CN102572873A - 无线传感器网络侦听*** - Google Patents

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CN102572873A CN2011103970129A CN201110397012A CN102572873A CN 102572873 A CN102572873 A CN 102572873A CN 2011103970129 A CN2011103970129 A CN 2011103970129A CN 201110397012 A CN201110397012 A CN 201110397012A CN 102572873 A CN102572873 A CN 102572873A
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张磊
施伟斌
张营凯
袁明辉
王延政
乐燕芬
苏胜君
李瑞祥
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Abstract

一种无线传感器网络侦听***，涉及网络测试技术领域，所解决的是测试无线传感器网络的技术问题。该***包括监测主机、数据传输网络，及至少一个侦听终端；所述数据传输网络的网络拓扑结构为树形，由至少一个USB集线器级联而成，各USB集线器分别构成数据传输网络的各个节点；所述监测主机连接根节点USB集线器的上行端口；各子节点USB集线器各经一信号放大传输模块接到其父节点USB集线器；各侦听终端分散布设在被测无线传感器网络中，各侦听终端的射频接口分别连接无线传感器网络中的各传感器节点，各侦听终端的USB接口各经一信号放大传输模块分别接到各节点USB集线器的下行端口。本发明提供的***，对被测网络无干扰。

Description

无线传感器网络侦听***
技术领域
本发明涉及网络测试技术，特别是涉及一种无线传感器网络侦听***的技术。
背景技术
无线传感器网络（WSN: Wireless Sensor Network）是由大量微型传感器节点组成，以无线方式通信的自组织网络。这些微型传感器节点具有一定的感知、通信、计算能力，能够实现各种数据采集和实时控制。
为了开展无线传感器网络的研究和开发工作，需要对无线传感器网络进行测试。现有用于无线传感器网络测试的***有哈佛大学开发的MoteLab平台，俄亥俄州大学开发的Kansei平台、Crossbow公司开发的MoteWorks平台。
MoteLab平台的节点形式单一，其网络规模较小，扩展性不强，网络中的传感器节点采集的数据除了通过射频模块进行无线传输外，还需要通过串口将数据传送至以太网，这会增加了传感器节点CPU的负担。
Kansei平台通过便携网络在真实环境中采集数据，采用实际节点与理论模型相结合的混合模拟方法，扩展了网络的规模，增强了测试效果，但混合模拟的可信度有待进一步验证，而且单个侦听节点无法全面监测整个网络。
MoteWorks平台中，节点采集的数据和测试数据都通过无线方式传输，占用了信道的带宽，对被测的无线传感器网络会产生一定程度的干扰。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种不会增加传感器节点负担，且对被测网络无干扰，能通过单个侦听终端全面监测整个无线传感器网络的无线传感器网络侦听***。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种无线传感器网络侦听***，包括监测主机、数据传输网络，及至少一个侦听终端，其特征在于：
所述数据传输网络的网络拓扑结构为树形，由至少一个USB集线器级联而成，每个USB集线器均设有一个上行端口及多个下行端口，各USB集线器分别构成数据传输网络的各个节点；
所述监测主机经USB线缆连接数据传输网络中的根节点USB集线器的上行端口；
所述数据传输网络中，各子节点USB集线器的上行端口各经一信号放大传输模块接到其父节点USB集线器的一个下行端口；
所述各侦听终端分散布设在被测无线传感器网络中，每个侦听终端均设有射频接口及USB接口，各侦听终端的射频接口分别连接无线传感器网络中的各传感器节点，各侦听终端的USB接口各经一信号放大传输模块分别接到数据传输网络各节点USB集线器的下行端口；
所述信号放大传输模块由两个信号放大器组成，每个信号放大器均设有一USB接口、一以太网络接口，同一信号放大传输模块中的两个信号放大器的以太网络接口通过网线互联，每个信号放大传输模块中的两个信号放大器的USB接口构成该信号放大传输模块的两个连接端；
节点之间的信号放大传输模块的一个连接端通过USB线缆连接到子节点USB集线器的上行端口，另一个连接端通过USB线缆连接到父节点USB集线器的下行端口；
节点与侦听终端之间的信号放大传输模块的一个连接端通过USB线缆连接到USB集线器的下行端口，另一个连接端通过USB线缆连接到侦听终端的USB接口。
本发明提供的无线传感器网络侦听***，采用有线方式构建侦听网络，侦听终端通过射频接口连接被测无线传感器网络的传感器节点，不会增加传感器节点负担，而且侦听网络与被测无线传感器网络相互独立，不占用无线传感器网络资源和通信信道带宽，对被测网络无干扰，并能通过单个侦听终端全面监测整个无线传感器网络。
附图说明
图1是本发明实施例的无线传感器网络侦听***的结构示意图；
图2是本发明实施例的无线传感器网络侦听***中的信号放大传输模块的结构示意图；
图3是本发明实施例的无线传感器网络侦听***中的侦听终端所构建的数据包格式示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例所提供的一种无线传感器网络侦听***，包括监测主机、数据传输网络，及至少一个侦听终端，其特征在于：
所述数据传输网络的网络拓扑结构为树形，由至少一个USB集线器级联而成，每个USB集线器均设有一个上行端口及多个下行端口，各USB集线器分别构成数据传输网络的各个节点；
所述监测主机经USB线缆连接数据传输网络中的根节点USB集线器的上行端口；
所述数据传输网络中，各子节点USB集线器的上行端口各经一信号放大传输模块接到其父节点USB集线器的一个下行端口；
所述各侦听终端分散布设在被测无线传感器网络中，每个侦听终端均设有射频接口及USB接口，各侦听终端的射频接口分别连接无线传感器网络中的各传感器节点，各侦听终端的USB接口各经一信号放大传输模块分别接到数据传输网络各节点USB集线器的下行端口；
如图2所示，所述信号放大传输模块由两个信号放大器组成，每个信号放大器均设有一USB接口、一以太网络接口，同一信号放大传输模块中的两个信号放大器的以太网络接口通过网线互联，每个信号放大传输模块中的两个信号放大器的USB接口构成该信号放大传输模块的两个连接端；
节点之间的信号放大传输模块的一个连接端通过USB线缆连接到子节点USB集线器的上行端口，另一个连接端通过USB线缆连接到父节点USB集线器的下行端口；
节点与侦听终端之间的信号放大传输模块的一个连接端通过USB线缆连接到USB集线器的下行端口，另一个连接端通过USB线缆连接到侦听终端的USB接口。
本发明实施例中，所述侦听终端为现有技术，包括射频接收模块、数据预处理模块、时钟模块和通信模块；射频接收模块负责接收周围环境中传输的数据包，数据预处理模块对射频接收模块接收的数据包进行预处理，创建适合在数据传输网络中传输的数据包格式，时钟模块负责提供精准的时间信息，通信模块负责将预处理后的数据通过数据传输网络上传给监测主机，并接收及执行监测主机发送的命令，侦听终端设有USB接口，采用了内置有射频模块的型号为CC2531的微处理芯片作为微控制器，并采用镍氢电池供电。
如图3所示，本发明实施例中，所述侦听终端中的数据预处理模块构建的数据包格式包括：2字节的帧开始符（如0xab，0xcd），6～128字节的负载信息，5字节的时间信息，1字节的信道信息，2字节的帧结束符（如0xff，0xff），其中的负载信息的内容为射频接收模块接收到的数据包，时间信息的内容为射频接收模块接收数据包的接收时间点，信道信息的内容为射频接收模块接收数据包的接收信道。
本发明实施例中，所述USB集线器为现有技术，采用了型号为FE2.1的USB  HUB芯片，设有1个上行端口和7个下行端口，支持480MHZ传输模式。
本发明实施例中，所述信号放大传输模块中的信号放大器为现有技术，采用了型号为UIC2001的USB信号放大芯片，信号放大器的以太网络接口为RJ45端口，信号放大传输模块中一端的信号放大器从USB接口读入数据，并将信号放大后从其以太网络接口将数据通过网线发送给本模块另一端的信号放大器，另一端的信号放大器从其以太网络接口接收数据后从其USB接口输出，信号放大传输模块克服了USB信号最长传输距离为5米的限制，能够使得通信距离达到约50米。
本发明实施例中，所述监测主机为PC机，监测主机通过数据传输网络接收各个侦听终端上传的数据包，及向侦听终端发送启动、结束、信道切换和改变射频输出功率等命令，并对接收到的数据包进行汇总、融合、存储，根据被测网络的网络协议分析融合后数据，获取网络状态信息并统计相应的网络性能指标（如网络拓扑结构及其稳定性，传输路径，网络流量，延迟，丢包率等）；
本发明实施例工作时，由于各个侦听终端的启动时刻不同，因此各侦听终端的内部时钟启动亦不同步，为了得到统一的时间信息，监测主机在***启动后查找各个侦听终端上传的重复数据包，并根据数据包中的时间信息计算各个侦听终端间的时钟差，再根据计算出的时钟差统一各侦听终端的数据包中的时间信息，使各侦听终端相对同步。
监测主机为每个侦听终端创建一张数据表，用于存储各侦听终端收到的数据包，并创建一个新表用于存储融合后的数据包，在完成各侦听终端的同步后，各数据表的数据包拥有统一的时间信息，监测主机依次遍历各个数据表中的数据包，并根据时钟信息排序、保存、并删除重复的数据包，从而获得被测网络中传输的全部数据包。
监测主机对接收到的数据包进行解析，解析出数据包的MAC层信息、网络层信息、应用层信息，并根据MAC层序号计算出网络的丢包率，根据数据包中的时间信息计算数据包的延迟，根据数据包的源地址、目的地址和网络层序号解析出数据包的传输路径，对网络拓扑结构的保存采用逆邻接表方式，逆邻接表中表头节点代表侦听终端的编号，表头节点的链表中记录了所有以此表头节点为目的地址的数据包的源地址，所有侦听终端的统计数据均存储在逆邻接表的表头节点中。
监测主机以多种显示方式将统计数据提供给用户，对网络拓扑结构采用图形显示，并提供网络拓扑结构的稳定性曲线，各个侦听终端的通信量组成以柱状图的形式显示，网络流量以曲线方式显示。

Claims (1)

1.一种无线传感器网络侦听***，包括监测主机、数据传输网络，及至少一个侦听终端，其特征在于：
所述数据传输网络的网络拓扑结构为树形，由至少一个USB集线器级联而成，每个USB集线器均设有一个上行端口及多个下行端口，各USB集线器分别构成数据传输网络的各个节点；
所述监测主机经USB线缆连接数据传输网络中的根节点USB集线器的上行端口；
所述数据传输网络中，各子节点USB集线器的上行端口各经一信号放大传输模块接到其父节点USB集线器的一个下行端口；
所述各侦听终端分散布设在被测无线传感器网络中，每个侦听终端均设有射频接口及USB接口，各侦听终端的射频接口分别连接无线传感器网络中的各传感器节点，各侦听终端的USB接口各经一信号放大传输模块分别接到数据传输网络各节点USB集线器的下行端口；
所述信号放大传输模块由两个信号放大器组成，每个信号放大器均设有一USB接口、一以太网络接口，同一信号放大传输模块中的两个信号放大器的以太网络接口通过网线互联，每个信号放大传输模块中的两个信号放大器的USB接口构成该信号放大传输模块的两个连接端；
节点之间的信号放大传输模块的一个连接端通过USB线缆连接到子节点USB集线器的上行端口，另一个连接端通过USB线缆连接到父节点USB集线器的下行端口；
节点与侦听终端之间的信号放大传输模块的一个连接端通过USB线缆连接到USB集线器的下行端口，另一个连接端通过USB线缆连接到侦听终端的USB接口。
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