CN104202762B - 一种时隙信跳监听验证系统及验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种符合ISA100.11a标准的时隙信跳监听验证方法，首先配置无线信道监听模块和逻辑分析模块；将骨干路由器设备的时隙指示信号连接到逻辑分析模块；将无线信道监听模块的接收指示信号连接到逻辑分析模块；启动逻辑分析模块和无线信道监听模块；先运行骨干路由器设备，再运行终端设备。该方法可以节省大量调试时间，并且可以有效定位和其他厂商产品互通测试出现的问题，大大节省开发周期和人员成本，提高产品的互联互通性能。

Description

一种时隙信跳监听验证系统及验证方法

技术领域

本发明涉及一种符合ISA100.11a标准的时隙信跳监听验证方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在无线传感器网络(WSN)的发展过程中，由国际自动化学会(ISA)下属的ISA100.11a工业无线委员会制定的ISA100.11a标准，其主要内容包括工业无线的网络构架、共存性、健壮性、与有线现场网络的互操作性等。ISA100.11a标准希望工业无线设备以低复杂度、合理的成本和低功耗、适当的通信数据速率去支持工业现场应用。

ISA100.11a标准即将成为最受关注、最有影响力的工业无线技术之一，针对ISA100.11a技术的研究和开发工作正如火如荼的进行。另外，该标准媒体接入层和物理层采用IEEE 802.15.4标准，通过空间和时间分集和同步技术，确保无线通讯网络的稳定性，尽可能的避免无线电干扰和障碍物对无线通讯的影响，降低节点到网关之间的通讯延迟时间，提高网络内节点间数据传输的可靠性和稳定性。但是，由于ISA100.11a标准使用自然语言描述，并涉及很多关键技术，设计者对于协议的不同理解会导致不同的协议实现，甚至有时会是错误实现。该标准的物理层通信采用IEEE 802.15.4协议，采用多信道跳频和确定性时隙分配模式，在设备调试过程中非常困难，尤其在不同厂商的互通互联过程中更是问题很多，不同厂商对于细节问题的处理不同导致不同厂商设备很难运行在一个网络中。

因此，ISA100.11a标准产业化的前提条件之一是所有产品必须通过严格的一致性、互操作性等测试和认证。对于产品的设计者，如果在一致性测试之前进行了较充分的入网测试和互通测试，将大大缩短产品的开发周期，提高产品在该领域的兼容性能，而最终提高产品的市场占有率。

基于这样的背景，本发明提出了基于ISA100.11a标准的多信道帧监听和验证的方法，来满足在节点入网调试过程中的调试需要。

发明内容

本发明的目的是提出一种符合ISA100.11a标准的时隙信跳监听验证系统及验证方法，该系统能够实时监听节点入网通信过程，该方法可以节省大量调试时间，并且可以有效定位和其他厂商产品互通测试出现的问题，大大节省开发周期和人员成本，提高产品的互联互通性能。

本发明通过以下技术方案实现：一种时隙信跳监听验证系统，该系统由无线信道监听模块和逻辑分析模块组成，无线信道监听模块负责持续监听每个信道，每个信道分别使用一套接收装置，每个接收装置引出一个接收指示信号，作为接收帧的实时指示信号；逻辑分析模块负责对接收到的帧进行时隙信跳验证。

一种时隙信跳监听验证方法，包括以下步骤：

(1)配置无线信道监听模块对应的信道；

(2)将骨干路由器设备的时隙指示信号连接到逻辑分析模块；将信道监听模块的接收指示信号连接到逻辑分析模块；

(3)启动逻辑分析模块和无线信道监听模块，

(4)先运行骨干路由器设备，进行信跳模式确认过程；再运行终端设备，进行信跳模式的验证过程，判断是否终端设备的信跳模式是否和骨干路由器当前的信跳模式一致；同时无线信道监听模块接收到帧后给逻辑分析模块指示信号，并将每个信道接收到的帧按时隙指示并保存，通过二维坐标进行显示，同时逻辑分析模块对所指示的时隙偏移值进行判断，是否符合理论偏移值范围，如果不符合偏移范围则指示警告信息，直到停止监听验证过程。

本发明信道监听和验证系统独立于ISA100.11a标准网络之外，无线信道监听模块接收16个信道的帧，并按照信道号和时隙，在二维空间显示出来，便于观测分析。

本发明能够同时对16个信道进行监听和帧接收，并按照协议描述的帧格式进行解析，指示所接收到的帧是否符合信道跳频和时隙调度要求。

本发明能够对每个信道接收的帧的时隙偏移和时钟源进行对比，指示偏移值。

本发明能够满足ISA-100.11a标准开发过程中对信道监听和帧数据验证的需要。

本发明的有益效果是：采用完全独立于系统网络的监听方法，方便于节点调试入网或不同厂商设备互通测试时快速定位问题，也可作为研发测试过程中的测试方案，具有配置灵活，执行简单，分析显示清晰等优点。

附图说明

图1是系统原理连接示意图。

图2是时隙信跳监听验证方法流程图。

图3是指示时隙偏移值流程图。

图4是对应信道和时隙的二维坐标显示图。

图5是信跳模式的判断处理过程流程图。

图6是时隙内发送接收时间偏移示意图。

具体实施方式

以一个基于IAS100.11a标准的时隙信道监听和验证系统为例，详细介绍本发明。

初始化过程：

如图1所示，基于ISA100.11a标准的监听验证系统的通道数为16，C1...C16，可以对16个信道同时进行监听，每个信道分别使用一套接收装置，每个接收装置引出一个接收指示信号，作为接收帧的实时指示信号。信道监听系统初始化，分别对每个信道接收装置配置信道并启动，开始接收各信道的数据帧。图1中虚线框为被监听的ISA100.11a无线网络系统。

运行过程：

在监听过程中，当16个通道的监听模块接收到帧后，给逻辑分析模块指示信号，该信号的高电平表示接收的持续时间，其中信号上升沿表示接收到第一个字节的时刻。由于数据包传输的时间是以微秒为单位的，所以接收到帧的时间单位为微妙，接收到帧的指示信号和基准时隙信号对应显示在二维坐标上，以指示实际接收到帧的时间与理论窗口值的偏移大小。如图4所示，X坐标轴表示时隙，Y坐标轴表示信道号。

根据协议内容，一个设备传输PPDU的时间范围是很窄的，比接收设备时间范围窄；如果传输PPDU时间偏移较大，接收设备就无法接收到该PPDU。所以，在任意时隙内无线信道监听模块接收到帧的时间偏移要符合协议参数的要求。

如图6所示，一个时隙的长度为10ms，接收终端应该从1312us±100us开始需要打开接收机；发送终端在2312us±100us时刻开始发送数据帧，如果无线信道监听模块接收到帧的当前时刻值小于1212us，表示发送终端超过了最大时间偏移值，接收终端就很难接收到该数据帧，此时逻辑分析模块给出警告指示信息；同样，当无线信道监听模块接收到帧的当前时刻大于3412us，表示发送终端发送时间滞后，超过协议要求的最大值，接收终端很难接收到该数据帧，则逻辑分析模块给出警告指示信息。以此这样，持续监听每个信道所接收到的帧，直到监听结束，如图3所示。

运行逻辑分析模块，对骨干路由器模块的时隙指示信号和无线信道监听模块的接收指示信号进行采集后送给逻辑分析模块，将这些信号同时显示在一个信道时隙的二维坐标轴上。

当逻辑分析模块接收到帧后，进行信跳模式的判断处理过程；如图5所示。具体的描述如下：

首先，对网络中的骨干路由器设备进行信跳模式验证，启动骨干路由器设备和无线信道监听模块，对骨干路由器设备发送的广播帧进行监听，通过一个监听周期后，确定当前骨干路由器所采用的信跳模式。

再运行终端设备，对接收到的帧进行排序，根据第一个帧所在的信道号当前时隙值，并结合实际接收到第二个帧的时隙值，计算出间隔的时隙个数，对比第二个帧理论应该在哪个信道上传输；再对比实际所在的信道，确定是否符合信跳模式中的一种。

如果不符合信跳模式，则给出警告信息。重复第2步骤，对后续接收到的帧进行理论与实际的对比，若出现和信跳模式不匹配情况，则警告信息。直到停止监听验证过程。

举例说明

运行监听验证系统，当接收到广播路由器发送的广播帧，根据两个帧所在的信道计算出为哪种模式。在N时隙，当前信道为19，接收到第一个广播帧；在M时隙，当前信道为16，接收到第二个广播帧。如图4所示。

如果两个广播帧之间的时隙个数相差为4，也就是M-N＝4表达式成立的话，则表示当前骨干路由器的时隙信跳模式为模式1。当终端设备，发起的入网请求必须符合模式1的信跳和时隙调度；在终端设备入网过程中，骨干路由器会分配周期性信道资源，当在N时隙，当前信道为20，监听到终端设备发出的第一个帧，在M时隙，当前信道为18，监听到终端设备发出的第二个帧，如果M-N＝4表达式成立，则表示终端设备的时隙调度周期为4，即每间隔4个时隙的资源属于该终端设备。当收到终端设备发出的帧不符合该调度周期，给出告警信息。这样，在设备入网调试过程中，可以较快定位问题，提高调试和验证效率。

模式1	19	12	20	24	16	23	18	25	14	21	11	15	22	17	13	26
																	模式2	26	13	17	22	15	11	21	14	25	18	23	16	24	20	12	19
模式3	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26

发明效果

通过以上具体实施方式的描述，该方法的优点：

1实时监听每个信道接收到的帧的时隙偏移值，能快速定位是否由于时隙偏移而引起的问题。

2实时验证终端设备是否在入网和运行过程中违背调度机制而影响网络通信，提供开发测试效率，降低开发周期和复杂度。

3大大提高符合ISA100.11a标准的不同厂商设备互联互通测试的效率，有助于区分不同厂商产品的兼容性能。

Claims (3)

1.一种时隙信跳监听验证方法，其特征是包括以下步骤：

(1)配置无线信道监听模块对应的信道；

(2)将骨干路由器设备的时隙指示信号连接到逻辑分析模块；将无线信道监听模块的接收指示信号连接到逻辑分析模块；

(3)启动逻辑分析模块和无线信道监听模块；

(4)先运行骨干路由器设备，进行信跳模式确认过程；再运行终端设备，进行信跳模式的验证过程，判断终端设备的信跳模式是否和骨干路由器当前的信跳模式一致；同时无线信道监听模块接收到帧后给逻辑分析模块指示信号，并将每个信道接收到的帧按时隙指示并保存，通过二维坐标进行显示，同时逻辑分析模块对所指示的时隙偏移值进行判断，是否符合理论偏移值范围，如果不符合偏移范围则指示警告信息，直到停止监听验证过程。

2.如权利要求1所述的时隙信跳监听验证方法，其特征是步骤(4)中进行信跳模式的验证过程是：

第1步骤、首先，对网络中的骨干路由器设备进行信跳模式验证，启动骨干路由器设备和无线信道监听模块，对骨干路由器设备发送的广播帧进行监听，通过一个监听周期后，确定当前骨干路由器所采用的信跳模式；

第2步骤、再运行终端设备，对接收到的帧进行排序，根据第一个帧所在的信道号当前时隙值，并结合实际接收到第二个帧的时隙值，计算出间隔的时隙个数，对比第二个帧理论应该在哪个信道上传输；再对比实际所在的信道，确定是否符合信跳模式中的一种；

第3步骤、如果不符合信跳模式，则给出警告信息，重复第2步骤，对后续接收到的帧进行理论与实际的对比，若出现和信跳模式不匹配情况，则给出警告信息，直到停止监听验证过程。

3.如权利要求1所述的时隙信跳监听验证方法，其特征是步骤(4)中指示时隙偏移值的方法是：

当无线信道监听模块接收到帧后给逻辑分析模块指示信号，将每个信道接收到帧的指示信号和基准时隙信号对应显示在二维坐标上，以指示实际接收到帧的时间与理论窗口值的偏移大小；如果无线监听模块接收到帧的当前时刻值小于理论窗口值，则逻辑分析模块给出警告指示信息；同样，当无线监听模块接收到帧的当前时刻大于理论窗口值，则逻辑分析模块给出警告指示信息；以此这样，持续监听每个信道所接收到的帧，直到监听结束。