胡俊鋒

摘 要：為了驗(yàn)證傳感網(wǎng)信號(hào)接口與信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)的一致性，設(shè)計(jì)了基于Web的傳感網(wǎng)信號(hào)接口一致性測(cè)試系統(tǒng)，能夠測(cè)試傳感器節(jié)點(diǎn)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(hào)接口一致性測(cè)試平臺(tái)，以電壓信號(hào)接口為例說明信號(hào)接口測(cè)試過程和結(jié)果分析，表明所設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)傳感網(wǎng)信號(hào)接口一致性測(cè)試。

關(guān)鍵詞：傳感網(wǎng)；信號(hào)接口；一致性；Web

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(luò)層到應(yīng)用層在內(nèi)的各種產(chǎn)品、系統(tǒng)和行業(yè)應(yīng)用方案，所以相應(yīng)的測(cè)試范疇很廣。根據(jù)各層特點(diǎn)和產(chǎn)品特性，傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及到的測(cè)試包括了通用性能測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試和典型行業(yè)應(yīng)用測(cè)試。而傳感網(wǎng)信號(hào)接口一致性測(cè)試就屬于其中的標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試[1-4]。

全國性技術(shù)組織傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組（WGSN）于2008年12月成立了接口項(xiàng)目組，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)《傳感器網(wǎng)絡(luò) 接口 信號(hào)接口規(guī)范》[5]。由于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)者并不參與到信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，所以信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)者對(duì)于同一信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)的不同理解以及實(shí)現(xiàn)過程中的主觀因素，都將導(dǎo)致相同標(biāo)準(zhǔn)的不同實(shí)現(xiàn)。所以，需要對(duì)信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，確?；趥鞲芯W(wǎng)信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因此，執(zhí)行傳感網(wǎng)信號(hào)接口一致性測(cè)試成為了傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的重要環(huán)節(jié)和必要步驟。

1 信號(hào)接口測(cè)試系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)傳感網(wǎng)信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)和給出的接口測(cè)試方法，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于Web的傳感網(wǎng)信號(hào)接口一致性測(cè)試系統(tǒng)[6-10]。信號(hào)接口測(cè)試的架構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)能夠測(cè)試和檢驗(yàn)傳感網(wǎng)信號(hào)接口與信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的一致性，測(cè)試傳感器節(jié)點(diǎn)能否實(shí)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(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)接入網(wǎng)絡(luò)。

整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的硬件設(shè)備包括測(cè)試服務(wù)器、測(cè)試路由器、測(cè)試信號(hào)源、被測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)（可外接傳感器/信號(hào)源）。除了測(cè)試服務(wù)器以外，其余設(shè)備均采用TI公司的CC2530射頻芯片實(shí)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(biāo)準(zhǔn)，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(cè)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(cè)試信號(hào)源為常用的波形發(fā)生器、直流電壓源、直流電流源。

2 信號(hào)接口測(cè)試軟件設(shè)計(jì)

基于上述測(cè)試架構(gòu)的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示，測(cè)試軟件中接口文件驗(yàn)證模塊對(duì)被測(cè)設(shè)備提交的信號(hào)接口表述文件進(jìn)行驗(yàn)證后，如果符合信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)試軟件則調(diào)用XML解析器對(duì)表述文件進(jìn)行解析，得到被測(cè)節(jié)點(diǎn)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(cè)試信號(hào)源按照表述信息接入傳感節(jié)點(diǎn)。

3 信號(hào)接口測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

測(cè)試系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)主要是測(cè)試界面的設(shè)計(jì)，測(cè)試頁面是測(cè)試者與測(cè)試系統(tǒng)的信息交換窗口，本系統(tǒng)提供一個(gè)友好的圖形操作界面，設(shè)計(jì)的交互界面如圖3所示。

在執(zhí)行信號(hào)接口測(cè)試案例之前，需要先對(duì)被測(cè)節(jié)點(diǎn)提供的基于XML格式的信號(hào)表述文件進(jìn)行驗(yàn)證，查看各類型的信號(hào)接口文件的格式和內(nèi)容是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。如若符合，頁面上將顯示解析后的節(jié)點(diǎn)所支持的信號(hào)類型和電氣參數(shù)等信息，然后將標(biāo)準(zhǔn)的傳感器按照指定接入方式接入到傳感節(jié)點(diǎn)上。通過在測(cè)試案例信息區(qū)域選擇所要進(jìn)行的測(cè)試案例，點(diǎn)擊啟動(dòng)測(cè)試，開始依次執(zhí)行選中的測(cè)試案例。當(dāng)前測(cè)試案例信息中顯示了每個(gè)測(cè)試案例的案例名稱、測(cè)試案例描述、起止時(shí)間、測(cè)試狀態(tài)和測(cè)試判決。頁面下方區(qū)域則顯示了每個(gè)測(cè)試案例的具體執(zhí)行過程。

4 電壓信號(hào)接口測(cè)試及結(jié)果分析

（1）一致性要求：為了實(shí)現(xiàn)電壓型傳感器互換和即插即用的功能，要求被測(cè)節(jié)點(diǎn)提供符合接口規(guī)范要求的信號(hào)表述文件，并且能夠支持電壓型信號(hào)及其相關(guān)電氣參數(shù)的輸入。

（2）測(cè)試目的：驗(yàn)證被測(cè)節(jié)點(diǎn)是否按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的格式和內(nèi)容提供電壓型信號(hào)接口表述文件，以及能否支持該類型信號(hào)的輸入。

（3）測(cè)試過程：

Step1：用戶通過遠(yuǎn)程訪問測(cè)試服務(wù)器，提交被測(cè)設(shè)備的信號(hào)接口表述文件；

Step2：測(cè)試服務(wù)器調(diào)用文件驗(yàn)證接口、對(duì)基于XML文件格式的信號(hào)接口進(jìn)行驗(yàn)證，查看其是否符合接口標(biāo)準(zhǔn)定義的信號(hào)接口相關(guān)參數(shù)的內(nèi)容與格式；

Step3：讀取所提供的信號(hào)表述文件，解析出被測(cè)節(jié)點(diǎn)支持的電壓型傳感器及其相關(guān)電氣性能參數(shù)，并存儲(chǔ)相關(guān)信息，將測(cè)試信號(hào)源的電壓型信號(hào)源接入傳感節(jié)點(diǎn)的電壓型通道上，準(zhǔn)備執(zhí)行測(cè)試；

Step4：測(cè)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(qǐng)求報(bào)文，通過測(cè)試網(wǎng)關(guān)發(fā)送被測(cè)傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)備；

Step5：傳感器節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)后，將相應(yīng)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(wù)器；

Step6：服務(wù)器中的測(cè)試模塊接收到含有通道號(hào)的數(shù)據(jù)報(bào)文，分析該通道號(hào)對(duì)應(yīng)的通道類型是否為電壓型，同時(shí)，驗(yàn)證接收到的數(shù)據(jù)報(bào)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(cè)試通過，否則，測(cè)試不通過。

（4）測(cè)試結(jié)果

電壓型信號(hào)測(cè)試的測(cè)試案例執(zhí)行結(jié)果如圖4所示。

進(jìn)入測(cè)試配置頁面，待電壓型信號(hào)接口描述文件上傳至服務(wù)器之后，存儲(chǔ)在指定路徑中，對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如圖4（a）所示，表示該信號(hào)接口表述文件符合傳感器網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)。點(diǎn)擊查看后，該文件以層級(jí)結(jié)構(gòu)顯示出來，可知被測(cè)節(jié)點(diǎn)支持0～5 V電壓型信號(hào)，阻抗匹配為5 Ω，電壓信號(hào)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(hào)測(cè)試，開始執(zhí)行測(cè)試。下發(fā)測(cè)試命令給節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)返回傳感數(shù)據(jù)信息的報(bào)文，0x51為通道標(biāo)識(shí)，01為通道號(hào)，0xA4為數(shù)據(jù)類型標(biāo)識(shí)，0x08為數(shù)據(jù)類型，表示32位浮點(diǎn)型，0x43 0xC8 0x00 0x00為傳感數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制為400，在所測(cè)物理量范圍之內(nèi)，所以為有效數(shù)據(jù)，因此電壓型信號(hào)測(cè)試?yán)慌袥Q成功。

5 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的傳感網(wǎng)信號(hào)接口一致性測(cè)試系統(tǒng)可以測(cè)試信號(hào)接口的標(biāo)準(zhǔn)一致性，測(cè)試過程人工操作較少，基本實(shí)現(xiàn)可視化、自動(dòng)化，測(cè)試范圍廣，基本覆蓋了常見的物理信號(hào)，為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實(shí)施和應(yīng)用提供強(qiáng)有力的測(cè)試服務(wù)，通過驗(yàn)證傳感器節(jié)點(diǎn)相關(guān)產(chǎn)品與對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的符合性，提高產(chǎn)品兼容性，有利于快速推廣標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品和系統(tǒng)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]張炎，夏駱輝. 物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化及測(cè)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(jì)算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).傳感器網(wǎng)絡(luò)接口第1部分：信號(hào)接口（計(jì)劃號(hào)：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(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005，25（4）： 894-897.