CN103037001A - 一种标准信号采集设备及相应的测试方法与系统 - Google Patents

Abstract

一种测试系统，包括：标准信号采集设备、被测系统及监控中心，多个标准信号采集设备和被测系统均置于被测环境中，标准信号采集设备位于被测系统的一个或多个检测节点附近，所述被测系统为无线传感器网络环境监测系统；所述被测系统还包括中继和网关，所述检测节点采集环境信息，将采集的环境信息传输至中继和网关，最终由网关通过以太网传输环境信息至所述监控中心；所述监控中心接收并存储来自被测系统和多个标准信号采集设备的环境信息，以标准信号采集设备的环境信息为参照对被测系统环境信息进行数据分析和测试控制得到测试结果。上述技术方案不会干扰被测系统在实际环境中的工作就能实现对无线传感器网络环境监测系统进行测试。

Description

一种标准信号采集设备及相应的测试方法与系统

技术领域

本专利属于无线传感器网络环境监测系统测试领域，尤其涉及一种标准信号采集设备及对无线传感器网络环境监测系统进行测试的方法与系统。

背景技术

无线传感器网络环境监测系统由于具有体积小、成本低、自组网、部署方便等特点，在环境监测领域得到越来越广泛的应用。现在虽然有很多针对无线传感器网络环境监测系统的仿真测试平台，但现实环境中存在各种不可预料的影响因素，导致系统实际部署之后的行为与预期行为有很大偏差。

随着无线传感器网络环境监测系统应用研究的不断深入，人们逐渐意识到通过实际传感器节点建立真实网络平台进行功能和性能测试的重要性。目前国内外关于这方面的研究尚处于初级阶段。在无线传感器网络实际部署验证方面，目前典型的方案包括Crossbow公司提出的MotoWorks和哈佛大学提出的MotoLab。这两种方案的共同特点是节点主动参与测试，测试行为对网络有一定的干扰，从而降低了测试结果的准确性。文献—非打扰式无线传感器网络测试仪的设计与实现，李天林，皇甫伟，杨煦，张志强，孙利民，李方敏，计算机科学，2010(37)，4:45-62，提出了一种非打扰式无线传感器网络测试系统，通过采集无线传感器节点内控制器与射频芯片之间的数据通信信息来进行测试，虽然这种方式不会打扰节点软硬件的工作，然而需要破坏节点外部封装，不能用于在实际环境如雨水等天气环境下的测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种标准信号采集设备及对无线传感器网络环境监测系统进行测试的方法与系统，不需破坏被测系统中设备内外部结构，不会干扰被测系统在实际环境中的工作就能实现对无线传感器网络环境监测系统进行测试，且能够满足实际应用环境测试需要。

为了解决上述问题，本发明提供了一种测试系统，该测试系统包括：标准信号采集设备、被测系统及监控中心，多个标准信号采集设备和被测系统均置于被测环境中，标准信号采集设备位于被测系统的一个或多个检测节点附近，所述被测系统为无线传感器网络环境监测系统；其中：

所述被测系统还包括中继和网关，所述检测节点设置成：采集环境信息，将采集的环境信息传输至中继和网关，最终由网关通过以太网传输环境信息至所述监控中心；

所述监控中心设置成：接收并存储来自被测系统和多个标准信号采集设备的环境信息，以标准信号采集设备的环境信息为参照对被测系统环境信息进行数据分析和测试控制得到测试结果。

可选地，所述标准信号采集设备包括传感器模块、A/D转换模块、处理器模块及网络通信模块，其中：

所述传感器模块设置成：采集环境信息；

所述A/D转换模块设置成：将所述传感器模块发来的模拟形式的环境信息转换为数字形式的环境信息；

所述处理器模块设置成：控制所述传感器模块采集所述环境信息，控制所述网络通信模块上传信息，并存储所述传感器模块采集的环境信息；

所述网络通信模块设置成：根据所述处理器模块的控制将数字形式的环境信息上传至监控中心。

可选地，所述标准信号采集设备还包括电源模块,所述电源模块设置成：为与其相连的模块提供电源。

可选地，所述传感器模块包括多种类型的传感器，设置成：根据需要采集多种类型的环境信息。

可选地，所述网络通信模块设置成按照WiFi、以太网、3G或GPRS网络通信方式通信。

可选地，所述标准信号采集设备还包括信号处理模块，其连接于所述传感器模块及所述A/D转换模块之间，还与所述电源模块相连，设置成：对所述传感器模块输出的信号进行降噪处理。

可选地，所述降噪处理包括放大、隔离及滤波处理。

还提供了一种测试方法，该方法包括如下步骤：

将被测系统和多个标准信号采集设备置于被测环境中；

被测系统和多个标准信号采集设备向监测中心上报各自采集的环境信息；

监控中心接收并存储来自被测系统和多个标准信号采集设备的环境信息，以标准信号采集设备的环境信息为参照对被测系统环境信息进行数据分析和测试控制得到测试结果。

可选地，所述被测系统通过其检测节点实现环境信息采集，且被测系统在上报环境信息时，携带检测节点ID。

可选地，被测系统和多个标准信号采集设备向监测中心上报各自采集的环境信息的步骤还包括：

被测系统的各检测节点采集环境信息，将所述环境信息传输至被测系统的中继和网关，由网关通过以太网将所述环境信息传输至监控中心。

上述技术方案不需破坏被测系统中设备内外部结构，不会干扰被测系统在实际环境中的工作就能实现对无线传感器网络环境监测系统进行测试，且能够满足实际应用环境测试需要。

附图说明

图1为本发明实施例的标准信号采集设备的结构示意图。

图2为本发明实施例的测试系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明实施例公开了一种标准信号采集设备，如图1所示，该标准信号采集设备包括传感器模块101、A/D转换模块102、处理器模块103、网络通信模块104及电源模块105，传感器模块101与A/D转换模块102相连，处理器模块103与传感器模块101、A/D转换模块102、网络通信模块104及电源模块105均相连，电源模块105还与传感器模块101、A/D转换模块102及网络通信模块104相连，其中：

所述传感器模块101由多种类型的传感器构成，设置成：根据需要采集多种类型的环境信息。

传感器模块101所包括的传感器类型根据需要来确定，如需要测量环境中的温度、湿度、气体浓度等时，所述传感器模块需要包括温度传感器、湿度传感器、气体浓度传感器等类型的传感器。

A/D转换模块102设置成：将传感器模块101发来的模拟形式的环境信息转换为数字形式的环境信息。

处理器模块103设置成：控制传感器模块101采集所述环境信息，控制所述网络通信模块104上传信息或接收信息，并存储传感器模块101采集的环境信息及网络通信模块104接收的信息。

网络通信模块104设置成：将数字形式的环境信息上传至监控中心，并接收来自监控中心的信息。

网络通信模块104设置成按照WiFi、以太网、3G或GPRS网络通信方式通信。

电源模块105设置成：为与其相连的模块提供电源。

可选地，上述标准信号采集设备还包括信号处理模块106，其连接于传感器模块101及A/D转换模块102之间，还与电源模块105相连，设置成：对传感器模块101输出的需要进行处理的信号进行降噪处理，以使得最终得到的数据更加准确。

可选地，所述降噪处理包括放大、隔离、滤波等处理。

本发明实施例还公开了一种对无线传感器网络环境监测系统进行测试的系统，在后续描述中，为了便于说明，将被测的无线传感器网络环境监测系统简称为被测系统，如图2所示，该系统包括：标准信号采集设备、被测系统及监控中心，多个标准信号采集设备和被测系统均置于被测环境中，标准信号采集设备位于被测的无线传感器网络环境监测系统的无线传感器网络环境检测节点（简称被测系统的检测节点）附近，其中：

标准信号采集设备可以是如上所述的标准信号采集设备，也可以是现有的其他可用于本发明的标准信号采集设备。

被测的无线传感器网络环境监测系统包括无线传感器网络环境检测节点（检测节点）、中继和网关，其中：

所述检测节点设置成：采集环境信息，将采集的环境信息传输至中继和网关，最终由网关通过以太网传输至所述监控中心。

所述监控中心设置成：接收并存储来自被测系统和多个标准信号采集设备的环境信息，以标准信号采集设备的环境信息为参照对被测系统环境信息进行数据分析和测试控制得到测试结果。

可选地，所述检测节点、中继和网关之间采用ZigBee协议组网通信，所述网关通过以太网与监控中心进行网络通信。

可选地，监控中心包括服务器和监控终端，在服务器上运行测试软件。测试软件主要包括：1）环境信息测试模块：主要包括数据种类、准确性和测量范围等测试；2）网络状态测试模块：包括丢包率、网络节点规模等。

本发明的测试方法，包括如下步骤：

步骤一、将被测系统和多个标准信号采集设备置于被测环境中。

被测系统用于采集环境信息并将数据传输至监控中心进行测试，多个标准信号采集设备作为参照，用于评价被测系统的准确性。

步骤二、被测系统和多个标准信号采集设备向监测中心上报各自采集的环境信息。

可选地，被测系统通过其检测节点实现环境信息采集，且被测系统在上报环境信息时，携带检测节点ID。

可选地，该步骤包括：被测系统的各检测节点将采集的环境信息，采用ZigBee协议无线通信方式，传输至中继和网关，最终网关通过以太网传输至监控中心。

步骤三、监控中心接收并存储来自被测系统和多个标准信号采集设备的环境信息，以标准信号采集设备的环境信息为参照对被测系统环境信息进行数据分析和测试控制得到测试结果。

例如，以标准信号采集设备的数据为参照测试验证被测系统监测数据，包括数据种类、准确性和测量范围等。监控中心通过收集的被测系统数据包，分析得到被测系统的节点ID，统计得到网络规模。监控中心以一段长度的时间为测试时间段，统计该时间段内实际收到的被测系统数据包数目，根据被测系统的采样周期计算得到该段时间内理论上传的数据包数目，被测系统的丢包率=（理论数据包数目-实际数据包数目）/理论数据包数目。

本发明中的标准信号采集设备由独立设备实现，不需破坏被测系统中设备内外部结构，适用于实际应用环境测试；采用WiFi、以太网、3G或GPRS的网络通信方式，而不会干扰被测无线传感器网络系统的无线通信；每个标准信号采集设备可连接多种传感器，具有通用性，满足环境监测应用中的多种环境信息监测需求；通过监控中心实现远程控制和测试分析。因此，本系统可以满足了实际应用环境中系统测试的需求。

下面用本发明的一个应用示例进一步加以说明。

该应用实例以农业大棚环境监测系统的测试为例来进行说明：

被测系统为农业大棚环境监测系统，包括无线传感器网络环境监测节点、中继和网关，无线传感器网络环境监测节点监测的环境信息包括土壤温度、土壤湿度、空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照度等。

标准信号采集设备由传感器模块、信号处理模块、A/D转换模块、处理器模块、网络通信模块、电源模块组成。传感器模块连接六个类型传感器，包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、光照度传感器。处理器模块采用TI公司的MSP430F149。MSP430F149是16位超低功耗微控制器，其CPU采用16位RISC架构，内部集成了60KB闪存、2KB RAM。网络通信模块采用以太网模块。采用外部电源供电，电源模块将外部220V电源转化为12V为整个设备供电。

监控中心包括服务器和监控终端，在服务器上运行测试软件。测试软件主要包括：1）环境信息测试模块：主要包括数据种类、准确性和测量范围测试；2）网络状态测试模块：包括丢包率、网络节点规模。

测试过程：

多个标准信号采集设备和被测系统置于农业大棚环境中，用于采集环境信息。多个标准信号采集设备通过以太网将数据传输至监控中心。检测节点、中继和网关组成自组织网络，检测节点将采集的环境信息封装为数据包，经中继传输至网关，网关将数据包通过以太网传输至监控中心。

监控中心解析标准信号采集设备和被测系统的数据包，得到标准信号采集设备和被测系统各自监测的环境信息，以标准信号采集设备的数据为参照测试验证被测系统监测数据，包括数据种类、准确性和测量范围。监控中心通过收集的被测系统数据包，分析得到被测系统的节点ID，统计得到网络规模。监控中心可以设置测试时间段，以24小时为例，统计该时间段内实际收到的被测系统数据包数目，根据被测系统的采样周期计算得到该段时间内理论上传的数据包数目，理论数据包数目=24小时/采样周期，被测系统某节点的丢包率=（理论数据包数目-实际数据包数目）/理论数据包数目。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种测试系统，其特征在于，该测试系统包括：标准信号采集设备、被测系统及监控中心，多个标准信号采集设备和被测系统均置于被测环境中，标准信号采集设备位于被测系统的一个或多个检测节点附近，所述被测系统为无线传感器网络环境监测系统；其中：

所述被测系统还包括中继和网关，所述检测节点设置成：采集环境信息，将采集的环境信息传输至中继和网关，最终由网关通过以太网传输环境信息至所述监控中心；

所述监控中心设置成：接收并存储来自被测系统和多个标准信号采集设备的环境信息，以标准信号采集设备的环境信息为参照对被测系统环境信息进行数据分析和测试控制得到测试结果。

2.如权利要求所述的测试系统，其特征在于，所述标准信号采集设备包括传感器模块（101）、A/D转换模块（102）、处理器模块（103）及网络通信模块（104），其中：

所述传感器模块（101）设置成：采集环境信息；

所述A/D转换模块（102）设置成：将所述传感器模块（101）发来的模拟形式的环境信息转换为数字形式的环境信息；

所述处理器模块（103）设置成：控制所述传感器模块（101）采集所述环境信息，控制所述网络通信模块（104）上传信息，并存储所述传感器模块（101）采集的环境信息；

所述网络通信模块（104）设置成：根据所述处理器模块的控制将数字形式的环境信息上传至监控中心。

3.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述标准信号采集设备还包括电源模块（105）,所述电源模块（105）设置成：为与其相连的模块提供电源。

4.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述传感器模块（101）包括多种类型的传感器，设置成：根据需要采集多种类型的环境信息。

5.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述网络通信模块（104）设置成按照WiFi、以太网、3G或GPRS网络通信方式通信。

6.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述标准信号采集设备还包括信号处理模块（106），其连接于所述传感器模块（101）及所述A/D转换模块（102）之间，还与所述电源模块（105）相连，设置成：对所述传感器模块（101）输出的信号进行降噪处理。

7.如权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述降噪处理包括放大、隔离及滤波处理。

8.一种测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

将被测系统和多个标准信号采集设备置于被测环境中；

被测系统和多个标准信号采集设备向监测中心上报各自采集的环境信息；

监控中心接收并存储来自被测系统和多个标准信号采集设备的环境信息，以标准信号采集设备的环境信息为参照对被测系统环境信息进行数据分析和测试控制得到测试结果。

9.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于：所述被测系统通过其检测节点实现环境信息采集，且被测系统在上报环境信息时，携带检测节点ID。

10.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于：被测系统和多个标准信号采集设备向监测中心上报各自采集的环境信息的步骤还包括：

被测系统的各检测节点采集环境信息，将所述环境信息传输至被测系统的中继和网关，由网关通过以太网将所述环境信息传输至监控中心。

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