CN103533562B - 无线传感器网络节点协议一致性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种无线传感器网络节点协议一致性测试装置及方法，在接收到控制指令后，根据预设的测试用例发送IEEE802.15.4标准或构筑于IEEE802.15.4标准之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议的测试报文至基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络节点。侦听无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，从无线信号提取通信报文。根据测试用例和通信报文进行IEEE802.15.4标准及构筑于其之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议一致性测试，得到并输出测试结果。实时测试运行工作中的无线传感器网络，获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号时不会影响到整个网络的运行，降低分析的时间开销，提高了协议一致性测试的效率及准确率。

Description

无线传感器网络节点协议一致性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术检测领域，特别是涉及一种无线传感器网络节点协议一致性测试装置及方法。

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，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络，以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络具有的多种类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的物理现象，可应用在军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等众多领域。

IEEE 802.15.4标准的发布和推广应用是低速率、低速成本无线传感器网络发展的重要标志。业界在IEEE 802.15.4标准的基础上开发了多种协议，不同厂家的产品在设计和实现的时候可能存在差异，会导致它们之间互操作性的问题，一旦部署在无线传感器网络中则有可能会给系统带来潜在的失效隐患，因此有必要对无线传感器网络进行协议一致性测试。

传统的无线传感器网络节点协议一致性测技术，主要是在PC机网络协议分析软件上进行，需要手动设置侦听装置，测试用例的执行也需要手动控制，不支持协议报文的自动化分析，即测试需要依靠手工方式进行分析。因此，现有测试技术存在测试效率低、准确率低的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题提供一种测试效率更高、准确度更高的无线传感器网络节点协议一致性测试装置及方法。

一种无线传感器网络节点协议一致性测试装置，包括处理器，以及分别连接所述处理器的发送模块、测试结果输出模块和侦听模块，所述处理器用于在接收到控制指令后，根据预设的测试用例控制所述发送模块发送IEEE 802.15.4标准或构筑于所述IEEE802.15.4标准之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议的测试报文至基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络节点；以及接收通信报文并根据所述测试用例和通信报文进行协议一致性测试，得到测试结果并发送至所述测试结果输出模块输出；所述侦听模块用于获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，从所述无线信号提取所述通信报文并发送至所述处理器。

一种无线传感器网络节点协议一致性测试方法，包括以下步骤：

接收控制指令后，根据预设的测试用例发送IEEE 802.15.4标准或构筑于所述IEEE 802.15.4标准之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议的测试报文至基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络节点；

获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，从所述无线信号提取通信报文；

根据所述测试用例和通信报文进行协议一致性测试，得到并输出测试结果。

上述无线传感器网络节点协议一致性测试装置及方法，在接收到控制指令后，根据预设的测试用例发送IEEE 802.15.4标准或构筑于所述IEEE 802.15.4标准之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议的测试报文至基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络节点。侦听无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，从无线信号提取通信报文。根据测试用例和通信报文进行IEEE802.15.4标准及构筑于其之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议一致性测试，得到并输出测试结果。实时测试运行工作中的无线传感器网络，获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号时不会影响到整个网络的运行，降低分析的时间开销，提高了协议一致性测试的效率及准确率。

附图说明

图1为一实施例中无线传感器网络节点协议一致性测试装置的结构图；

图2为一实施例中侦听模块的结构图；

图3为另一实施例中侦听模块的结构图；

图4为另一实施例中无线传感器网络节点协议一致性测试装置的结构图；

图5为一实施例中无线传感器网络节点协议一致性测试方法的流程图；

图6为另一实施例中无线传感器网络节点协议一致性测试方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种无线传感器网络节点协议一致性测试装置，用于对无线传感器网络节点进行协议一致性测试，特别是针对IEEE 802.15.4标准及在其基础上构建的无线传感器网络进行协议一致性测试。如图1所示，无线传感器网络节点协议一致性测试装置包括处理器110、发送模块120和侦听模块130，以及测试结果输出模块140。处理器110分别连接发送模块120、侦听模块130和测试结果输出模块140。

处理器110用于在接收到控制指令后，根据预设的测试用例控制发送模块120发送IEEE 802.15.4标准或构筑于IEEE 802.15.4标准之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议的测试报文至基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络节点。侦听模块130用于获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，从无线信号提取通信报文并发送至处理器110。处理器110接收通信报文并根据测试用例和通信报文进行协议一致性测试，得到测试结果并发送至测试结果输出模块140输出。

本实施例中处理器110为嵌入式处理器，结构简单，体积小，便于携带。处理器可采用STM32F103R8T6处理器，处理器110还连接有外围电路，如RTC晶振电路、MCU晶振电路以及供电电路等，外围电路的具体设计属于现有技术，在此不做过多赘述。测试结果输出模块140具体可包括显示屏和/或扬声器，即测试结果可通过文字、图片或声音的形式进行输出。

处理器110还可在接收到控制指令后，对发送模块120和侦听模块130进行初始化处理。处理器110在对发送模块120和侦听模块130进行初始化处理后，控制发送模块120发送测试报文至无线传感器网络节点。在向无线传感器网络节点发送测试报文之前，对发送模块120和侦听模块130进行初始化处理，使发送模块120和侦听模块130恢复到初始状态，避免历史操作对测试产生干扰，使测试更加精确。

本实施例中发送模块120和侦听模块130均通过总线与处理器110连接，提交数据传输速率。总线具体可以是SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线或I2C(Inter－Integrated Circuit，内部集成电路总线)总线等。在另一实施例中，发送模块120和侦听模块130也可通过USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口与处理器110连接，当发送模块120或侦听模块130出现故障时便于拆卸检修或更换。

测试用例是为某个特殊目标而编制的一组测试输入、执行条件以及预期结果，以便测试某个程序路径或核实是否满足某个特定需求。本发明中，针对IEEE802.15.4标准及其基础之上的ZigBee、ZigBee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议进行一致性测试，根据待测的通信协议类型设计测试用例，主要包括测试报文和与通信协议对应的理想通信报文的设定，将测试报文发送至无线传感器网络节点，提取无线传感器网络节点通信时的通信报文并与理想通信报文相比较，进行协议一致性测试。可以理解，根据要测试的通信协议不同，所设计的测试用例也会有所不同。

一份报文的具体内容可根据实际情况来进行设计，本实施例中报文除了包括通信数据外，还可包括无线传感器网络中传输该报文的节点的IEEE地址，以及传感器类型和传感器编号等。进行协议一致性测试时，将通信报文的通信数据、节点的IEEE地址、传感器类型和传感器编号与理论通信报文比较，观察是否一致，输出测试结果。输出测试结果具体可包括两种情况：若两份报文协议一致，则可以是显示协议一致信息，如显示文本或图片，也可以是播放预存的相应音频文件，或两者同时进行；若两份报文不一致，则输出错误内容，同时也可播放协议不一致时对应的音频文件。

上述无线传感器网络节点协议一致性测试装置，处理器110在接收到控制指令后，根据预设的测试用例控制发送模块120发送IEEE 802.15.4标准或构筑于所述IEEE802.15.4标准之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议的测试报文至基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络节点。侦听模块130获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，从无线信号提取通信报文。处理器110根据测试用例和通信报文进行IEEE802.15.4标准及构筑于其之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议一致性测试，得到测试结果并发送至测试结果输出模块140输出。实时测试运行工作中的无线传感器网络，获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号时不会影响到整个网络的运行，降低分析的时间开销，提高了协议一致性测试的效率及准确率。

上述无线传感器网络节点协议一致性测试装置在单个装置上实现向无线传感器网络注入数据，解决了测试装置要么只能被动侦听，要么只能注入数据的不足，将两项功能集于一体。可通过更改天线和侦听模块支持新的物理层标准，不会造成系统硬件电路设计的大幅改动，同时还可以重复下载新程序，更改测试用例，支持更多标准特性的测试。

发送模块120具体可包括控制单元和与控制单元连接的发送天线，控制单元接收处理器110传输的测试报文，并通过发送天线发送。

侦听模块130可同时对IEEE 802.15.4标准定义的16个通信信道进行侦听。侦听模块130的具体数量并不唯一，本实施例中侦听模块130的数量可以为16个，分别对IEEE802.15.4标准定义的16个通信信道同时进行侦听。

在其中一个实施例中，如图2所示，侦听模块130包括依次连接的接收天线132、巴伦元件134和单片机136。

接收天线132用于接收无线传感器网络节点通信时发射的无线信号。本实施例中接收天线132为符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz天线。

巴伦元件134用于对无线信号进行增强处理，便于单片机136提取通信报文，提高准确度。

单片机136用于接收增强处理后的信号，提取通信报文并发送至处理器110。单片机136还可包括缓存单元，用于缓存通信报文。对通信报文进行缓存后发送至处理器110，加快数据读取速度。本实施例中单片机136采用STM32W108CB片上系统(SoC)芯片。

如图3所示，侦听模块还可包括带通滤波器138，接收天线132通过带通滤波器138与巴伦元件134连接。带通滤波器138用于对接收天线132接收的无线信号进行滤波，减少噪音干扰。带通滤波器138的滤波频段可根据实际情况进行调整。

侦听模块130只负责向处理器110输送对应信道监测到的数据，不对数据进行处理。侦听模块130无线接收速率最大为250Kbit/s，输出给处理器110的速率最大为400Kbit/s，可实现实时的数据传输。

在其中一个实施例中，如图4所示，无线传感器网络节点协议一致性测试装置还包括输入模块150。输入模块150连接处理器110，用于发送控制指令至处理器110。输入模块150具体可以是键盘或触控屏等，可以理解，无线传感器网络节点协议一致性测试装置也可不包括输入模块150，而是由外部电路发送控制指令至处理器110。

在其中一个实施例中，继续参照图4，无线传感器网络节点协议一致性测试装置可包括复位电路160，复位电路160连接处理器110，用于对处理器110进行复位，具体可以是在处理器110通电后进行复位操作，或根据用户手动操作进行复位，也可以是在接收到复位指令后进行复位操作。利用复位电路160对处理器110进行复位，可以有效避免处理器110出现程序跑飞或死循环等问题。

在其中一个实施例中，无线传感器网络节点协议一致性测试装置可包括调试接口170，调试接口170与处理器110连接，用于对处理器110进行程序调试。调试接口170具体可以是JTAG接口，通过调试接口170对处理器110进行程序调试，检测处理器110是否完好，若处理器110存在硬件故障便于及时更换。

在其中一个实施例中，无线传感器网络节点协议一致性测试装置可包括指示灯电路180，指示灯电路180与处理器110连接，用于监控处理器110的工作状态。指示灯电路180具体可利用LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)灯来监控处理器110工作状态，当处理器110出现故障便于及时知晓。

在其中一个实施例中，无线传感器网络节点协议一致性测试装置也可包括传输接口，传输接口与处理器110连接，实现处理器110与外部设备进行数据交换，如可将获取到的通信报文以及最终的测试结果通过传输接口输出至外部存储设备进行备份存储。本实施例中传输接口为USB接口，传输速度快且支持热插拔，方便快捷。

此外，无线传感器网络节点协议一致性测试装置还可包括连接处理器110的存储单元，用于存储通信报文和测试结果，以便为后续的无线传感器网络整改提供数据依据。

在其中一个实施例中，无线传感器网络节点协议一致性测试装置可同时包括处理器110、复位电路160、调试接口170、指示灯电路180、传输接口和存储单元，并组装成一个整体得到上位机。将多个模块组装成一个整体，便于操作管理。

本发明还提供一种无线传感器网络节点协议一致性测试方法，用于对无线传感器网络节点进行协议一致性测试，特别是针对IEEE 802.15.4标准及在其基础上构建的无线传感器网络进行协议一致性测试。如图5所示，包括以下步骤：

步骤S120：根据预设的测试用例发送IEEE 802.15.4标准或构筑于IEEE802.15.4标准之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议的测试报文至基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络节点。

测试用例是为某个特殊目标而编制的一组测试输入、执行条件以及预期结果，以便测试某个程序路径或核实是否满足某个特定需求。本发明中，针对IEEE802.15.4标准及其基础之上的ZigBee、ZigBee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议进行一致性测试，根据待测的通信协议类型设计测试用例，主要包括测试报文和与通信协议对应的理想通信报文的设定，将测试报文发送至无线传感器网络节点，提取无线传感器网络节点通信时的通信报文并与理想通信报文相比较，进行协议一致性测试。可以理解，根据要测试的通信协议不同，所设计的测试用例也会有所不同。

在其中一个实施例中，步骤S120之前还可包括接收控制指令的步骤，控制指令可以通过键盘或触控屏等输入设备发送。在接收到控制指令后才进行步骤S120，便于控制管理。可以理解，在其他实施例中也可以是直接进行步骤S120。

步骤S130：获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，从无线信号提取通信报文。

本实施例中可同时对IEEE 802.15.4标准定义的16个通信信道进行侦听，获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号。可以是设计16个侦听模块分别分别对IEEE802.15.4标准定义的16个通信信道同时进行侦听，也可以是将16个侦听元件集成得到一个侦听模块，实现对IEEE 802.15.4标准定义的16个通信信道同时进行侦听。在其他实施例中，侦听模块还可以是设计支持少于16个信道，部分侦听模块同时只能支持1个信道。

在其中一个实施例中，步骤S130具体可包括步骤1至步骤3。

步骤1：接收无线传感器网络节点通信时发射的无线信号。本实施例中可以采用符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz天线接收无线信号。

步骤2：对无线信号进行增强处理。具体可采用巴伦元件对无线信号进行增强处理，便于后续步骤提取通信报文，提高准确度。

步骤3：根据增强处理后的信号提取通信报文。在提取通信报文时，可以是直接提取，也可以采用缓存机制进行提取。本实施例中可以采用缓存机制进行提取，对通信报文进行缓存，加快数据读取速度。

进一步地，在步骤1之后，步骤2之前，还可以包括对无线信号进行带通滤波的步骤。对接收的无线信号进行滤波，减少噪音干扰，滤波频段可根据实际情况进行调整。

步骤S140：根据所述测试用例和通信报文进行协议一致性测试，得到并输出测试结果。

一份报文的具体内容可根据实际情况来进行设计，本实施例中报文除了包括通信数据外，还可包括无线传感器网络中传输该报文的节点的IEEE地址，以及传感器类型和传感器编号等。进行协议一致性测试时，将通信报文的通信数据、节点的IEEE地址、传感器类型和传感器编号与理论通信报文比较，观察是否一致，输出测试结果。输出测试结果具体可包括两种情况：若两份报文协议一致，则可以是显示协议一致信息，如显示文本或图片，也可以是播放预存的相应音频文件，或两者同时进行；若两份报文不一致，则输出错误内容，同时也可播放协议不一致时对应的音频文件。

上述无线传感器网络节点协议一致性测试方法，在接收到控制指令后，根据预设的测试用例发送IEEE 802.15.4标准或构筑于所述IEEE 802.15.4标准之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议的测试报文至基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络节点。获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，从无线信号提取通信报文。根据测试用例和通信报文进行IEEE 802.15.4标准及构筑于其之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议一致性测试，得到并输出测试结果。实时测试运行工作中的无线传感器网络，获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号时不会影响到整个网络的运行，降低分析的时间开销，提高了协议一致性测试的效率及准确率。

在其中一个实施例中，如图6所示，步骤S120之前，还可包括：

步骤S110：进行初始化处理。

具体为对发送测试报文的装置，以及接收无线信号的装置进行初始化处理，使对应装置恢复到初始状态，避免历史操作对测试产生干扰，使测试更加精确。

此外，步骤S140之后，还可包括存储通信报文和测试结果的步骤。存储通信报文和测试结果，以便为后续的无线传感器网络整改提供数据依据。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种无线传感器网络节点协议一致性测试装置，其特征在于，包括处理器，以及分别连接所述处理器的发送模块、测试结果输出模块和侦听模块，

所述处理器用于在接收到控制指令后，根据预设的测试用例控制所述发送模块发送IEEE 802.15.4标准或构筑于所述IEEE 802.15.4标准之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议的测试报文至基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络节点；以及接收通信报文并根据所述测试用例和通信报文进行协议一致性测试，得到测试结果并发送至所述测试结果输出模块输出；进行协议一致性测试时，将通信报文的通信数据、节点的IEEE地址、传感器类型和传感器编号与理论通信报文比较，观察是否一致，输出测试结果；

所述侦听模块用于获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，从所述无线信号提取所述通信报文并发送至所述处理器。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络节点协议一致性测试装置，其特征在于，所述侦听模块包括：

接收天线，用于接收所述无线信号；

巴伦元件，连接所述接收天线，用于对所述无线信号进行增强处理；

单片机，连接所述巴伦元件，用于接收增强处理后的信号，提取所述通信报文并发送至所述处理器。

3.根据权利要求2所述的无线传感器网络节点协议一致性测试装置，其特征在于，所述单片机包括缓存单元，用于缓存所述通信报文。

4.根据权利要求2所述的无线传感器网络节点协议一致性测试装置，其特征在于，所述侦听模块包括带通滤波器，所述接收天线通过所述带通滤波器与所述巴伦元件连接。

5.根据权利要求1所述的无线传感器网络节点协议一致性测试装置，其特征在于，还包括连接所述处理器，用于对所述处理器进行复位的复位电路。

6.根据权利要求1所述的无线传感器网络节点协议一致性测试装置，其特征在于，还包括连接所述处理器，用于对所述处理器进行程序调试的调试接口。

7.根据权利要求1所述的无线传感器网络节点协议一致性测试装置，其特征在于，还包括连接所述处理器连接，用于监控所述处理器工作状态的指示灯电路。

8.根据权利要求1所述的无线传感器网络节点协议一致性测试装置，其特征在于，所述处理器为嵌入式处理器。

9.根据权利要求1所述的无线传感器网络节点协议一致性测试装置，其特征在于，还包括连接所述处理器，用于发送所述控制指令至所述处理器的输入模块。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的无线传感器网络节点协议一致性测试装置，其特征在于，所述发送模块通过总线或USB接口与所述处理器连接，所述侦听模块通过总线或USB接口与所述处理器连接。

11.一种无线传感器网络节点协议一致性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据预设的测试用例发送IEEE 802.15.4标准或构筑于所述IEEE 802.15.4标准之上的ZigBee、Zigbee PRO、6LowPan和RF4CE标准协议的测试报文至基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络节点；

获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，从所述无线信号提取通信报文；

根据所述测试用例和通信报文进行协议一致性测试，得到并输出测试结果；进行协议一致性测试时，将通信报文的通信数据、节点的IEEE地址、传感器类型和传感器编号与理论通信报文比较，观察是否一致，输出测试结果。

12.根据权利要求11所述的无线传感器网络节点协议一致性测试方法，其特征在于，所述获取无线传感器网络节点通信时发射的无线信号，提取通信报文的步骤，包括以下步骤：

接收无线传感器网络节点通信时发射的无线信号；

对所述无线信号进行增强处理；

根据增强处理后的信号提取所述通信报文。

13.根据权利要求12所述的无线传感器网络节点协议一致性测试方法，其特征在于，接收无线传感器网络节点通信时发射的无线信号之后，对所述无线信号进行增强处理之前，还包括对所述无线信号进行带通滤波的步骤。

14.根据权利要求11所述的无线传感器网络节点协议一致性测试方法，其特征在于，根据预设的测试用例发送测试报文至无线传感器网络节点之前，还包括进行初始化处理的步骤。