專利名稱：支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的支持系統(tǒng)，尤其是涉及一種支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
WSN (Wireless Sensor Network,無線傳感器網(wǎng)絡(luò))是由一組分布在設(shè)定位置的多 個傳感器節(jié)點以無線自組織網(wǎng)絡(luò)的方式構(gòu)成的面向任務(wù)的無線網(wǎng)絡(luò)，它綜合了傳感器技 術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域技術(shù)， 通過各類微型傳感器對目標(biāo)信息進行實時監(jiān)測，由嵌入式計算資源對信息進行處理，并 通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳送至遠(yuǎn)程用戶端。WSN具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事 國防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、防恐反恐、危險區(qū)域 遠(yuǎn)程控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價值和實用價值。
然而，WSN本質(zhì)上是一種資源受限的分布式系統(tǒng)無線自主的傳感器節(jié)點被設(shè)置 在各種物理環(huán)境中，相互協(xié)作分工，完成數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)墓δ?，但這些傳感器 節(jié)點的大量能量和帶寬都為極其有限。從微觀角度看，傳感器節(jié)點的狀態(tài)的獲取難度遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于普通的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，從宏觀角度看，網(wǎng)絡(luò)的運行狀況和性能也比一般網(wǎng)絡(luò)難以度量 和分析，這就給WSN的開發(fā)、調(diào)試和本身在應(yīng)用現(xiàn)場的部署帶來了極大的困難。
目前，WSN的開發(fā)和調(diào)試主要依靠網(wǎng)絡(luò)軟件模擬的方法。網(wǎng)絡(luò)模擬軟件可以進行 大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)運行仿真，并易于調(diào)試，但由于難以模擬真實的物理環(huán)境和無線信道特性， 且模擬軟件都使用了簡化的模型，使得實際運行效果與仿真結(jié)果往往有很大差別，導(dǎo)致 WSN返工甚至失敗。
隨著研究和應(yīng)用的深入，WSN研究者們認(rèn)識到，通過使用真實的WSN節(jié)點建立網(wǎng) 絡(luò)測試床(testbed)，則可以在較為真實的環(huán)境中驗證和測試網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議和算法，避免 了因模型簡化導(dǎo)致的理論誤差。因此，近年來，網(wǎng)絡(luò)測試床越來越為WSN研究者們所 關(guān)注， 一些著名的大學(xué)和研究機構(gòu)紛紛建立了相應(yīng)的軟硬件設(shè)施，其中最有代表性的是 哈佛大學(xué)的MoteLab、俄亥俄州立大學(xué)的Kansei和加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的Emstar。
MoteLab由多個部署在辦公室環(huán)境的WSN節(jié)點組成，所有節(jié)點通過串口一以太網(wǎng) 口轉(zhuǎn)接板接入局域網(wǎng)，進而與服務(wù)器相連；服務(wù)器通過以太網(wǎng)對節(jié)點進行重編程以及收 集實驗數(shù)據(jù)，并對外以Web的方式提供了試驗任務(wù)管理、日程調(diào)度和用戶訪問控制等功能，使得多個用戶可以共享該網(wǎng)絡(luò)測試床。Kansd由靜止網(wǎng)絡(luò)、便攜網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò) 三部分組成；便攜網(wǎng)絡(luò)用于部署到實際環(huán)境中進行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)發(fā) 送至Kansei的軟件平臺Director上，在軟件平臺Director中先對數(shù)據(jù)建立基于物理參數(shù) 特性的模型，再通過概率插值等方法將數(shù)據(jù)擴展到靜止網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)中，進行混合模 擬實驗。Emstar本質(zhì)上是一個混合平臺，它將各個傳感器節(jié)點用串口線連接到仿真服務(wù) 器上，每個傳感器節(jié)點對應(yīng)仿真服務(wù)器上的一個仿真節(jié)點，進行網(wǎng)絡(luò)仿真時，仿真節(jié)點 之間的通信仍然通過真實的傳感器節(jié)點進行。
MoteLab提供了較為便利的程序更新和數(shù)據(jù)收集，在一定程度上提高了傳感器網(wǎng)絡(luò) 的開發(fā)效率，然而，它對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)調(diào)試的支持基本為零，數(shù)據(jù)整理和分析的絕大 部分工作仍然需要用戶自己去完成；Kansei的便攜網(wǎng)絡(luò)提供了獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)的手段，但 不支持現(xiàn)場調(diào)試，其在靜止網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)上實施的插值方法也會給網(wǎng)絡(luò)實驗帶來誤 差；Emstar的混合特性提供了較好的調(diào)試支持，但是其調(diào)試功能主要依賴于網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán) 境，真實度有限。此外，上述網(wǎng)絡(luò)測試床系統(tǒng)均以有線方式將WSN節(jié)點相連，因此只 能安裝在實驗室環(huán)境中，與最終的應(yīng)用環(huán)境還是有相當(dāng)差異，并且規(guī)模也很難進一步擴 展大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種真實度高，且支持真實的物理環(huán)境和無線信 道特性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā) 和調(diào)試的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括調(diào)試服務(wù)器、客戶端運行平臺、多個用于采集傳感數(shù)據(jù)的目 標(biāo)節(jié)點以及多個與所述的目標(biāo)節(jié)點連接的調(diào)試節(jié)點，所述的目標(biāo)節(jié)點以自組織網(wǎng)絡(luò)的方 式組成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，所述的調(diào)試節(jié)點以無線技術(shù)組成調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，所述的調(diào)試網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)
節(jié)點與所述的調(diào)試服務(wù)器連接，所述的客戶端運行平臺以IP (Internet Protocol, Internet
協(xié)議)網(wǎng)絡(luò)或其他通信網(wǎng)絡(luò)與所述的調(diào)試服務(wù)器通信交互。
所述的無線技術(shù)為藍(lán)牙技術(shù)或WiFi (Wireless Fidelity,無線保真)技術(shù)。 所述的調(diào)試服務(wù)器包括服務(wù)器運行平臺和數(shù)據(jù)庫，所述的服務(wù)器運行平臺分別與所
述的客戶端運行平臺和所述的調(diào)試節(jié)點通信交互；所述的服務(wù)器運行平臺收集所述的調(diào)
試節(jié)點記錄的所述的目標(biāo)節(jié)點的運行信息，并將運行信息存入所述的數(shù)據(jù)庫；所述的服
務(wù)器運行平臺將所述的客戶端運行平臺發(fā)出的調(diào)試請求轉(zhuǎn)換成具體的控制命令，指示所
述的調(diào)試節(jié)點執(zhí)行相應(yīng)的動作，并處理相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果。
所述的服務(wù)器運行平臺與所述的客戶端運行平臺之間通過通信接口相互通信交互，
所述的通信接口為基于XML-RPC (XML Remote Procedure Call, XML遠(yuǎn)程方法調(diào)用)技術(shù)的遠(yuǎn)程過程調(diào)用機制。
所述的目標(biāo)節(jié)點上設(shè)置有硬件接口和軟件接口；所述的硬件接口包括UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步收發(fā)器)接口、重置接口、在 線編程接口和中斷請求接口；所述的軟件接口為用于控制所述的目標(biāo)節(jié)點的中斷程序調(diào) 用，其包括節(jié)點程序更新調(diào)用、功率控制調(diào)用以及通過所述的UART接口發(fā)送事件報告 和工作日志的調(diào)用。
所述的客戶端運行平臺上設(shè)置有用戶界面模塊，所述的用戶界面模塊包括由控制視 圖、測試腳本視圖和控制日志視圖構(gòu)成的控制界面，由網(wǎng)絡(luò)運行視圖、消息序列視圖和 監(jiān)視日志視圖構(gòu)成的監(jiān)視界面以及分析界面；所述的控制界面為控制所述的目標(biāo)節(jié)點的 用戶接口，所述的監(jiān)視界面為觀察WSN運行狀況的用戶接口，所述的分析界面為分析 WSN實驗結(jié)果的用戶接口。
所述的監(jiān)視界面上設(shè)置有過濾器和文件輸出模塊，所述的文件輸出模塊將WSN的 整個運行過程輸出到文本文件中，供用戶進行離線調(diào)試。
所述的客戶端運行平臺上還設(shè)置有用于輸出屬性文件的輸出模塊，所述的屬性文件 中存儲有所述的客戶端運行平臺的各項設(shè)置參數(shù)、所述的過濾器的設(shè)置參數(shù)以及所述的 調(diào)試服務(wù)器的地址。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下
1、 將控制功能集成到獨立的調(diào)試節(jié)點中，使得目標(biāo)節(jié)點的軟硬件結(jié)構(gòu)可以與實際 部署的WSN的傳感器節(jié)點基本相同，這為WSN開發(fā)和調(diào)試提供了幾乎完全真實的軟硬 件基礎(chǔ)平臺，從而使得實際運行效果與實驗結(jié)果極相近，提高了真實度；
2、 采用了獨立的無線的調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，因此該系統(tǒng)可以跟隨WSN的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)一起部署 在應(yīng)用現(xiàn)場，進行現(xiàn)場調(diào)試，這為WSN開發(fā)和調(diào)試提供了完全真實的物理環(huán)境；
3、 采用了獨立的調(diào)試節(jié)點，可以在開發(fā)的過程中，根據(jù)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小 動態(tài)的調(diào)整本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時，可以將全部目標(biāo)節(jié)點都與調(diào)試節(jié)點連接； 而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，可以選擇部分目標(biāo)節(jié)點作為關(guān)鍵節(jié)點與調(diào)試節(jié)點連接，這為大規(guī) 模的WSN開發(fā)和調(diào)試提供了有效地保障；
4、 提供了測試腳本和測試包等手段，提高了實驗的自動化程度，方便用戶進行復(fù) 雜的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)實驗；
5、 提供了多種可視化視圖，方便用戶觀察和分析目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和目標(biāo)節(jié)點的狀態(tài)和性 能，并提供了過濾器，使得用戶能迅速定向到感興趣的網(wǎng)絡(luò)子集；
6、 提供了文件輸出模塊和輸出屬性文件的輸出模塊，方便了用戶進行離線調(diào)試和 分析，以及快速恢復(fù)實驗設(shè)置；
7、 該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)采用了C/S (Client/Server,客戶機/服務(wù)器)模式，支持遠(yuǎn)程 調(diào)試，在客戶端運行平臺和調(diào)試服務(wù)器以及調(diào)試服務(wù)器和調(diào)試節(jié)點間采用了基于XML-RPC技術(shù)的遠(yuǎn)程過程調(diào)用機制的通信接口，不僅通信效率高，而且便于本系統(tǒng)的 功能擴充。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的調(diào)試服務(wù)器和客戶端運行平臺的結(jié)構(gòu)及它們之間的連接示意圖； 圖3為本發(fā)明的目標(biāo)節(jié)點與調(diào)試節(jié)點之間的接口示意圖； 圖4為對本發(fā)明的目標(biāo)節(jié)點進行程序更新的過程示意圖； 圖5為使用腳本進行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗的過程示意圖6為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的軟件模擬和測試床在WSN開發(fā)和調(diào)試的真實度以及網(wǎng) 絡(luò)規(guī)模上的比較示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。
如圖1所示， 一種支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括調(diào)試服 務(wù)器、多個用于采集傳感數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點、多個與目標(biāo)節(jié)點連接的調(diào)試節(jié)點以及客戶端 運行平臺，目標(biāo)節(jié)點以自組織網(wǎng)絡(luò)的方式組成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，自主工作，各個調(diào)試節(jié)點采用 帶寬高且穩(wěn)定性好的成熟的無線技術(shù)組成調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試網(wǎng)絡(luò)的運行不影響目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的 運行，調(diào)試網(wǎng)絡(luò)通過一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點與調(diào)試服務(wù)器連接，遠(yuǎn)程的客戶端運行平臺以IP
(Internet Protocol, Internet協(xié)議)網(wǎng)絡(luò)或其他通信網(wǎng)絡(luò)與調(diào)試服務(wù)器通信交互。本實施 例中目標(biāo)節(jié)點按照應(yīng)用設(shè)計要求被部署在應(yīng)用區(qū)域或者實驗區(qū)域，每個目標(biāo)節(jié)點連接一 個調(diào)試節(jié)點，但如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模過大，可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)狀況，選擇部分目標(biāo)節(jié)點 作為關(guān)鍵節(jié)點與調(diào)試節(jié)點連接；調(diào)試節(jié)點為完整獨立的無線節(jié)點；無線技術(shù)可以為藍(lán)牙 技術(shù)，也可以為WiFi (Wireless Fidelity,無線保真)技術(shù)；該系統(tǒng)整體采用C/S (Client/ Server,客戶機/服務(wù)器)模式。
本實施例中的目標(biāo)節(jié)點的軟硬件結(jié)構(gòu)與實際部署的WSN的傳感器節(jié)點基本相同， 不同的是目標(biāo)節(jié)點不直接參與調(diào)試活動，而是與調(diào)試節(jié)點連接，在調(diào)試節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點 之間建立相互連接的硬件接口和軟件接口，如圖3所示，通過硬件接口和軟件接口接受 調(diào)試節(jié)點的控制；硬件接口可以是將目標(biāo)節(jié)點的MCU (Micro Controller Unit,微控制 器單元)的各個功能引腳引出的插槽，這樣調(diào)試節(jié)點可以很方便的卡接在目標(biāo)節(jié)點上， 硬件接口包括UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步收發(fā)器) 接口、重置接口、在線編程接口和中斷請求接口等；軟件接口為一系列用于控制目標(biāo)節(jié) 點的中斷程序調(diào)用，其包括節(jié)點程序更新調(diào)用(即在線編程)、功率控制調(diào)用以及通過UART接口發(fā)送事件報告和工作日志的調(diào)用等，功率控制有電池開關(guān)、功率設(shè)定以及電 池狀態(tài)查詢等。調(diào)試節(jié)點從調(diào)試服務(wù)器接收控制命令，然后控制目標(biāo)節(jié)點，目標(biāo)節(jié)點也 在需要時向調(diào)試節(jié)點匯報信息，這些匯報信息被加上時間戳，存儲在調(diào)試節(jié)點中，等待 調(diào)試服務(wù)器的查詢。硬件接口和軟件接口的設(shè)置一方面使得對目標(biāo)節(jié)點的影響減到最 小，讓其能最大限度的無干擾運行，另一方面也降低了調(diào)試服務(wù)器的負(fù)載，即只有在調(diào) 試服務(wù)器需要時，才從調(diào)試節(jié)點檢索相關(guān)信息。
如圖2所示，調(diào)試服務(wù)器包括服務(wù)器運行平臺和數(shù)據(jù)庫，運行服務(wù)器運行平臺和數(shù) 據(jù)庫，將調(diào)試網(wǎng)絡(luò)和客戶端運行平臺連接起來，并負(fù)責(zé)在調(diào)試網(wǎng)絡(luò)和客戶端運行平臺間 傳遞和記錄各種調(diào)試信息；服務(wù)器運行平臺收集調(diào)試節(jié)點記錄的目標(biāo)節(jié)點的運行信息， 并將運行信息存入數(shù)據(jù)庫中；同時，服務(wù)器運行平臺將客戶端運行平臺發(fā)出的調(diào)試請求 轉(zhuǎn)換成具體的控制命令，指示相應(yīng)的調(diào)試節(jié)點執(zhí)行相應(yīng)的動作，并處理相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果。 服務(wù)器運行平臺與客戶端運行平臺之間通過通信接口相互通信交互，通信接口采用基于 XML-RPC (XML Remote Procedure Call， XML遠(yuǎn)程方法調(diào)用)技術(shù)的遠(yuǎn)程過程調(diào)用機 制，發(fā)送控制命令，或從數(shù)據(jù)庫中下載實驗信息。
調(diào)試網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)試節(jié)點受調(diào)試服務(wù)器控制，并進一步用于控制和監(jiān)視目標(biāo)節(jié)點，其 主要功能主要包括兩個方面， 一方面為調(diào)試服務(wù)器提供遠(yuǎn)程調(diào)用接口，使得調(diào)試服務(wù)器 能對調(diào)試節(jié)點進行功能控制，并向調(diào)試服務(wù)器發(fā)送報告，為適應(yīng)調(diào)試節(jié)點的嵌入式環(huán)境， 在其上建立輕量級的遠(yuǎn)程過程調(diào)用環(huán)境；另一方面接收調(diào)試服務(wù)器發(fā)來的控制命令，對
目標(biāo)節(jié)點進行控制，如重置、節(jié)點程序更新、發(fā)送指令和接收事件報告等。
上述客戶端運行平臺是直接面對用戶的后端運行平臺，它與調(diào)試服務(wù)器相互通信交 互，使得用戶能夠?qū)B接在調(diào)試節(jié)點上的目標(biāo)節(jié)點進行控制、監(jiān)視和性能分析?？蛻舳?運行平臺設(shè)置有用戶界面模塊，用戶界面模塊包括控制界面、監(jiān)視界面和分析界面。 1、控制界面，提供了控制目標(biāo)節(jié)點的用戶接口，該界面包括三個子界面
1) 、控制視圖控制視圖中顯示各個目標(biāo)節(jié)點的部署情況，用戶可以在該視圖中選
擇相應(yīng)的單個或者多個目標(biāo)節(jié)點，對目標(biāo)節(jié)點進行手工控制，直接向它們發(fā)送控制命令，
如進行節(jié)點程序更新，功率控制等；
2) 、測試腳本視圖該系統(tǒng)提供了腳本形式的接口，供用戶在需要執(zhí)行復(fù)雜的組網(wǎng) 實驗時，描述測試計劃(如實驗時間、參與實驗的節(jié)點、分組發(fā)送數(shù)量和頻率以及節(jié)點 的功率等)，用戶可以在測試腳本視圖中創(chuàng)建、編輯、設(shè)定和執(zhí)行實驗?zāi)_本；客戶端運 行平臺負(fù)責(zé)將測試腳本解釋成具體的控制命令，發(fā)送給調(diào)試服務(wù)器，實驗結(jié)果將存儲在 調(diào)試服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中；針對更復(fù)雜的實驗，用戶還可以將多個測試腳本組織成一個測 試包，自動順序執(zhí)行，實現(xiàn)實驗自動化；
3) 、控制日志視圖該視圖以文字的形式輸出控制命令和測試腳本的執(zhí)行和反饋信 息，供用戶參考以及及時發(fā)現(xiàn)故障確?？刂瞥晒??？刂平缑孢€包括一個控制命令解析模塊，該模塊的功能主要為將用戶在控制視圖 中輸入的控制命令傳遞給調(diào)試服務(wù)器；解釋用戶輸入的測試腳本，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制 命令序列，傳遞給調(diào)試服務(wù)器；從調(diào)試服務(wù)器中查詢相應(yīng)的控制反饋信息，供控制曰志 視圖輸出。
2、 監(jiān)視界面，提供了觀察WSN運行狀況的用戶接口，該界面包括三個子界面
1) 、網(wǎng)絡(luò)運行視圖該視圖采用多種可視化形式實時顯示目標(biāo)節(jié)點的分布情況、目 標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的運行情況及各個目標(biāo)節(jié)點之間的通信事件以彩色箭頭的形式描繪出目標(biāo)節(jié)點 間的分組傳遞(不同的顏色代表不同的傳遞結(jié)果，如分組接收成功顯示為綠色，失敗則 為紅色)，以彩色連線代表目標(biāo)節(jié)點間的鏈路(不同顏色表示不同的鏈路質(zhì)量，如綠色 表示鏈路質(zhì)量好，藍(lán)色表示鏈路質(zhì)量一般，紅色代表鏈路質(zhì)量低)，并在連線上標(biāo)注鏈 路質(zhì)量數(shù)值；以彩色圓形表示節(jié)點，不同的顏色代表不同的剩余能量水平(如綠色表示 剩余能量多，藍(lán)色表示剩余能量不多，紅色代表剩余能量已低于警戒值)；
2) 、消息序列視圖該視圖為用戶提供了另一個以時間為基準(zhǔn)的視角來觀察目標(biāo)網(wǎng) 絡(luò)的運行情況和目標(biāo)節(jié)點間的通信，并以彩色箭頭的形式描繪出節(jié)點間的分組傳遞；
3) 、監(jiān)視日志視圖該視圖以文字的形式輸出目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)運行過程中的詳細(xì)信息，供 用戶參考以及及時發(fā)現(xiàn)故障。
如果網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較大，監(jiān)視界面中顯示的信息過于紛亂，用戶還可以通過設(shè)置在監(jiān) 視界面上的過濾器設(shè)定需要觀察的節(jié)點和屬性集合， 一旦過濾器實施，監(jiān)視界面中將只 顯示特定的節(jié)點和屬性集合，便于用戶觀察網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，便于用戶進行調(diào)試，并避 免了無關(guān)信息的干擾。
監(jiān)視界面還設(shè)置有文件輸出模塊，即將WSN的整個運行過程輸出到一個文本文件 中，供用戶進行離線調(diào)試。
監(jiān)視界面還包括一個網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視模塊，該模塊的功能主要為從調(diào)試服務(wù)器下載目標(biāo) 網(wǎng)絡(luò)的運行信息，供該界面中的各視圖顯示；接受用戶指定的過濾器，并根據(jù)過濾器的 設(shè)定過濾相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)信息。
3、 分析界面，提供了分析網(wǎng)絡(luò)實驗結(jié)果的用戶接口，該界面包括實驗結(jié)果分析模 塊和若干分析視圖(如直方圖、曲線圖等)；實驗結(jié)果分析模塊從調(diào)試服務(wù)器中下載實 驗結(jié)果，并分類整理組織；用戶可以在分析視圖中選擇直方圖、曲線圖等形式觀察和分 析實驗結(jié)果；用戶還可以將實驗結(jié)果保存為文本文件，供下次分析之用。
客戶端運行平臺還設(shè)置有用于輸出屬性文件的輸出模塊。用戶在設(shè)定好客戶端運行 平臺的各項設(shè)置后，可以將這些設(shè)置的設(shè)置參數(shù)保存為屬性文件，屬性文件中還可存儲 諸如過濾器的設(shè)置參數(shù)，對不同通信事件設(shè)置的顏色和調(diào)試服務(wù)器的地址等信息，屬性 文件可以讓用戶快速恢復(fù)同一實驗設(shè)置。
本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)和調(diào)試的核心功能是對目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的控制。節(jié)點程序更新是開發(fā)和調(diào)試過程中一個經(jīng)常重復(fù)，也是非常重要的一個控制操作。因此，下面以 節(jié)點程序更新為例描述如何利用本發(fā)明對網(wǎng)絡(luò)進行控制，如圖4所示，具體過程如下
a. 用戶在控制視圖中選定一個或者多個需要更新程序的目標(biāo)節(jié)點，同時選定新的節(jié) 點程序文件(通常是后綴名為hex或者bin文件)；
b. 客戶端運行平臺將新的程序文件轉(zhuǎn)換成字符串形式，發(fā)送給調(diào)試服務(wù)器，在等待 一段時間后，客戶端運行平臺不斷從調(diào)試服務(wù)器中査詢更新報告情況；
c. 調(diào)試服務(wù)器將新的程序文件還原成二進制形式，并通過調(diào)試網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給相關(guān)的調(diào) 試節(jié)點；
d. 調(diào)試節(jié)點將新的程序文件下載到目標(biāo)節(jié)點上，并控制目標(biāo)節(jié)點更新程序；
e. 目標(biāo)節(jié)點完成程序更新后，向調(diào)試節(jié)點發(fā)送更新是否成功的更新報告；
f. 調(diào)試節(jié)點將更新報告發(fā)送給調(diào)試服務(wù)器；
g. 調(diào)試服務(wù)器將更新報告發(fā)送給客戶端運行平臺，客戶端運行平臺在控制日志視圖 中顯示相應(yīng)的更新報告，供用戶參考。
從圖4中可以看出，在調(diào)試服務(wù)器、調(diào)試節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之間采用的是"推動式" 的通信模式，即在接收到消息后再采取相應(yīng)動作，而在客戶端運行平臺和調(diào)試服務(wù)器之 間采取的是"拉動式"的通信模式，即客戶端運行平臺在發(fā)送命令后不斷向服務(wù)器查詢 結(jié)果。兩種通信模式的結(jié)合不僅考慮了調(diào)試服務(wù)器、調(diào)試節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之間以及客戶 端運行平臺和調(diào)試服務(wù)器之間的通信介質(zhì)承載能力的差異，而且使得用戶能比較及時的 獲得命令反饋。
本發(fā)明的實驗自動化是以測試腳本為核心的，提高了 WSN開發(fā)和調(diào)試的效率。下 面以一個簡單的實驗例子來說明實驗自動化的實施方式，該實驗包括兩個目標(biāo)節(jié)點，兩
個目標(biāo)節(jié)點分別以A和B表示，其具體過程如下-
a. 對A和B進行初始化，設(shè)定各種參數(shù)；
b. B準(zhǔn)備接收分組，A開始發(fā)送分組；
c. A在發(fā)送指定的間隔后，停止發(fā)送；d. B計算分組接收率，并報告給調(diào)試服務(wù)器；
e. 客戶端運行平臺查詢實驗結(jié)果。 如圖5所示，用戶實施上述實驗的具體過程如下
a. 在測試腳本視圖中輸入描述并執(zhí)行該實驗過程的腳本；
b. 客戶端運行平臺的控制命令解析模塊將該測試腳本解釋為具體的控制命令，發(fā)送
給調(diào)試服務(wù)器；
c. 調(diào)試服務(wù)器通過與A連接的調(diào)試節(jié)點向A發(fā)送初始化命令，A完成初始化并報
告，
d. 調(diào)試服務(wù)器通過與B連接的調(diào)試節(jié)點向B發(fā)送初始化命令，B完成初始化并報e. 調(diào)試服務(wù)器通過與B連接的調(diào)試節(jié)點向B發(fā)送開始接收分組的命令；
f. 調(diào)試服務(wù)器通過與A連接的調(diào)試節(jié)點向A發(fā)送開始發(fā)送分組的命令；
g. 調(diào)試服務(wù)器通過與A連接的調(diào)試節(jié)點向A發(fā)送停止發(fā)送分組的命令；
h. 調(diào)試服務(wù)器通過與B連接的調(diào)試節(jié)點向B發(fā)送計算分組接收率的命令；
i. B向調(diào)試服務(wù)器匯報計算結(jié)果；
j.客戶端運行平臺從調(diào)試服務(wù)器獲得實驗結(jié)果。
為了清晰地表現(xiàn)整個過程，圖5中略去了調(diào)試節(jié)點環(huán)節(jié)，以及客戶端運行平臺和調(diào) 試服務(wù)器之間的通信細(xì)節(jié)，具體可參考圖4。上述過程中，過程c和過程d的報告結(jié)果 可以在控制日志視圖中查看，過程e、過程f和過程g的運行過程可以在網(wǎng)絡(luò)運行視圖、 消息序列視圖和監(jiān)視日志視圖中觀察到。在監(jiān)視界面中，用戶可以選擇將實驗過程記錄 為一個文本文件，供日后離線觀察。用戶獲得數(shù)據(jù)后，可以在分析界面中進行相應(yīng)的計 算和分析。
圖6給 出了本發(fā)明與軟件模擬及測試床在WSN開發(fā)和調(diào)試的真實度以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 的對比，從圖中可以看出本發(fā)明的真實度高，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，說明本發(fā)明的系統(tǒng)是可 行有效的。
權(quán)利要求
1、一種支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括調(diào)試服務(wù)器、客戶端運行平臺、多個用于采集傳感數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點以及多個與所述的目標(biāo)節(jié)點連接的調(diào)試節(jié)點，所述的目標(biāo)節(jié)點以自組織網(wǎng)絡(luò)的方式組成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，所述的調(diào)試節(jié)點以無線技術(shù)組成調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，所述的調(diào)試網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點與所述的調(diào)試服務(wù)器連接，所述的客戶端運行平臺以IP網(wǎng)絡(luò)與所述的調(diào)試服務(wù)器通信交互。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的無線技術(shù)為藍(lán)牙技術(shù)或WiFi技術(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的調(diào)試服務(wù)器包括服務(wù)器運行平臺和數(shù)據(jù)庫，所述的服務(wù)器運行平臺分別與所述 的客戶端運行平臺和所述的調(diào)試節(jié)點通信交互；所述的服務(wù)器運行平臺收集所述的調(diào)試 節(jié)點記錄的所述的目標(biāo)節(jié)點的運行信息，并將運行信息存入所述的數(shù)據(jù)庫；所述的服務(wù) 器運行平臺將所述的客戶端運行平臺發(fā)出的調(diào)試請求轉(zhuǎn)換成具體的控制命令，指示所述 的調(diào)試節(jié)點執(zhí)行相應(yīng)的動作，并處理相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的服務(wù)器運行平臺與所述的客戶端運行平臺之間通過通信接口相互通信交互，所 述的通信接口為基于XML-RPC技術(shù)的遠(yuǎn)程過程調(diào)用機制。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的目標(biāo)節(jié)點上設(shè)置有硬件接口和軟件接口；所述的硬件接口包括UART接口、重 置接口、在線編程接口和中斷請求接口；所述的軟件接口為用于控制所述的目標(biāo)節(jié)點的 中斷程序調(diào)用，其包括節(jié)點程序更新調(diào)用、功率控制調(diào)用以及通過所述的UART接口發(fā) 送事件報告和工作日志的調(diào)用。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的客戶端運行平臺上設(shè)置有用戶界面模塊，所述的用戶界面模塊包括由控制視 圖、測試腳本視圖和控制日志視圖構(gòu)成的控制界面、由網(wǎng)絡(luò)運行視圖、消息序列視圖和 監(jiān)視日志視圖構(gòu)成的監(jiān)視界面以及分析界面；所述的控制界面為控制所述的目標(biāo)節(jié)點的 用戶接口，所述的監(jiān)視界面為觀察WSN運行狀況的用戶接口，所述的分析界面為分析 WSN實驗結(jié)果的用戶接口。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在 于所述的監(jiān)視界面上設(shè)置有過濾器和文件輸出模塊，所述的文件輸出模塊將WSN的整 個運行過程輸出到文本文件中，供用戶進行離線調(diào)試。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，其特征在于所述的客戶端運行平臺上還設(shè)置有用于輸出屬性文件的輸出模塊，所述的屬性文件中 存儲有所述的客戶端運行平臺的各項設(shè)置參數(shù)、所述的過濾器的設(shè)置參數(shù)以及所述的調(diào) 試服務(wù)器的地址。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場開發(fā)和調(diào)試的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括調(diào)試服務(wù)器、客戶端運行平臺、多個目標(biāo)節(jié)點以及多個與目標(biāo)節(jié)點連接的調(diào)試節(jié)點，目標(biāo)節(jié)點以自組織網(wǎng)絡(luò)的方式組成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試節(jié)點以無線技術(shù)組成調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點與調(diào)試服務(wù)器連接，客戶端運行平臺與調(diào)試服務(wù)器通信交互；本發(fā)明優(yōu)點在于將控制功能集成到獨立的調(diào)試節(jié)點中，使得目標(biāo)節(jié)點的軟硬件結(jié)構(gòu)與實際部署的WSN節(jié)點基本相同，這為WSN開發(fā)和調(diào)試提供了幾乎完全真實的軟硬件基礎(chǔ)平臺，從而使得實際運行效果與實驗結(jié)果極相近，提高了真實度；采用了獨立的調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，可以直接部署在應(yīng)用現(xiàn)場，不再受場地限制，為WSN開發(fā)和調(diào)試提供了完全真實的物理環(huán)境。
文檔編號H04L12/26GK101321093SQ200810062209
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者鵬 夏, 鵬 姜, 路 孫, 徐勇軍, 宇 楊 申請人:寧波高新區(qū)深聯(lián)科技有限公司