基于Web的傳感網(wǎng)信號接口的一致性測試系統(tǒng)設計

胡俊鋒

摘 要：為了驗證傳感網(wǎng)信號接口與信號接口標準的一致性，設計了基于Web的傳感網(wǎng)信號接口一致性測試系統(tǒng)，能夠測試傳感器節(jié)點上面的電壓接口、電流接口、電阻接口、頻率接口等。通過搭建傳感網(wǎng)信號接口一致性測試平臺，以電壓信號接口為例說明信號接口測試過程和結(jié)果分析，表明所設計的測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)傳感網(wǎng)信號接口一致性測試。

關(guān)鍵詞：傳感網(wǎng)；信號接口；一致性；Web

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）04-00-03

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)絡層到應用層在內(nèi)的各種產(chǎn)品、系統(tǒng)和行業(yè)應用方案，所以相應的測試范疇很廣。根據(jù)各層特點和產(chǎn)品特性，傳感器網(wǎng)絡涉及到的測試包括了通用性能測試，標準一致性測試和典型行業(yè)應用測試。而傳感網(wǎng)信號接口一致性測試就屬于其中的標準一致性測試[1-4]。

全國性技術(shù)組織傳感器網(wǎng)絡標準工作組（WGSN）于2008年12月成立了接口項目組，對傳感器網(wǎng)絡節(jié)點輸入輸出接口的連接約束等做出規(guī)范，制定統(tǒng)一的接口標準《傳感器網(wǎng)絡 接口 信號接口規(guī)范》[5]。由于大多數(shù)標準實現(xiàn)者并不參與到信號接口標準的制定過程中，所以信號接口標準實現(xiàn)者對于同一信號接口標準的不同理解以及實現(xiàn)過程中的主觀因素，都將導致相同標準的不同實現(xiàn)。所以，需要對信號接口標準實現(xiàn)進行相關(guān)測試，確?；趥鞲芯W(wǎng)信號接口標準的產(chǎn)品符合標準規(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)絡應用發(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)設計

針對傳感網(wǎng)信號接口標準和給出的接口測試方法，本文設計了一個基于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準規(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)一的信號接口標準接入網(wǎng)絡。

整個測試平臺的硬件設備包括測試服務器、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）。除了測試服務器以外，其余設備均采用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)議標準，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準要求，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)容是否符合標準規(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，然后將標準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)點是否按照標準規(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器，提交被測設備的信號接口表述文件；

Step2：測試服務器調(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準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)點設備；

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

Step6：服務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)絡信號接口標準。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為通道標識，01為通道號，0xA4為數(shù)據(jù)類型標識，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例被判決成功。

5 結(jié) 語

本文設計的傳感網(wǎng)信號接口一致性測試系統(tǒng)可以測試信號接口的標準一致性，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，為標準規(guī)范的實施和應用提供強有力的測試服務，通過驗證傳感器節(jié)點相關(guān)產(chǎn)品與對應標準的符合性，提高產(chǎn)品兼容性，有利于快速推廣標準化產(chǎn)品和系統(tǒng)應用。

參考文獻

[1]張炎，夏駱輝. 物聯(lián)網(wǎng)標準化及測試規(guī)范發(fā)展分析[J]. 數(shù)字通信，2011 （6）： 16-20.

[2] Kang Lee. IEEE 1451： A standard in support of smart transducer networking[C]. Proceedings of the 17th IEEE instrumentation and measurement technology conference，Baltimore，Maryland，USA，2000（2）： 525-528.

[3]沈春山，吳仲城，蔡永娟，等. 面向廣泛互操作的傳感數(shù)據(jù)模型研究[J]. 小型微型計算機系統(tǒng)，2010，31（6）： 1046-1052.

[4] The Institute of Electrical and Electronics Engineers， Inc. IEEE Standard for a Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators--Transducer to Microprocessor Communication Protocols and Transducer Electronic Data Sheet （TEDS） Formats[Z]. IEEE Std 1451，1997.

[5]全國信息技術(shù)標準化技術(shù)委員會.傳感器網(wǎng)絡接口第1部分：信號接口（計劃號：20091417-T-469）[S]. WGSN-PG7-T-016. 2011.

[6] Methodology and framework：Part 1： General concepts[S]. 1996.

[7] ISO/IEC 9646-2： IT-OSI-Conformance testing methodology and framework： Part 2： Abstract test suite specification[S]. 1996.

[8] ISO/IEC 9646-3： IT-OSI-Conformance testing methodology and framework： Part 3： the tree and combined notation （TTCN）[S].1998.

[9] ISO/IEC 9646-4：IT-OSI-Conformance testing methodology and framework：Part 4： Test realization[S]. 1996.

[10] ISO/IEC 9646-5： IT-OSI-Conformance testing methodology and framework： Part 5： Requirements on test laboratories and clients for theconformance assessment process[S]. 1996.

[11] ISO/IEC 9646-6： IT-OSI-Conformance testing methodology and framework： Part 6： Protocol profile test specification[S]. 1996.

[12] 1SO/IEC 9646-7： IT-OSI-Conformance testing methodology and framework： Part 7： Implementation Conformance Statements[S]. 1996.

[13]李正良，周顥，趙保華. IPv6中OSPF協(xié)議的一致性測試系統(tǒng)設計[J]. 計算機應用，2005，25（4）： 894-897.