網(wǎng)絡工程師論文無線傳感器網(wǎng)絡測試平臺設計研究

　　隨著近些年來無線傳感器網(wǎng)絡技術研究的不斷深入，出現(xiàn)了眾多測試平臺，下面是小編搜集整理的一篇網(wǎng)絡工程師論文：探究無線傳感器網(wǎng)絡測試平臺設計的論文范文，供大家閱讀參考。

　　摘 要 無線傳感器網(wǎng)絡測試平臺在無線傳感器網(wǎng)絡的深入研究與分析中起到了至關重要的作用。論文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡測試平臺的國內外發(fā)展現(xiàn)狀，在充分分析比較的基礎上提出新型測試平臺設計原則，平臺的基本構造包括PC終端測試系統(tǒng)和若干傳感節(jié)點，根據(jù)不同的測試要求，采集全方位信息，然后把信息打包發(fā)送到PC終端測試系統(tǒng)，在測試系統(tǒng)中集中分析處理這些測試數(shù)據(jù)，測試結果直觀可視化以實現(xiàn)對無線傳感器網(wǎng)絡的測試與分析。文章最后提出了測試平臺中存在的不足，以及未來發(fā)展的趨勢。

　　關鍵詞 無線傳感器網(wǎng)絡;測試平臺;鏈路質量

　　近年來，無線傳感器網(wǎng)絡在國內外學術界和工業(yè)界得到了越來越廣泛的關注與重視，隨著軟硬技術的飛速發(fā)展，取得了非常豐富的研究成果，很多領域都開始向實際應用方向發(fā)展，因此無線傳感器網(wǎng)絡測試技術的跟進與發(fā)展顯得更加重要，尤其是評估節(jié)點狀態(tài)信息的量化與控制節(jié)點網(wǎng)絡行為的監(jiān)視等功能的實現(xiàn)與完善，對無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展起到保駕護航的作用。無論在能量資源、通信能力、運算和存儲方面，無線傳感器網(wǎng)絡都受到極度限制，因此測試平臺面臨更多的技術難題。在無線傳感器網(wǎng)絡的運行環(huán)境中，我們需要考慮兩種狀態(tài)，即網(wǎng)絡狀態(tài)和節(jié)點狀態(tài)。網(wǎng)絡狀態(tài)包括鏈路質量、能量分布以及網(wǎng)絡拓撲變化情況等，是一個全局性的歸納和描述。節(jié)點狀態(tài)主要包括節(jié)點自身的緩沖區(qū)使用情況、剩余能量以及節(jié)點間鏈路質量等狀態(tài)。無線傳感器網(wǎng)絡通常布署在偏遠惡劣的環(huán)境，由于受天氣、地勢以及人為等因素影響，無線傳感器網(wǎng)絡的性能很不穩(wěn)定，因此無線傳感器網(wǎng)絡的評估指標不容易被量化。目前存在的無線傳感器評估標準還很不規(guī)范，怎樣評估網(wǎng)絡的狀態(tài)是我迫切需要解決的問題。

　　1 國內外研究現(xiàn)狀

　　隨著近些年來無線傳感器網(wǎng)絡技術研究的不斷深入，出現(xiàn)了眾多測試平臺，其中典型的實現(xiàn)測試平臺包括MoteLab[2]和Kansei[3]等。MoteLab提供了多種訪問途經(jīng)，為用戶完成測試任務提供了方便，但對于測試評估的方法少，網(wǎng)絡規(guī)模較小，擴展性不強，對能量的測試目前只能通過在一個節(jié)點上連接萬用表實現(xiàn)。俄亥俄州立大學開發(fā)的 Kansei 系統(tǒng)，具有更多可行性，它具有實際節(jié)點與理論模擬相結合的混合模擬方法，提高了測試平臺的實用性和數(shù)據(jù)的可靠性，便攜網(wǎng)絡的設計方法為測試平臺擴大了規(guī)模，使網(wǎng)絡更加豐富靈活，但是這些研究還僅處于初級階段，混合模擬方式的效果還有待于進一步的驗證。基于這些研究成果，我們更需要設計出這樣一個平臺，它具有Motelab與Kansei的優(yōu)點，能夠實現(xiàn)對無線傳感器網(wǎng)絡更加全面與穩(wěn)定的測試。

　　2 無線傳感器網(wǎng)絡測試平臺設計原則

　　無線傳感器網(wǎng)絡測試平臺設計方案主要有主動式和被動式兩種，上文提到的MoteLab平臺就屬于主動式測量，在主動式測量中測試任務由傳感器節(jié)點完成，在正常通信的前提下，測試任務也要占用無線通信的信道帶寬和節(jié)點的CPU、內存等資源，這在一定程度上對無線傳感器網(wǎng)絡的通信質量造成了影響，也會影響到測試結果。被動式測試平臺包括偵測節(jié)點硬件平臺和PC機組成，PC機作為監(jiān)測試主機包含數(shù)據(jù)分析軟件。偵測節(jié)點在保證正常工作不受到干擾的前提下，?用數(shù)據(jù)采集器與射頻模塊進行數(shù)據(jù)通信的方式，將數(shù)據(jù)送至PC機。這種方式可以有效地監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡狀態(tài)，而不占用無線通信信道帶寬和節(jié)點資源，缺點是每個傳感器節(jié)點需配置測試模塊，在大規(guī)模網(wǎng)絡中實現(xiàn)較困難。無線傳感器網(wǎng)絡測試平臺試圖克服這些不足，下面將從網(wǎng)絡控制性能和網(wǎng)絡實現(xiàn)功能兩方面進行分析，總結出一個典型的無線傳感器網(wǎng)絡所具備的設計原則。

　　1)網(wǎng)絡控制方面。

　　①同步操作性：在執(zhí)行試驗的過程中，平臺要對所有參加測試的傳感器節(jié)點上傳試驗的執(zhí)行軟件執(zhí)行并安裝到節(jié)點中，通過平臺控制中心同步啟動軟件，統(tǒng)一設置時間，采集和存儲目標的動作和反應記錄，按規(guī)定終止試驗并向用戶發(fā)送通知和輸出采集到的數(shù)據(jù)。

　　②可移植性：無線傳感器網(wǎng)絡的應用領域廣泛，相對于具體的物理環(huán)境，其硬件系統(tǒng)必定不同，相應的無線傳輸過程中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的工作機制也不盡相同，完善的無線傳感器網(wǎng)絡測試平臺應具備較強的硬件平臺移植開發(fā)的能力。

　　2)實現(xiàn)的功能方面。

　　①監(jiān)控網(wǎng)絡的鏈路質量：無線通信易受自然環(huán)境以及人為等外界因素的干擾，表現(xiàn)為其不穩(wěn)定性，為保證節(jié)點之間的正常通信，目前許多通信協(xié)議都會對無線傳感器網(wǎng)絡的鏈路質量進行測試，并提出了高效性、公平性、平衡性以及延時等性能要求。

　　②監(jiān)控節(jié)點的能量狀態(tài)：傳感器節(jié)的能量狀態(tài)始終處于動態(tài)的變化中，而且傳感器節(jié)點的能量非常有限，并通常處在人不易觸及的險要地帶，確保節(jié)點的供電正常就成了一個難題。而且對節(jié)點能量狀態(tài)進行測試的過程本身也消耗能量。

　　③顯示網(wǎng)絡的拓撲結構：由于傳感器節(jié)點的能量十分有限，再加上易受到外界干擾破壞，節(jié)點很容易失效，網(wǎng)張的拓撲結構隨時都可能發(fā)生改變，如果測試平臺使得網(wǎng)絡的拓撲結構直觀可視化，便于對于整個網(wǎng)絡的監(jiān)控與及時做出調整。

　　3 結束語

　　無線傳感器網(wǎng)絡在國內外的應用雖然還處在初級階段，隨著硬軟件技術的飛速發(fā)展，不斷攻克了技術難關，已經(jīng)取得了不少優(yōu)秀的成果，由于無線傳感器網(wǎng)絡應用的多樣性，對于平臺進一步的改進工作可對硬件平臺進行功能擴展，將協(xié)議的分析集中到軟件系統(tǒng)中進行，這樣可以增加數(shù)據(jù)通信量。另外，測試平臺界面的設計也可以進行改進，使其更加美觀通用。

　　參考文獻

　　[1]楊宇，徐勇軍，李曉維.SNAMP：支持無線傳感器網(wǎng)絡 發(fā)和調試的測試床[J].計算機科學，2011， 35(llA)：363-367.

　　[2]Werner-Allen G， Swieskowski P， Welsh M. MoteLab： A wireless sensor network testbed. In： Proc. of the 4th Int’l Symp. on Information Processing in Sensor Networks. Los Angeles： ACM/IEEE， 2005.

　　[3]Dutta P， Hui J， Jeong J， Kim S， Sharp C， TanejaJ， Tolle G， Whitehouse K，Culler D. Trio：Enabling sustainable and scalable outdoor wireless sensor network deployments.In： Proc. of the 5th Int’l Conf. on Information Processing in Sensor Networks.Nashville： IEEE，2006.

　　[4]盧良進，徐向華，童超.無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議分析技術研究與實現(xiàn)[J].傳感技術學報，2009，22(12)：1828-1833.