射频网络模拟器在中高速传感网络测试中的应用

射频网络模拟器在中高速传感网络测试中的应用



WSN(WirelessSensorNetwork，无线传感网络)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。其作用是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者，它是一种特殊的Ad-hoc网络，由随机分布的集成传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成。

目前传统WSN在传输速率、节点的处理能力、感知信息多样性等方面，仍然面临着许多问题，中高速无线传感器网络是针对人们的多媒体信息需求的应用，其对实时性和传输速率都有较高的要求。中高速

传感器网络的研究涉及传感器网络中的高精度定位与测量技术、数据融合技术、网络覆盖与部署、蜂窝移动网络接入技术，可以解决传统传感器网络中节点无法移动、能量消耗过快、数据传输速度较慢等诸多问题，同时为用户提供一定的服务质量保证。

2网络测试与射频网络模拟器

目前国内外有关中高速无线传感器网络测试评估技术还没有形成标准化和系统化，因此亟需建立统一的传感器网络综合测试与验证评估环境，以有效地整合、测试、验证评估现有课题资源和成果，支撑统一架构、技术体系、标准芯片、系列设备、解决方案等的推广，为各行业应用示范系统的大规模推广和统一物物互联平台建设提供综合测试、验证和服务。

网络测试是指以科学的方法，通过测量手段/工具，取得正在运行网络的性能参数和服务质理参数，这些参数包括差错率、吞吐量、时延、丢包率、连接建立时间等。

网络测试评估的软件平台主要由无线传感器网络仿真模块、性能评估模块、功能评估模块、人机接口模块等组成。无线传感器网络仿真模块提供高保真度的无线传感器网络环境，并在传感器节点和汇聚节点挂载信息融合模块，实现信息融合系统的测试。

由于无线传感网络部署环境复杂多变，用户预先设定的节点和网络工作方式难以保证长期适用。因此在实际工作过程中应用射频网络模拟器模拟不同应用环境中的网络运行状况，以配合测试的需要。

射频网络模拟器是一种专业测试设备，用于测试或验证电台组网性能。射频网络模拟器为半实物仿真平台。

射频网络模拟器为无线通信组网设备的网络协议设计和验证，提供一种实时的接近真实的射频拓扑仿真环境。使用射频网络模拟器，在室内就可以完成电台在射频通道的组网验证和测试，解决了常规试验条件下难以构建特定网络拓扑的难题，可以为试验和测试节约大量的人力、物力。

其主要功能如下：

(1)拓扑预设置功能：模拟器具有拓扑预设置功能，能预先设置一些典型拓扑，在使用时可直接调用。

(2)任意拓扑模拟功能：模拟器具有任意射频拓扑模拟功能，配合控制台最多能够对16个电台设备进行任意拓扑模拟。

(3)告警和状态显示功能：模拟器具有状态指示及告警功能，能够对入网电台进行指示，并对功率过载做出声光告警。

(4)动态拓扑功能：模拟器具有动态拓扑模拟功能，配合控制台能够实现动态拓扑组网模拟。

(5)功率保护功能：模拟器具有功率保护功能，当电台输入功率大于5W时，设备将自动进入功率保护状态。

射频模拟器由模拟器设备与安装有控制台软件的电脑构成。控制台负责配置静态/动态的网络拓扑，模拟器设备负责根据控制台的拓扑结构接通/切断相应的输入/输出信号，其典型工作原理图如图1所示：



3测试步骤

本文以测试无线通信设备网络的丢包率为例，要求4个无线通信设备组成星形网。其它指标的测试与射频模拟器的使用相似，只是参数设置和输入条件不同。根据图1中射频网络模拟器的示意图，射频网络模拟器的控制台设置应如图2所示：

具体步骤如下：

(1)使用射频电缆将无线通信组网设备天线口与模拟器射频端口连接；

(2)开启模拟器与控制台，启动控制台软件，设置需要的拓扑结构，并将其下载到模拟器中；

(3)开启无线通信组网设备，设置无线通信组网设备参数，包括帧长度、发送间隔等，设置完毕后即可进行测试并记录测试数据；

(4)根据无线通信设备的串口数据记录发送包数量X(一般情况下取值1000)和接收包数量Y；

(5)设置不同的帧长，重复步骤(3)、(4)，取平均值并分析。

丢包率测试的目的是获取在不同的负载和帧长度条件下的丢包率。在稳定负载下，丢包率是指应该正确转发而没有转发的包占接收包的百分比，可由下面的公式计算得到：

丢包率=[(发送包数量X-接收包数量Y)100]/发送包数量X(1)

4比较与分析

丢包率与帧长度以及发送传输速率相关，实际测试时负载的范围应介于吞吐量和最大传输速率之间，在测试前要获得特定帧格式、帧大小的理论吞吐量。本次测试所使用的无线通信组网设备的吞吐量是300kbps，在300kbps以内，链路的丢包率可以控制在5%以内。由于丢包是一个随机行为，因此每一个测试都要发送一定数量的帧，才可以统计出与实际情况相差较小的数据。利用网络拓扑模拟器组网测试得到的丢包率与不使用网络拓扑模拟器而采用Ad-hoc组网得到的丢包率的比较如图3所示。横坐标表示信息传输速率，纵坐标代表在该传输速率中丢失包的百分比。从图中可以看出，使用网络拓扑模拟器模拟的网络拓扑与实际测试过程中是一致的，得到的丢包率也是相符的。由此可以看出，通过网络拓扑模拟器可以接近真实的模拟特定的网络拓扑，即当在室外复杂环境下，网络拓扑模拟器可以应用于中高速传感网络测试中对各项指标的测试。

5结束语

在实际的测试过程中，由于测试类型、测试参数的定义、测量时间等都会对测试结果产生影响。因此，射频网络模拟器的使用只能客观上模拟理想情况下的网络拓扑。模拟器作为模拟无线通信设备组网拓扑的设备，不提供对衰落、多径、通信质量等信道特性的模拟。模拟器端口的输入功率为0.5～2W，如果是5W的无线通信设备，可将无线通信设备与模拟器之间接入衰减器后再使用。



















HX唐山短信群发ＷＷＷ．ＣＨＡＯＤＡＯ．ＮＥＴ