CN102026227A - 面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法 - Google Patents

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沈钟
黄才炎
高民
倪明选
刘云淮
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Abstract

本发明公布了一种面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法，该方法可适用于无线传感器网络的调试与测试网络搭建。将待测试的无线传感器网络中的节点，根据不同的接口方式，连接不同的转接板，利用转接板对不同类型不同操作系统的传感器节点进行兼容。节点统一通过USB端口与调试数据采集处理网关相连接，该采集处理网关通过以太网络或者无线网络与控制服务器相连接，采用时间同步方案，构成分布式的部署架构。可通过增加数据采集处理网关的数量，以实现对网络的大规模扩展，每一台数据采集处理网关均以相同对等的方式，基于TCP/IP连接到中心控制服务器，并不互相干扰，保证了调试数据真实性和准确性。

Description

面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法
技术领域
本发明涉及一种无线传感器网络的测试与调试方法，尤其是涉及大规模无线传感器网络测试与调试的部署。本发明属于无线传感器网络，无线通信领域。 
背景技术
无线传感器网络（Wireless Sensor Network）是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线网络连接形成的一个多跳的自组织网络系统。随着无线传感器网络理论与技术的不断成熟，作为当前信息科技领域的研究热点，以及物联网关键技术之一，无线传感器网络的应用已经由国防军事领域向环境监测、交通管理、医疗健康、工商服务、反恐抗灾等诸多领域扩展。目前，国内外的一些企业、高校及科研院所已投入力量，积极推进无线传感器网络的研究开发工作。
眼下，针对无线传感器网络的诸如路由，定位以及拓扑控制等应用与研究层出不穷，然而，与传统的网络相比，传感器网络中的单个传感器节点处理能力有限，是一种资源受限的分布式网络，网络中所包含的节点数量大，应用的环境复杂多变。这些特点给无线传感器网络算法研究的测试与调试造成了一定的困难。如何有效地对传感器网络的相关研究成果进行验证和测试，以保证其在实际工作中稳定高效运行，已经成为无线传感器网络测试和调试领域亟待解决的问题之一。
目前在无线传感器网络的测试和调试工作中，研究人员一般采用软件模拟和小规模部署节点测试的方法来验证理论算法。软件模拟可以进行大规模网络仿真，并易于调试，但是由于无线传感器网络采用无线传输的特性，在真实环境中存在无线信道冲突，信号多路传输，互相干扰等问题，软件模拟采用相对理论化的模型，难以模拟真实物理环境和无线信道模型，使得实际运行效果与模拟结果往往存在很大的差别。小规模部署节点测试，虽说考虑到真实物理环境，但是对于无线传感器网络这种大规模，多节点协同作用的特性，不具备典型意义。因此实现一种面向大规模的无线传感器网络测试与调试，更加符合无线传感器网络的特性的方法，正在引起更多研究人员的广泛关注。
经过检索发现，目前可实现的无线传感器网络测试与调试的部署方法主要有以下几种。
哈佛大学的Motelab系统。Motelab系统是由多个部署在办公室环境中的无线传感器节点构成，最初为26个MICA2节点，各个节点分别装置在具有以太网接口的编程板上，进而接入局域网与服务器相连。研发人员通过web端，以共享系统的方式，对系统中的传感器程序进行测试。但是，Motelab系统无法实时显示传感器网络的信息，一对一的以太网有线接入方式不适用于大规模部署的传感器网络，限制了其应用范围，因此该系统具有一定的局限性。
与Motelab系统相似，俄亥俄州立大学开发部署的Kansei系统，虽然在部署的节点上有所增加，但是因其采用了与Motelab系统同样的架构方式，在应用范围和通用性上存在一定的不足。
申请号为200810062209.5 申请日为2008年06月06日的国内发明专利公开了一种支持无线传感器网络现场开发和调试的系统。该系统的部署方法是将用于测试的传感器目标节点连接在调试节点上，调试节点以无线技术组成调试网络，调试网络通过网关节点与服务器连接，目标节点是通过串口的方式与调试节点进行数据通信并接受控制。当网络规模较小时，该系统需要将全部目标节点一对一的与调试节点相连，当网络规模较大的时候，只能以部分目标节点接入调试网络，无法全面的采集和观测传感器网络节点的实时数据。另外，该系统采用的调试网络采用无线的方式接入网关节点，同时并未解决调试节点接入网络的时间同步问题，面对大规模部署的传感器节点时，其调试数据的真实性和可靠性受到一定的影响。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是面对大规模的无线传感器网络如何有效地部署，以实现对由不同品牌不同规格不同操作系统的节点构成的无线传感器网络，在多样的试验环境中进行测试与调试。
本发明拟通过如下的技术方案解决上述技术问题。本发明设计并实现了一种面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法，待测试的无线传感器网络中的节点，根据不同的接口方式，连接不同的转接板，统一通过USB端口与名为SnapGate的调试数据采集处理网关相连接，SnapGate通过以太网络或者无线网络与控制服务器相连接，构成分布式的部署架构，为大规模的无线传感器网络的调试与测试提供帮助。
所述的无线传感器网络中的节点为目前通用的传感器节点，例如Telosb，T-mote节点，Crossbow公司的micaz，IRIS系列节点等。为保证调试数据的准确性，传感器节点使用串口作为数据通信通道。
所述的转接板为针对不同类型的传感器节点，将串口通讯转为通用方便的USB通讯接口的硬件设备，体现了本发明的通用性。
所述的SnapGate调试数据采集处理网关，为运行Linux操作系统的嵌入式微系统，拥有多个USB端口连接传感器网络节点或者无线网卡设备，一个RJ-45以太网接口，通过以太网络或者无线网络连接到上层控制服务器。由于常用的操作系统限制了连接节点的数量，本发明通过增加更多的SnapGate，并对其进行分布式部署，以实现对网络的大规模扩展，每一台SnapGate均以相同对等的方式，基于TCP/IP连接到中心控制服务器，并不互相干扰，保证了调试数据真实性和准确性。
本发明采用USB延长线，多口USB HUB等方式，连接无线传感器节点和SnapGate，以扩大待调试传感器网络的规模，结合SnapGate的分布式部署，为大规模的无线传感器网络的部署提供调试和测试服务。同时，SnapGate可以通过有源或者无源的方式，对其进行供电，结合有线网络或者无线网络的数据传输方式，本发明可以部署在室内或者室外的试验场地，满足无线传感器网络实验的多样性，使测试和调试数据更具真实性。
通讯数据包的时间序列，是研究无线传感器网络多种算法的一个重要参数。本发明采用NTP(Network Time Protocol)协议，将分布式部署的SnapGate系统中的时间与中心控制服务器的时间进行同步，为每一个采集的调试数据包打上一个绝对的时间戳，从而保证整个调试网络中采集数据包的时间序列的正确性，尤其是面对大规模部署的无线传感器网络。
通过上述技术方案实现的面向大规模无线传感器网络的分布式部署方法，对比现有技术，有以下优点。
本发明具有很强的通用兼容性，适用于由不同品牌不同类型的无线传感器节点所组成网络的调试。
本发明采用分布式的部署结构，突破了操作系统对节点数量上限的限制，尤其是面向大规模部署的无线传感器网络，具有很强的扩展性。
本发明可以面向多样的调试与测试环境，为无线传感器网络的开发和调试提供了非常真实的物理环境。
本发明采用有线的方式连接传感器节点与SnapGate，保证了采集的调试数据的真实性和准确性。
本发明采用系统级的时间同步方案，为采集的调试数据提供可靠的时间序列。
附图说明
图1：总体部署框架图。
图2：时间同步流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的总体部署框架图，由节点终端网络，数据转发控制网关，中心控制服务器和调试客户端组成。
节点终端网络是待调试和测试的大规模无线传感器网络，是一个对等网络，网内的网络中的的节点根据实际的应用环境和测试环境进行部署，各节点彼此通过多跳路由算法进行无线通信，是一个分布式的网络。无线传感器网络中的节点可以随时加入或者离开整个调试系统，任何节点的故障不会影响调试系统的正常运行。
无线传感器网络中的节点在进行无线通信的同时，将通讯数据包或者节点内部信息通过串口，转送到SnapGate调试数据收集和处理网关上。传感器节点根据不同型号的接口方式，直接连接或者以转接板的形式接入SnapGate，转接板针对不同系列的传感器节点，提供51Pins或者其他串口转USB连接线，以连接传感器节点。为扩展SnapGate的覆盖范围，应对大规模的无线传感器网络的实际部署，传感器节点可以通过USB延长线或者多口USB HUB接入SnapGate，一个SnapGate最大可支持127个传感器节点。同时，SnapGate通过有线以太网或者无线局域网（注：采用无线局域网方式需要使用者注意规避与无线传感器网络信道冲突问题）将收集到的调试数据包传输给中心服务器，并接受中心服务器的控制。在室内，SnapGate可以通过有源供电方式对其进行供电，在室外实验条件受限的情况下，SnapGate可以通过无源电池对其进行供电，多样化的供电方式和数据传输途径，丰富了无线传感器网络实验和调试的实验条件，满足更为真实的物理环境。
中心控制服务器采用TCP/IP进行通信，由于面向大规模的无线传感器网络，整个网络中每分钟产生的数据量往往超过数十兆，甚至上百兆，为了满足整个部署方案所采集的数据的实时性，减少系统响应时间，中心控制服务器可以由多台服务器组成一个网络负载平衡（NLB）集群，实时侦听来自SnapGate的端口数据。调试客户端通过以太网或者Internet访问的方式，连接到中心服务器，获得无线传感器网络的调试数据。
图2 为实现SnapGate与中心服务器进行时间同步，为采集的调试数据包打上绝对时间戳的流程图，具体过程如下。
步骤201，在中心服务器上安装NTP协议，作为时间服务器，所有连接在中心服务器上SnapGate将与此服务器进行时间同步。
步骤202，当中心服务器连接SnapGate时，告知SnapGate发起NTP时间同步动作。
步骤203，SnapGate获取中心服务器的地址信息，作为发送NTP协议包的目的地址。
步骤204，NTP协议包是基于UDP协议格式传输，构建SnapGate与中心服务器的Socket套接字连接。
步骤205，按照NTP协议包的格式，SnapGate构建NTP时间协议数据包。
步骤206，向中心服务器，这里作为NTP时间服务器，发送请求数据包。
步骤207，中心服务器接收到SnapGate的请求协议包，将经过计算的时间信息，构成NTP时间协议包，发送给SnapGate。
步骤208，SnapGate从中心服务器获得NTP时间协议包，将当前系统时间更新为NTP时间服务器所提供的时间，与中心服务器以及其下层的其他SnapGate时间同步，NTP时间同步的精确度误差小于1毫秒。
步骤209，时间同步后的SnapGate为采集到的调试数据包打上一个绝对的时间戳，作为传感器网络中通讯数据包时间序列的参数，为测试无线传感器网络的性能提供帮助。
步骤210，中心服务器会定期检查SnapGate当前系统时间，计算与NTP服务器的时间偏移量。
步骤211，如果时间偏移量在误差范围之内，则继续利用当前时间作为时间戳；如果时间偏移量超过容许误差，则告知SanpGate重新与中心服务器进行时间同步。

Claims (8)

1.一种面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法，其特征是：适用于无线传感器网络的调试与测试网络搭建，待测试的无线传感器网络中的节点，根据不同的接口方式，连接不同的转接板，统一通过USB端口与调试数据采集处理网关相连接，该采集处理网关通过以太网络或者无线网络与控制服务器相连接，采用时间同步方案，构成分布式的部署架构，为大规模的无线传感器网络的调试与测试提供帮助。
2.根据权利要求1所述的面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法，其特征是：适用于针对无线传感器网络应用展开的系统调试与测试网络搭建。
3.根据权利要求1所述的面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法，其特征是：传感器节点使用串口作为数据通信通道。
4.根据权利要求1所述的面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法，其特征是：利用转接板对不同类型不同操作系统的传感器节点进行兼容，因此适用于通用传感器节点。
5.根据权利要求4所述的面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法，其特征是：转接板可将串口通讯转为通用方便的USB接口通讯。
6.根据权利要求1所述的面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法，其特征是：利用具有通信能力的数据采集处理网关通过以太网络或者无线网络与控制服务器相连接。
7.根据权利要求6所述的面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法，其特征是：通过增加数据采集处理网关的数量，并对其进行分布式部署，以实现对网络的大规模扩展，每一台数据采集处理网关均以相同对等的方式，基于TCP/IP连接到中心控制服务器，并不互相干扰，保证了调试数据真实性和准确性。
8.根据权利要求1所述的面向大规模无线传感器网络测试与调试的分布式部署方法，其特征是：采用NTP(Network Time Protocol)协议，将分布式部署的SnapGate系统中的时间与中心控制服务器的时间进行同步，为每一个采集的调试数据包打上一个绝对的时间戳，从而保证整个调试网络中采集数据包的时间序列的正确性，尤其是面对大规模部署的无线传感器网络。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102404764A (zh) * 2011-11-11 2012-04-04 中南大学 一种用于三维电磁勘探的无线网络观测方法和系统
CN103188719A (zh) * 2013-02-28 2013-07-03 广州市弘宇科技有限公司 中高速传感器网络测试系统
CN104735414A (zh) * 2015-03-25 2015-06-24 江苏物联网研究发展中心 面向视频监控系统的半实物仿真方法
CN105681442A (zh) * 2016-02-01 2016-06-15 光慧科技发展（深圳）有限责任公司 基于物联网的集群医疗监控控制系统及其控制方法
CN106972933A (zh) * 2017-03-09 2017-07-21 杭州明特科技有限公司 一种用于能源信息网关的数据请求方法
CN107666520A (zh) * 2017-10-31 2018-02-06 广州中国科学院先进技术研究所 一种用于多机器人的分布式数据采集系统及方法
CN107979428A (zh) * 2016-10-25 2018-05-01 霍尼韦尔国际公司 传感器通信测试
CN109298066A (zh) * 2018-09-10 2019-02-01 兰州交通大学 一种开口式电流互感器铁芯锈蚀检测装置
CN109587541A (zh) * 2018-12-13 2019-04-05 青岛海信传媒网络技术有限公司 一种数字电视业务处理方法、装置和电视终端
CN111225398A (zh) * 2020-02-21 2020-06-02 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法
CN112911536A (zh) * 2021-02-04 2021-06-04 重庆广播电视大学重庆工商职业学院 一种增强型高保真、高可靠性的无线传感器网络测试平台
CN114500585A (zh) * 2021-12-02 2022-05-13 广东亿嘉和科技有限公司 基于epoll的网络传感器采集系统及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1804921A (zh) * 2006-01-20 2006-07-19 东北大学 分布式网络化数据采集装置
CN101370208A (zh) * 2008-10-06 2009-02-18 南京邮电大学 基于身份识别的泛在智能人机交互芯片的实现方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1804921A (zh) * 2006-01-20 2006-07-19 东北大学 分布式网络化数据采集装置
CN101370208A (zh) * 2008-10-06 2009-02-18 南京邮电大学 基于身份识别的泛在智能人机交互芯片的实现方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高民等: "SNAP:无线传感器网络研发测试平台", 《计算机研究与发展》 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102404764A (zh) * 2011-11-11 2012-04-04 中南大学 一种用于三维电磁勘探的无线网络观测方法和系统
CN103188719B (zh) * 2013-02-28 2016-02-24 广州市弘宇科技有限公司 中高速传感器网络测试系统
CN103188719A (zh) * 2013-02-28 2013-07-03 广州市弘宇科技有限公司 中高速传感器网络测试系统
CN104735414B (zh) * 2015-03-25 2017-11-28 江苏物联网研究发展中心 面向视频监控系统的半实物仿真方法
CN104735414A (zh) * 2015-03-25 2015-06-24 江苏物联网研究发展中心 面向视频监控系统的半实物仿真方法
CN105681442A (zh) * 2016-02-01 2016-06-15 光慧科技发展（深圳）有限责任公司 基于物联网的集群医疗监控控制系统及其控制方法
CN107979428A (zh) * 2016-10-25 2018-05-01 霍尼韦尔国际公司 传感器通信测试
CN106972933A (zh) * 2017-03-09 2017-07-21 杭州明特科技有限公司 一种用于能源信息网关的数据请求方法
CN106972933B (zh) * 2017-03-09 2019-08-02 杭州明特科技有限公司 一种用于能源信息网关的数据请求方法
CN107666520A (zh) * 2017-10-31 2018-02-06 广州中国科学院先进技术研究所 一种用于多机器人的分布式数据采集系统及方法
CN109298066A (zh) * 2018-09-10 2019-02-01 兰州交通大学 一种开口式电流互感器铁芯锈蚀检测装置
CN109587541A (zh) * 2018-12-13 2019-04-05 青岛海信传媒网络技术有限公司 一种数字电视业务处理方法、装置和电视终端
CN111225398A (zh) * 2020-02-21 2020-06-02 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法
CN112911536A (zh) * 2021-02-04 2021-06-04 重庆广播电视大学重庆工商职业学院 一种增强型高保真、高可靠性的无线传感器网络测试平台
CN114500585A (zh) * 2021-12-02 2022-05-13 广东亿嘉和科技有限公司 基于epoll的网络传感器采集系统及方法

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