基于Web的傳感網(wǎng)信號接口的一致性測試系統(tǒng)設(shè)計

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)的角度又稱為傳感網(wǎng)，其涵蓋了感知層、 網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層在內(nèi)的各種產(chǎn)品、系統(tǒng)和行業(yè)應(yīng)用方案，所以 相應(yīng)的測試范疇很廣。根據(jù)各層特點和產(chǎn)品特性，傳感器網(wǎng)絡(luò) 涉及到的測試包括了通用性能測試，標(biāo) 準(zhǔn)一致性測試和典型行業(yè)應(yīng)用測試。而 傳感網(wǎng)信號接口一致性測試就屬于其中 的標(biāo)準(zhǔn)一致性測試 [1-4]。

 全國性技術(shù)組織傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工 作組（WGSN）于 2008 年 12 月成立了 接口項目組，對傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點輸入輸 出接口的連接約束等做出規(guī)范，制定統(tǒng) 一的接口標(biāo)準(zhǔn)《傳感器網(wǎng)絡(luò) 接口 信號接 口規(guī)范》[5]。由于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)者并不 參與到信號接口標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，所 以信號接口標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)者對于同一信號接 口標(biāo)準(zhǔn)的不同理解以及實現(xiàn)過程中的主 觀因素，都將導(dǎo)致相同標(biāo)準(zhǔn)的不同實現(xiàn)。 所以，需要對信號接口標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)進行相 關(guān)測試，確保基于傳感網(wǎng)信號接口標(biāo)準(zhǔn) 的產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因此，執(zhí)行傳感 網(wǎng)信號接口一致性測試成為了傳感器網(wǎng) 絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的重要環(huán)節(jié)和必要步驟。

1 信號接口測試系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

 針對傳感網(wǎng)信號接口標(biāo)準(zhǔn)和給出 的接口測試方法，本文設(shè)計了一個基于 Web 的傳感網(wǎng)信號接口一致性測試系統(tǒng) [6-10]。信號接口測試的 架構(gòu)如圖 1 所示。該系統(tǒng)能夠測試和檢驗傳感網(wǎng)信號接口與信 號接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的一致性，測試傳感器節(jié)點能否實現(xiàn)傳感器互 換和即插即用功能，完成各種類型傳感器以統(tǒng)一的信號接口標(biāo) 準(zhǔn)接入網(wǎng)絡(luò)。

整個測試平臺的硬件設(shè)備包括測試服務(wù)器、測試路 由器、測試信號源、被測傳感器節(jié)點（可外接傳感器 / 信 號源）。除了測試服務(wù)器以外，其余設(shè)備均采用 TI 公司的 CC2530 射頻芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)模塊，CC2530 是一款符合 IEEE802.15.4 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可工作在 ISM 頻段為 2.4 GHz 的射頻系統(tǒng)芯片可滿足工作要求。測試路由器主控芯片為 LM3S9862，具有高性能的 Cortex-M3 內(nèi)核和 10/100M 以太網(wǎng) 接口。測試信號源為常用的波形發(fā)生器、直流電壓源、直流電 流源。

 2 信號接口測試軟件設(shè)計 

基于上述測試架構(gòu)的軟件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，測試軟件中 接口文件驗證模塊對被測設(shè)備提交的信號接口表述文件進行 驗證后，如果符合信號接口標(biāo)準(zhǔn)要求，測試軟件則調(diào)用 XML 解析器對表述文件進行解析，得到被測節(jié)點所支持的傳感器 類型以及所涉及的相關(guān)電氣參數(shù)。然后將測試信號源按照表述 信息接入傳感節(jié)點。

3 信號接口測試系統(tǒng)實現(xiàn) 

測試系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)主要是測試界面的設(shè)計，測試頁面 是測試者與測試系統(tǒng)的信息交換窗口，本系統(tǒng)提供一個友好的 圖形操作界面，設(shè)計的交互界面如圖 3 所示。

在執(zhí)行信號接口測試案例之前，需要先對被測節(jié)點提供 的基于 XML 格式的信號表述文件進行驗證，查看各類型的 信號接口文件的格式和內(nèi)容是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。如若符合，頁 面上將顯示解析后的節(jié)點所支持的信號類型和電氣參數(shù)等信 息，然后將標(biāo)準(zhǔn)的傳感器按照指定接入方式接入到傳感節(jié)點 上。通過在測試案例信息區(qū)域選擇所要進行的測試案例，點 擊啟動測試，開始依次執(zhí)行選中的測試案例。當(dāng)前測試案例 信息中顯示了每個測試案例的案例名稱、測試案例描述、起止 時間、測試狀態(tài)和測試判決。頁面下方區(qū)域則顯示了每個測 試案例的具體執(zhí)行過程。

4 電壓信號接口測試及結(jié)果分析 

（1）一致性要求 ：為了實現(xiàn)電壓型傳感器互換和即插即用 的功能，要求被測節(jié)點提供符合接口規(guī)范要求的信號表述文 件，并且能夠支持電壓型信號及其相關(guān)電氣參數(shù)的輸入。 

（2）測試目的 ：驗證被測節(jié)點是否按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的格式 和內(nèi)容提供電壓型信號接口表述文件，以及能否支持該類型 信號的輸入。 

（3）測試過程 ：

Step1 ：用戶通過遠程訪問測試服務(wù)器，提交被測設(shè)備的 信號接口表述文件 ；

Step2 ：測試服務(wù)器調(diào)用文件驗證接口、對基于 XML文 件格式的信號接口進行驗證，查看其是否符合接口標(biāo)準(zhǔn)定義 的信號接口相關(guān)參數(shù)的內(nèi)容與格式 ； 

Step3 ：讀取所提供的信號表述文件，解析出被測節(jié)點支 持的電壓型傳感器及其相關(guān)電氣性能參數(shù)，并存儲相關(guān)信息， 將測試信號源的電壓型信號源接入傳感節(jié)點的電壓型通道上， 準(zhǔn)備執(zhí)行測試 ；

Step4 ：測試執(zhí)行模塊發(fā)送 UTA 命令，調(diào)用 IUT 接口發(fā) 布一條讀取該通道上的傳感器數(shù)據(jù)的請求報文，通過測試網(wǎng) 關(guān)發(fā)送被測傳感節(jié)點設(shè)備 ； 

Step5 ：傳感器節(jié)點接收到信號后，將相應(yīng)通道上傳感器 采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)并上傳至服務(wù)器 ；

Step6 ：服務(wù)器中的測試模塊接收到含有通道號的數(shù)據(jù)報 文，分析該通道號對應(yīng)的通道類型是否為電壓型，同時，驗 證接收到的數(shù)據(jù)報文的特定字段是否為有效數(shù)據(jù)，即得到傳 感數(shù)據(jù)是否在傳感器感知物理量的范圍內(nèi)，如若類型一致并 且接收到有效數(shù)據(jù)，則測試通過，否則，測試不通過。

（4）測試結(jié)果

 電壓型信號測試的測試案例執(zhí)行結(jié)果如圖 4 所示。

 進入測試配置頁面，待電壓型信號接口描述文件上傳至 服務(wù)器之后，存儲在指定路徑中，對其進行驗證，驗證結(jié)果 如圖 4（a）所示，表示該信號接口表述文件符合傳感器網(wǎng)絡(luò) 信號接口標(biāo)準(zhǔn)。點擊查看后，該文件以層級結(jié)構(gòu)顯示出來，可 知被測節(jié)點支持 0 ～ 5 V 電壓型信號，阻抗匹配為 5 Ω，電 壓信號形式“0”表示共模，接地方式“0”表示單端參考接地 線。根據(jù)之前獲得的通道參數(shù)信息可知 01 通道為電壓型通道， 因此在 01 通道上配置電壓型傳感器，然后選擇電壓信號測試， 開始執(zhí)行測試。下發(fā)測試命令給節(jié)點，節(jié)點返回傳感數(shù)據(jù)信息 的報文，0x51為通道標(biāo)識，01為通道號，0xA4 為數(shù)據(jù)類型標(biāo)識， 0x08 為數(shù)據(jù)類型，表示 32 位浮點型，0x43 0xC8 0x00 0x00 為傳感數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成十進制為 400，在所測物理量范圍之內(nèi)，所以為有效數(shù)據(jù)，因此電壓型信號測試?yán)慌袥Q成功。

5 結(jié) 語

本文設(shè)計的傳感網(wǎng)信號接口一致性測試系統(tǒng)可以測試信 號接口的標(biāo)準(zhǔn)一致性，測試過程人工操作較少，基本實現(xiàn)可 視化、自動化，測試范圍廣，基本覆蓋了常見的物理信號，為 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實施和應(yīng)用提供強有力的測試服務(wù)，通過驗證傳 感器節(jié)點相關(guān)產(chǎn)品與對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的符合性，提高產(chǎn)品兼容性， 有利于快速推廣標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品和系統(tǒng)應(yīng)用。