发送设备匹配命令，然后等待，如果接收到接收机的设备匹配应答，就通知上位机设备匹配成功，同时一个LED灯亮，如果未接收到设备匹配应答，也通知上位机未匹配成功；

2）如果接收到的是数据，又分如下两种情况： 

2.1）如果之前匹配成功就设置簇号为CLUSTER_ID1,并把数据发送给接收机，如果收到应答就不再发送，如果未收到应答就有限次定时重传，直到接收到了应答为止，接收到应答时另外一个LED灯亮；

2.2）如果之前匹配未成功就通知上位机尚未进行设备匹配；

3）发射机监听接收机的无线数据信号，如果收到接收机簇号为CLUSTER_ID2的包，就构造一个数据包，其中包含自己发射信号强度指数、接收机的接收信号强度和接收机的平均相关值，然后发送给上位机。