羅紅玉，樂(lè)燕芬，侍財(cái)源，羅　松，施偉斌（上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海200093）

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基于USB的WSN測(cè)試與分析系統(tǒng)

羅紅玉，樂(lè)燕芬*，侍財(cái)源，羅松，施偉斌
（上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海200093）

摘要：實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）從單個(gè)節(jié)點(diǎn)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，是進(jìn)行無(wú)線傳感器各類(lèi)研究及應(yīng)用開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一，為了克服基于UART的數(shù)據(jù)傳輸所存在的速率瓶頸問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于USB的WSN監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要包括偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)兩部分。偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)采用CC2531 USB Dongle，以被動(dòng)偵聽(tīng)的方式獲取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包（符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)），封裝后通過(guò)USB接口上傳至上位機(jī)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)USB接口讀取數(shù)據(jù)幀、完成幀信息存儲(chǔ)、解析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸并以圖形方式動(dòng)態(tài)顯示網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為開(kāi)展WSN的各類(lèi)理論及實(shí)驗(yàn)研究提供了有力的分析工具。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；拓?fù)浣馕?；上位機(jī)軟件；USB接口；CTP協(xié)議；ZigBee協(xié)議

隨著傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)微電子技術(shù)等發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN（Wireless Sensor Netork）經(jīng)過(guò)多年的研究與開(kāi)發(fā)，正快速進(jìn)入實(shí)用階段［1-2］。目前國(guó)內(nèi)外很多學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)、商業(yè)機(jī)構(gòu)都對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)平臺(tái)展開(kāi)了詳細(xì)的研究［3-7］，但其基于UART接口完成數(shù)據(jù)幀獲取及簡(jiǎn)單的解析，如采集溫濕度數(shù)據(jù)并分析，且非開(kāi)源的。

基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控需求，并考慮到在進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的任務(wù)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及大量數(shù)據(jù)無(wú)線傳送功能，同時(shí)滿足周期性數(shù)據(jù)采集和低功耗傳輸?shù)男枨螅?］，同時(shí)為了突破UART數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，本文提出了一種基于USB的WSN監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)幀解析實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息、性能指標(biāo)的圖形化動(dòng)態(tài)顯示。

1　 WSN測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

1.1網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)架

考慮到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的要求，本W(wǎng)SN監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括被測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、USB幀聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)、PC端協(xié)議分析模塊。圖1為網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)的基本構(gòu)架。

圖1中被測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee或Tinyos節(jié)點(diǎn)板，在2.4 GHz頻段附近組網(wǎng)，傳感器節(jié)點(diǎn)用于采集環(huán)境指標(biāo)如濕度、光照、壓力等信息，并將這些信息經(jīng)過(guò)各路由節(jié)點(diǎn)送達(dá)協(xié)調(diào)器。偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)由CC2531偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)組成，被動(dòng)偵聽(tīng)被測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的信息，并將這些數(shù)據(jù)封裝成USB協(xié)議數(shù)據(jù)包，上傳至PC機(jī)進(jìn)行分析。PC監(jiān)測(cè)客戶(hù)端協(xié)議分析軟件對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、解析，根據(jù)數(shù)據(jù)包中的地址域分析出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及其它網(wǎng)絡(luò)特征信息，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖形顯示。

圖1　網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)基本構(gòu)架

1.2硬件平臺(tái)

傳感器節(jié)點(diǎn)板和偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)板兩種硬件模塊構(gòu)成了測(cè)試平臺(tái)的硬件系統(tǒng)。前者構(gòu)成被監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可采用ZigBee或Tinyos節(jié)點(diǎn)板構(gòu)成［9］；后者作為偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)，是本測(cè)試平臺(tái)的核心。

本測(cè)試平臺(tái)偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)選用TI集成USB2.0接口的CC2531USB Dongle。該設(shè)備最高傳輸速率達(dá)480 Mbit/s，完全可滿足大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室?。CC2531集成有一個(gè)USB控制器［10］，結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過(guò)USB固件庫(kù)程序，可對(duì)驅(qū)動(dòng)信息進(jìn)行詳細(xì)描述，USB主機(jī)在與CC2531通信時(shí)將根據(jù)這些信息加載合適的驅(qū)動(dòng)，在設(shè)備正確識(shí)別后，USB主機(jī)可以從控制器的FIFO端點(diǎn)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)［11］。

圖2　USB控制器

主機(jī)與設(shè)備通信是通過(guò)端點(diǎn)完成的。從USB控制器結(jié)構(gòu)可以看出，CC2531具有6個(gè)端點(diǎn)，端點(diǎn)0是控制端點(diǎn)［12］，每個(gè)設(shè)備必須有端點(diǎn)0，它用于設(shè)備枚舉和主機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行一些基本控制功能操作時(shí)的通信；端點(diǎn)1～5是數(shù)據(jù)端點(diǎn)，在設(shè)備配置成功后可用于數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。每個(gè)USB設(shè)備有一個(gè)唯一的主機(jī)分配的地址，只有確定了設(shè)備地址和端點(diǎn)地址才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1USB數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)

USB設(shè)備與主機(jī)通信前需要配置驅(qū)動(dòng)，讓主機(jī)識(shí)別才能夠進(jìn)行正常數(shù)據(jù)通信和讀寫(xiě)操作。讀操作也即數(shù)據(jù)輸入，是數(shù)據(jù)從設(shè)備到主機(jī)的過(guò)程；寫(xiě)操作也即數(shù)據(jù)輸出，是數(shù)據(jù)從主機(jī)到設(shè)備的過(guò)程。USB通信過(guò)程如圖3所示。

圖3　主機(jī)端USB通信過(guò)程

要訪問(wèn)設(shè)備就必須先獲得該設(shè)備句柄，在Windows操作系統(tǒng)中可以通過(guò)GUID類(lèi)進(jìn)行查找這個(gè)句柄［13］。配置設(shè)備時(shí)，主機(jī)通過(guò)系統(tǒng)API將上電設(shè)備與GUID綁定，并將GUID寫(xiě)入注冊(cè)表，這樣通過(guò)GUID（接口類(lèi)GUID）就可以找到對(duì)應(yīng)設(shè)備。主機(jī)自身有個(gè)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的GUID文件，使用該API后，主機(jī)將把對(duì)應(yīng)的設(shè)備的VID，PID以及版都列舉出來(lái)（設(shè)備的VID，PID，版本號(hào)都是由下位機(jī)配置好的）如果某設(shè)備存在于該列表中則可以被打開(kāi)。通過(guò)獲取設(shè)備接口詳細(xì)信息可找到USB設(shè)備，從而完成設(shè)備枚舉。

設(shè)備描述符信息也即設(shè)備接口詳細(xì)信息［14］是在偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程完成的，其主要是對(duì)設(shè)備的端點(diǎn)號(hào)、設(shè)備的VID、PID及版本號(hào)進(jìn)行配置等。其編程在TI提供的USB固件庫(kù)程序rfusb_cc2531中，找到對(duì)應(yīng)的usb_hid_descriptor.s51文件，在其中進(jìn)行相應(yīng)的程序編寫(xiě)。整個(gè)文件是完善描述符結(jié)構(gòu)體，并提供可以修改、讀取的指針以便USB中斷使用。而對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)入口程序則在文件mrfi_radio.c中。

2.2偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

圖4是一個(gè)完整的初始化、數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送的流程。從處理USB標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求（處理USB復(fù)位、USB端點(diǎn)0的數(shù)據(jù)和USB暫停）開(kāi)始至上位機(jī)接收數(shù)據(jù)，這些步驟是處于主循環(huán)中。

圖4　偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)流程圖

初始化模塊完成的工作如圖5所示。

圖5　初始化模塊

圖5中，中射頻模塊MRFI初始化主要是完成全局中斷及偵聽(tīng)信道的設(shè)置。WSN在2.4 GHz頻段共有16個(gè)通信信道，第K個(gè)信道的中心頻率f= 2 450+5（k-11）MHz。

初始化結(jié)束后，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入數(shù)據(jù)接收、發(fā)送主循環(huán)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)到數(shù)據(jù)幀時(shí)，就會(huì)觸發(fā)中斷事件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。接收中斷服務(wù)程序如圖6所示，首先設(shè)置RFRadioState為接收狀態(tài)，檢查當(dāng)前接收的數(shù)據(jù)幀是否滿足802.15.4協(xié)議。如果接收到一個(gè)符合802.15.4完整的數(shù)據(jù)幀，再檢測(cè)當(dāng)前的硬件緩存區(qū)是否有足夠空間存儲(chǔ)，如果有，則進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)之后把硬件緩存區(qū)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到軟件環(huán)形緩存區(qū)中。

圖6　接收中斷服務(wù)程序

并且清空當(dāng)前硬件緩沖區(qū)。軟件緩存使用環(huán)形FIFO進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，總是從隊(duì)尾加入需存儲(chǔ)的新數(shù)據(jù)幀。這種環(huán)形FIFO的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式能有效解決數(shù)據(jù)包覆蓋問(wèn)題。

存放在環(huán)形緩存FIFO中的RF數(shù)據(jù)幀將通過(guò)USB接口上傳，等待上位機(jī)接收。本文選擇USB端點(diǎn)3完成數(shù)據(jù)發(fā)送，該端點(diǎn)大小為128字節(jié)，而802.15.4通信的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度不會(huì)大于128字節(jié)，發(fā)送緩存區(qū)大小滿足要求。數(shù)據(jù)發(fā)送成功點(diǎn)亮紅燈。

2.3協(xié)議分析軟件設(shè)計(jì)

協(xié)議分析軟件程序流程如圖7所示。

圖7　協(xié)議分析軟件程序設(shè)計(jì)流程圖

首先通過(guò)發(fā)現(xiàn)USB設(shè)備這一過(guò)程讓主機(jī)完成枚舉，此后主機(jī)與USB設(shè)備之間通過(guò)USB接口進(jìn)行通信。協(xié)議分析軟件發(fā)送信道配置等命令給偵聽(tīng)設(shè)備并進(jìn)入數(shù)據(jù)幀接收狀態(tài)。從USB接口獲取的數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)協(xié)議解析，可直接顯示MAC層數(shù)據(jù)包，并支持對(duì)ZigBee協(xié)議與CTP協(xié)議棧的分析。利用多個(gè)線程可以進(jìn)行拓?fù)浞治?，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)性能指標(biāo)分析等工作，并利用定時(shí)器線程完成分析結(jié)果和拓?fù)鋱D的動(dòng)態(tài)顯示。

3　實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證本測(cè)試與分析系統(tǒng)的有效性，搭建了被測(cè)試WSN網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行了各項(xiàng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，如被測(cè)網(wǎng)絡(luò)建立時(shí)間、節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加入時(shí)間、數(shù)據(jù)丟包率、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖等。實(shí)驗(yàn)在長(zhǎng)約10m寬約7m的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，存在外界WLAN干擾。

3.1USB數(shù)據(jù)通信

通過(guò)前述偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)USB的配置以及主機(jī)成功完成枚舉過(guò)程后，USB與主機(jī)能夠正常的進(jìn)行通信，上位機(jī)接收界面如圖8所示。

從圖8可以看出偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)使用3號(hào)端點(diǎn)，并在信道11上對(duì)CTP協(xié)議無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行偵聽(tīng)。原始數(shù)據(jù)里每一行都是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀，幀頭是0x75，0x73兩字節(jié)，幀尾是0x73，0x74兩個(gè)字節(jié)，由0009號(hào)節(jié)點(diǎn)向0001號(hào)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖8　USB數(shù)據(jù)通信圖

3.2ZigBee協(xié)議數(shù)據(jù)偵聽(tīng)

實(shí)驗(yàn)中，監(jiān)聽(tīng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)使用1個(gè)偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)、1個(gè)協(xié)調(diào)器和若干終端設(shè)備，組成星型網(wǎng)絡(luò)。該實(shí)驗(yàn)主要功能是通過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的按鍵控制，點(diǎn)亮其他節(jié)點(diǎn)相應(yīng)燈閃爍控制。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D9所示。

圖9　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖9中顯示0001節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，0004號(hào)節(jié)點(diǎn)、0005號(hào)節(jié)點(diǎn)和0009號(hào)節(jié)點(diǎn)為終端節(jié)點(diǎn)構(gòu)成星型網(wǎng)絡(luò)。

3.3CTP協(xié)議數(shù)據(jù)偵聽(tīng)及分析

本實(shí)驗(yàn)采用4個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成CTP無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，0001節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，0004號(hào)節(jié)點(diǎn)作為路由器節(jié)點(diǎn)，其余2個(gè)節(jié)點(diǎn)作為終端節(jié)點(diǎn)。利用數(shù)據(jù)分析中的數(shù)據(jù)解析（CTP）這一標(biāo)簽觀察，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖10所示。

圖10　數(shù)據(jù)接收?qǐng)D

圖10中Ⅰ部分的每一行顯示的均是完整的一個(gè)CTP數(shù)據(jù)幀。圖中依次顯示數(shù)據(jù)接收時(shí)刻、幀長(zhǎng)度、MAC層序號(hào)、地址信息、MAC負(fù)載、接收信號(hào)強(qiáng)度、鏈接質(zhì)量和幀校驗(yàn)等信息。以第5個(gè)幀為例，從圖中可直接看出這是一個(gè)數(shù)據(jù)幀，從0009號(hào)節(jié)點(diǎn)送往0004號(hào)節(jié)點(diǎn)。點(diǎn)擊該行，則在圖Ⅱ部分顯示該幀的路由表信息和鄰居表信息，顯示內(nèi)容表明該幀為轉(zhuǎn)發(fā)幀，傳送路徑是從0009到0004，同時(shí)顯示了節(jié)點(diǎn)ETX值和數(shù)據(jù)負(fù)載信息。圖Ⅲ部分顯示網(wǎng)絡(luò)的單位流量曲線，橫軸是時(shí)間軸，縱軸是單位時(shí)間內(nèi)的流量（包個(gè)數(shù)）。該曲線是在偵聽(tīng)的總包數(shù)不發(fā)生變化時(shí)測(cè)試的，可以看出流量變化比較穩(wěn)定。

圖11顯示4個(gè)節(jié)點(diǎn)在建立穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)后的拓?fù)鋱D。0001號(hào)節(jié)點(diǎn)作為協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)，0005節(jié)點(diǎn)和0009節(jié)點(diǎn)作為終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，0004號(hào)節(jié)點(diǎn)作為路由節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。

圖11　傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.4網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程分析

協(xié)議分析軟件可以通過(guò)對(duì)接收的無(wú)線數(shù)據(jù)包的分析完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程的有效監(jiān)測(cè)，并圖形顯示相關(guān)信息。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先打開(kāi)協(xié)議分析軟件，對(duì)USB偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)設(shè)置了偵聽(tīng)信道、打開(kāi)通信端點(diǎn)，然后依次打開(kāi)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程如圖12所示。

圖12中Ⅰ部分申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)但未能加入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)環(huán)境中存在其他的傳感器節(jié)點(diǎn)，而其他的傳感器節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)接入網(wǎng)絡(luò)，而由于其通信信道不相同未能成功接入網(wǎng)絡(luò)。Ⅱ部分是加入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)相關(guān)信息，信息包括申請(qǐng)入網(wǎng)時(shí)刻、加入網(wǎng)絡(luò)耗時(shí)、入網(wǎng)廣播包數(shù)、LQI值和RSSI值。從圖中可以看出路由節(jié)點(diǎn)0004首先加入網(wǎng)絡(luò)，之后加入的是終端節(jié)點(diǎn)。Ⅲ部分可以選擇入網(wǎng)時(shí)間比較、節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)刻曲線、入網(wǎng)廣播包數(shù)比較三種方式觀察實(shí)驗(yàn)。圖中申請(qǐng)入網(wǎng)時(shí)刻單位是ms。

圖12　網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程圖

3.5網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性分析

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性主要是通過(guò)研究網(wǎng)絡(luò)丟包率變化、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變等現(xiàn)象進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)丟包率從上位機(jī)接收的MAC層幀序號(hào)以及上位機(jī)自身接收到的數(shù)據(jù)幀序號(hào)對(duì)比可以計(jì)算出丟掉包的數(shù)量。拓?fù)渥兓梢詮泥徑颖肀恍薷牡拇螖?shù)分析出穩(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性分析如圖13所示。

圖13中Ⅰ部分從上到下依次顯示偵聽(tīng)的總包數(shù)、廣播包數(shù)、自發(fā)包、轉(zhuǎn)發(fā)包、丟包數(shù)、丟包率、拓?fù)渥兓螖?shù)和節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。從圖中看出當(dāng)前共偵聽(tīng)到304個(gè)包，其中廣播包34個(gè)，自發(fā)包0個(gè)，轉(zhuǎn)發(fā)包270個(gè)。丟包率為0，拓?fù)渥兓螖?shù)為0。Ⅱ部分以餅圖顯示包組成成分對(duì)比，從圖中可以看出，含有路由信息的幀是路由幀，其占據(jù)了總發(fā)包數(shù)量的10%左右，含有轉(zhuǎn)發(fā)信息的幀是轉(zhuǎn)發(fā)幀其占總發(fā)包的90%左右。Ⅲ部分顯示的是拓?fù)渥兓螖?shù)。Ⅳ顯示每個(gè)節(jié)點(diǎn)自身發(fā)出的廣播包、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包以及自身數(shù)據(jù)包數(shù)量。這些圖形顯示直觀地說(shuō)明了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性能。

圖13　網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性分析圖

4　總結(jié)

本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用具有USB接口的偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)完成被測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)偵聽(tīng)，通過(guò)對(duì)所偵聽(tīng)數(shù)據(jù)幀的分析，完成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)和分析功能。除了完整顯示MAC層數(shù)據(jù)幀，系統(tǒng)還可以根據(jù)Zig?Bee或CTP協(xié)議完成數(shù)據(jù)幀的分析，獲取網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)性能參數(shù)，如網(wǎng)絡(luò)建立時(shí)間分析、穩(wěn)定性分析、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)丟包率等，并以圖形方式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。相對(duì)于仿真研究，該監(jiān)測(cè)軟件的設(shè)計(jì)為開(kāi)展無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的各類(lèi)實(shí)驗(yàn)研究提供了有利的支持。

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WSN Monitoring System Based on USB

LUO Hongyu，LE Yanfen*，SHI Caiyuan，LUO Song，SHI Weibin
（School of Optical-Electrical and ComputerEngineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

Abstract：Monitoring the operation of both the single node and the whole network is a key part to do research and development work of wireless sensor network. In order to overcome the speed bottleneck of the transmission based on UART，a novel WSN monitoring system is proposed，which is composed of the sniffer node and the monitoring analysis system. Sniffer node is responsible for monitoring the data of WSN（802.15.4 protocol）encapsulating and sending data to monitor analysis system through CC2531 USB dongle. While the monitor system gets the data from the USB interface and completes storage and analysis of the data. The experimental results show that the design can accomplish data transmission and dynamic display network running state effectively. The design provides a refer?ence for various implements in monitoring WSN.

Key words：WSN；Topology analy；PC software；USB interface；CTP（Collection Tree Protocol）；Zigbee protocol

doi：EEACC：6150P；6150M10.3969/j.issn.1004-1699.2016.03.018

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-1699（2016）03-0411-06