CN114050880A - 一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法及*** - Google Patents
一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法及***,根据多种测试标准相互制约进行循环迭代的校准,在多次时间周期内由通信路径状态和传输反馈函数计算得到路径信任连接概率和传输路径优化距离,构建网络连接拓扑集合确定待测芯片测试的合格状态,能有效地提高芯片的测试精度并减少测试时间,降低了测试成本;并根据最优路由路径距离计算待测芯片的信号覆盖连通范围,优化了测试效率且保证了覆盖率。
Description
技术领域
本发明涉及近距离无线通信、集成芯片测试的技术领域,具体涉及一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法及***。
背景技术
近年来,各种无线通信技术极大提高了人们的工作效率和生活质量。近距离无线通信是一种短距高频的无线电技术,由通信收发双方通过无线电波传输信息且传输距离限制在较短范围(几十米)以内。
目前现有的近距离无线通信技术如蓝牙、Wi-Fi、IrDA、NFC等都有其不同的技术特点,或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求;或着眼于功能的扩充性;或符合某些单一应用的特别要求;或建立竞争技术的差异化等,但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的需求。而针对集成芯片类的无线信号覆盖测试方法,主要利用专用测试仪表或运行专业测试软件在设计目标覆盖区域内分别进行覆盖电平测试、信噪比测试、ping包测试、***吞吐量和接入带宽测试等,但单独进行多种测试项目并设定选取不同的测试方法,对比不同的指标要求难以得到一个对无线信号覆盖的综合测试标准指标。而且,现有的针对近距离无线通信芯片的信号覆盖测试方法具有的不足之处:(1)测试方式单一,测试效率较低;(2)测试设备条件复杂,耗时长;(3)单一测试标准,测试精度不高。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法及***,多种测试标准相互制约进行循环迭代的校准,在多次时间周期内由通信路径状态和传输反馈函数计算得到路径信任连接概率和传输路径优化距离,构建网络连接拓扑集合确定待测芯片测试的合格状态,能有效地提高芯片的测试精度并减少测试时间,降低了测试成本;并根据最优路由路径距离计算待测芯片的信号覆盖连通范围,优化了测试效率且保证了覆盖率。
为了实现上述目的,根据本公开的一方面,提供一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法,所述方法包括以下步骤:
S100,将传感器测试网络初始化,设置时间周期的循环次数t的初始值为1;所述传感器测试网络中的传感器节点包括一个待测主节点和多个测试从节点,其中待测主节点为无线传感器网络节点,其无线通信模块采用待测芯片(待测芯片为无线收发芯片),测试从节点为无线传感器网络节点,其无线通信模块采用标准芯片(标准芯片为无线收发芯片XC4366、无线收发芯片MC13213、无线通信芯片NRF24L01、CC110LRGPR、RFX2401C、ADF7021BCPZ-RL中任意一种无线通信芯片),所述传感器测试网络为无线传感器网络;将传感器测试网络初始化的方法为将所述传感器测试网络中的传感器节点随机设置在X×Y的空间范围内,并进行网络初始化,各传感器节点通过分簇算法进行分簇,并通过簇头节点连接到基站;其中,时间周期为[100,2000]毫秒;
S200,在第t个时间周期时,将所述传感器测试网络中的传感器节点位置随机化,t值范围为[1, N];将所述传感器测试网络中的传感器节点位置随机化的意义为:将所述传感器测试网络中的传感器节点的位置在X×Y的空间范围内随机设置,X、Y一般为[2,100]米;
S300,计算所述待测主节点与测试从节点之间的网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>,其中包括通信路径状态序列S,通信传输路径序列T,传输反馈序列F,及路径信任连接概率序列C;
S400,根据所述网络连接拓扑集合G确定最优路由节点并得到最优路由路径距离Wt,1,判断最优路由节点是否为待测主节点,若是则待测芯片测试合格,否则待测芯片测试不合格;
S500,判断t值是否达到循环阈值N,若是则跳转至步骤S600,否则t值加1跳转至步骤S200;
S600,判断在循环N次内待测芯片测试合格的次数是否超过动态测试阈值,若是则跳转至步骤S700,否则跳转至步骤S100;
S700,根据所述最优路由路径距离Wt,1,计算待测主节点无线通信的信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin,得到所述待测芯片的信号覆盖连通区域Sconnect,及其信号覆盖连通距离DSignal,则输出所述待测的芯片的信号覆盖范围测试结果;
进一步地,在S100中,基于无线通信的传感器测试网络初始化包括测试环境初始化、传感器节点初始化及网络拓扑初始化,其中:
测试环境初始化,横纵坐标长度为X×Y大小的测试场地,测试场地内包括随机放置的若干个可设障碍物;
传感器节点初始化,包括总共P个节点,随机选择其一为待测主节点安装待测芯片作为无线通信模块,其余(P-1)个传感器节点均为测试从节点安装标准芯片;
网络拓扑初始化,构建网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>并初始化,设置路径信任连接概率序列C的初始值为概率中值,初始时间周期的循环次数t值为1。
进一步地,在S200中,在第t个时间周期时进行位置更新,传感器测试网络中的传感器节点位置随机化,设定随机放置待测主节点的位置坐标为(xt, yt),其中xt= [0, X],yt = [0, Y]。
进一步地,在S300中,计算所述待测主节点与测试从节点之间的网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>的方法为:
S301,初始化连接请求次数i值为1,设置连接请求阈值为Max值(例如, Max取[10,100]);
S302,待测主节点的待测芯片发出第i次连接请求,计算待测主节点与其余(P-1)个测试从节点的通信路径状态序列为Si=[ s1,s2,s3,s4];
S303,根据所述通信路径状态序列Si计算该待测主节点在第i次连接请求后下一次连接请求的传输反馈函数 F i+1=f i1+f i2,其中f i1和f i2分别为第i次连接请求在第t个时间周期内从待测主节点到测试从节点双向连接的数据吞吐率集合及其连接延迟集合;
S304,根据所述下一次连接请求的传输反馈函数F i+1计算得在第i次连接请求时的路径信任连接概率序列Ci = [c1,i , c2,i , c3,i+1],其中c1,i 为连接成功路径集合,c2,i为连接成功路径吞吐率集合,c3,i+1为下一次连接路径信任概率集合。
S305,判断连接请求次数i值是否为Max值,若是则跳转至步骤S306;否则令i值加1,跳转至步骤S302。
S306,根据所述路径信任连接概率序列C={Ci},i=[1,Max],计算传输路径优化距离序列T;
S307,所述通信路径状态序列S、传输路径优化距离序列T、传输反馈函数F及路径信任连接概率序列C保存至所述网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>,输出至步骤S400。
其中,在步骤S302中计算待测主节点与其余(P-1)个测试从节点的通信路径状态序列Si=[ s1,s2,s3,s4]的方法为:
S3021,设定所述待测主节点与测试从节点构成连接的通信路径序号为j,初始值为1,j值变化范围为[1, P-1];
S3022,在第i次连接请求时
所述待测主节点与各个测试从节点建立连接后的数据传输量率集合s1 (i, j) =bi(ei) / max(bi (ei,j)),其中,max(bi (ei,j)) 是在第t个时间周期内所述待测主节点与P-1个测试从节点建立连接的通信路径的带宽最大值,ei为所述传感器测试网络中第t个时间周期内待测主节点与第j个测试从节点之间的通信路径,bi (ei)为所述传感器测试网络中第t个时间周期内待测主节点与各个测试从节点之间的通信路径的带宽构成的集合,ei为所述传感器测试网络中第t个时间周期内待测主节点与各个测试从节点之间的通信路径的集合,其中的集合除法是指两个集合把其相对应元素相除的运算或者集合中各个元素依次与数值相除;
或者,
所述待测主节点与第j个测试从节点建立连接后的数据传输量率集合s1 (i, j) =bi (ei,j) / max(bi (ei,j)),其中,max(bi (ei,j)) 是在第t个时间周期内所述待测主节点与P-1个测试从节点建立连接的通信路径的带宽最大值,ei,j为所述传感器测试网络中第t个时间周期内待测主节点与第j个测试从节点之间的通信路径,bi (ei,j)为所述传感器测试网络中第t个时间周期内待测主节点与第j个测试从节点之间的通信路径的带宽;
S3023,计算所述待测主节点与第j个测试从节点的连接路径吞吐率集合s2 (i,j),其中,
或者,
S3024,根据所述数据传输量率集合s1 (i, j) 和连接路径吞吐率集合s2 (i, j)
计算连接路径丢失率集合;式中,1-s1 (i, j)是指以1减去集
合s1 (i, j)中各个元素,集合乘法是指两个集合把其相对应元素相乘的运算,集合除法是
指两个集合把其相对应元素相除的运算;
S3025,根据所述连接路径丢失率集合s3 (i, j) 判断通信路径状态集合s4 (i,j),若s3 (i, j)≥γs1 (i, j),则判断该通信路径为正常传输状态,令s4 (i, j) = 1;否则为失效路径状态,令s4 (i, j) = 0;其中γ∈[0,1]为可设衰减因子,式中,γs1 (i, j)是指以γ乘以集合s1 (i, j)中各个元素;
S3026,判断所述通信路径序号j值是否等于(P-1)值,若是则跳转至步骤S3027;否则令j值加1跳转至步骤S3022;
S3027,返回所述数据传输量率集合s1、连接路径吞吐率集合s2、连接路径丢失率集合s3及通信路径状态集合s4保存至所述通信路径状态序列Si=[s1,s2,s3,s4],其中,s1 (i,j) 、s2 (i, j) 、s3 (i, j)、s4(i, j)分别缩写为s1、s2、s3、s4。
其中,在步骤S303中根据所述通信路径状态序列Si计算该待测主节点在第i次连接请求后下一次连接请求的传输反馈函数F i+1=f i1+f i2的方法为:
S3031,在第i次连接请求时,根据所述通信路径状态序列Si中的通信路径状态集合s4,遍历查找所述待测主节点与(P-1)个测试从节点建立连接时处于正常传输状态的路径,即s4 (i, j) = 1时对应第j个测试从节点,记录其通信路径序号j按顺序组成连接成功路径集合为c1,i ,得到连接成功路径个数为M;
S3032,设定连接成功路径序号为k,初始值为1,k值变化范围为[1, M];
S3033,根据所述连接成功路径集合c1,i (k)对应的通信路径序号j值,计算所述待
测主节点到第j个测试从节点双向连接的数据吞吐率集合,其中和分别为待测主节点发出第i
次连接请求时在当前时间间隔△t内上行连接和下行连接的数据吞吐率;ϕ∈[0,1]为双向
连接因子,根据所述通信路径状态序列Si中的连接路径吞吐率集合S2得到,一般取值1.5,当
ϕ=1时待测主节点与该测试从节点的连接路径吞吐率最大;
S3034,相应地,选择所述通信路径状态序列Si中的连接路径吞吐率集合s2 (i,j),根据所述连接成功路径c1,i (k) 对应的通信路径序号j值,令连接成功路径吞吐率c2,i (k) = s2 (i, j);
S3035,相应地,计算所述待测主节点到第k个测试从节点双向连接的连接延迟集合为 f i2(k)={d(ei,k)},其中d(ei,k)为所述待测主节点在第i次连接请求时,到第k个测试从节点双向连接的连接延迟时间内上行连接和下行连接的数据吞吐率;
S3036,判断k值是否等于M值,若是则跳转至步骤S3037;否则k值加1,跳转至步骤S3033;
S3037,根据所述双向连接的数据吞吐率集合f i1和连接延迟集合f i2,计算得到下一次连接请求的传输反馈函数F i+1(m)=f i1(m)+f i2(m),m∈[1,M];并得到连接成功路径吞吐率集合c2,i = {c2,i (k), k=1,...,M };
其中,在步骤S304中,根据所述下一次连接请求的传输反馈函数F i+1计算得路径信任连接概率序列Ci = [c1,i, c2,i, c3,i+1] 的方法为:
S3041,根据所述下一次连接请求的传输反馈函数F i+1计算下一次连接路径信任概率集合c3,i+1 = F i+1×P i,其中P i={ϕpi,k1},k1∈[1,M]为达成双向连接的信任概率集合,ϕ∈[0,1]为双向连接因子,pi,k1为对应待测主节点在第i次与测试从节点连接请求时,连接成功路径序号为k1的通信路径经过路由概率;
S3042,输入步骤S3031所述的连接成功路径集合c1,i和步骤S3037所述的连接成功路径吞吐率集合c2,i,输出得到路径信任连接概率序列Ci = [c1,i, c2,i, c3,i+1];
其中,在步骤S306中,根据所述路径信任连接概率序列C计算传输路径优化距离序列T的方法为:
S3061,在连接请求次数i∈[1, Max]范围内遍历查找,所述路径信任连接概率序列中的连接成功路径吞吐率集合c2,i,得到最大值为max(c2,i),对应最长通信路径的测试从节点向量为Ai;最小值为min(c2,i),对应最短通信路径的测试从节点向量为Bi;
S3062,计算连接成功路径距离矩阵DS(Ai,Bi):
S3063,计算得到传输路径优化距离序列T={Ti},其中Ti=δ(1- Ti’)为在第i次连接请求时连接成功的传输路径优化距离。
进一步地,在S400中,根据所述网络连接拓扑集合G确定最优路由节点并得到最优路由路径距离W t,1,判断最优路由节点是否为待测主节点的方法为:
S401,根据所述网络连接拓扑集合G中的传输路径优化距离序列T,计算优化路由
路径序列 O={Oi|i∈[1,Max]},其中,q是变量;函数为传输路径优化距离序列在[i,Max]范围内求最小值, 函数为
传输路径优化距离序列在[i,Max]范围内求最大值;
S403,根据所述网络连接拓扑集合G中的路径信任连接概率序列Ci = [c1,i, c2,i,
c3,i+1],计算所述待测主节点的连接成功路径吞吐率集合c2,i的最大值max(c2,i )对应的最
优路径距离 ,其中在第t个时间周期时,待测主节点的位置坐
标为(xt, yt),最大值max(c2,i )对应的最长通信路径的测试从节点向量坐标为Ai = (xm,
ym);
S404,计算所述最优路由路径距离W t,1与最优路径距离W t,2之间的差值△W t = W t,1 -W t,2,若
|△W t|≤σ,其中σ为允许标准误差大小,则设定待测芯片状态序列CS(t)=1,即最优路由节点是待测主节点,待测芯片测试合格;否则设定待测芯片状态序列CS(t)=0,即最优路由节点不是待测主节点,待测芯片测试不合格。
进一步地,在S600中,判断在循环N次内待测芯片测试合格的次数是否超过动态测试阈值line的方法为:
S601,计算待测芯片测试合格的次数Pass,即计算所述待测芯片状态序列CS中状态为1(CS(t)=1)的个数为Pass,即为待测芯片测试合格的次数,Pass = [0, N];
S602,计算待测芯片测试合格率PPass = ( Pass/N )×100%,PPass = [0, 1];
S603,动态测试阈值为line;其中,line取值[10,30],或者,line = N×PPass/[1-PPass×(N×mod( 1/PPass)) ,mod为求余函数;
S604,若待测芯片测试合格的次数Pass>line,则跳转至步骤S700;否则跳转至步骤S100。
进一步地,在S700中,根据所述最优路由路径距离W t,1,计算待测主节点无线通信的信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin,得到所述待测芯片的信号覆盖连通区域Sconnect,及其信号覆盖连通距离Dsignal的方法为:
S701,根据所述最优路由路径距离W t,1,与大小为[X, Y]的测试场地成比例的构建相同形状的信号传输区域,横纵坐标长度为[X / W t,1, Y / W t,1];
S702,将所述信号传输区域按单位比例进行图形分割成若干个大小为Q×Q的传输单元子区域,其中Q为按可分割的最小单元子区域长度,例如Q取[5,10]cm,总共分割得到[X/ QW t,1, Y / QW t,1]个单元子区域;
S703,将所述信号传输区域内,设定所述单元子区域对应的横纵坐标为[x1, y1],可获得每个单元子区域内所述待测主节点发送连接请求的对应信号强度并组成信号覆盖矩阵Scover(x1, y1),其中x1∈[1,X/QW t,1],y1∈[1,Y/QW t,1];设定x1和 y1初始值均为1;
S704,计算信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin(x1, y1),并判断Sadjoin(x1, y1) 值是否小于σ,若是则跳转至S703,输出计算错误提示,重新进行信号覆盖测试;否则y1值加1,跳转至步骤S705;
Sadjoin(x1, y1)=[Scover(x1, y1)- Scover(x1, y1+1)]2+ [Scover(x1, y1)- Scover(x1+1, y1)]2;
S705,判断x1是否小于X / QW t,1且y1是否小于Y / QW t,1-1,若是则跳转至步骤S704;否则跳转至步骤S706;
S706,判断x1是否等于X / QW t,1,若是则跳转至步骤S707;否则x1值加1,y1值设为1,跳转至步骤S704;
S707,根据所述信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin,计算信号覆盖连通区域矩阵
Sconnect,其中,,p1表示从待测主节点发出连接请求的
通信路径经过的单元子区域的序号,Sadjoin p1为从待测主节点发出连接请求的通信路径经过
的第p1个单元子区域的信号覆盖相邻连接强度,即矩阵Sadjoin(x1, y1)中第p1个值;
S708,遍历所述信号覆盖连通区域矩阵Sconnect,计算待测主节点位置坐标(x , y )
与非零单位子区域坐标(xs , ys)之间向量的模最大值,得到所述待测芯片的信号覆盖连通
距离 ,即为该近距离无线通信芯片的信号覆盖范围测试结
果。
发明还提供了一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***,所述***包括:数据采集模块、中央处理器模块、无线通信模块、存储模块及电源模块,其中所述***模块包括:
数据采集模块,包括传感器、调理电路和模数转换单元,传感器采集无线模拟信号,需经过调理电路进行放大、整流和滤波等数据预处理,并通过模数转换单元将模拟信号转换为数字信号进入中央处理器模块;
中央处理器模块,包括微处理器,常见的微处理器有微控制器、嵌入式CPU、现场可编程门陈列等,用于数字信号处理如数据采集控制,任务调度和数据融合等;
无线通信模块,利用待测芯片发出无线射频,由中央处理器模块控制进行信息的交换、传输和控制,考虑其体积、工作方式、发射功率和灵敏度等技术要点;
存储模块,由中央处理器模块控制,包括存储器以及存储在所述存储器中并可在所述微处理器上运行的计算机程序,所述微处理器执行所述计算机程序运行在以下***的单元中:
循环周期时钟单元,用于循环在[1, N]时间周期内更新所述待测主节点及测试从节点在测试场地内的位置,记录循环计算所述最优路由路径距离W t,1和判断待测芯片测试合格的次数t;
传感器节点位置缓存单元,用于缓存在第t个时间周期时所述待测主节点及测试从节点位置更新后在测试场地大小为[X, Y]内的位置坐标(xt, yt);
连接请求计数器单元,用于记录所述待测主节点的无线通信模块中的待测芯片发出连接请求的次数i,设定连接请求阈值为Max值。
网络连接拓扑集合数据缓存单元,用于缓存每个时间周期内计算的网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>,在循环周期内堆栈存入通信路径状态序列S,通信传输路径序列T,传输反馈序列F,及路径信任连接概率序列C;
网络连接拓扑集合计算单元,用于逐步计算在第i次连接请求时待测主节点与其余(P-1)个测试从节点的通信路径状态序列为Si=[s1,s2,s3,s4],下一次连接请求的传输反馈函数F i+1=f i1+f i2,路径信任连接概率序列Ci = [c1,i, c2,i, c3,i+1],以及传输路径优化距离序列T;
最优路由路径距离计算单元,输入所述网络连接拓扑集合G确定最优路由节点并
得到最优路由路径距离W t,1,逐步由传输路径优化距离序列T计算优化路由路径序列O,最优
路由间隔函数,及最优路径距离W t,1;
待测芯片测试合格筛选单元,用于判断最优路由节点是待测主节点时,记录待测芯片测试合格的时间周期次数Pass,并计算待测芯片测试合格率PPass及其动态测试阈line;
待测芯片信号覆盖范围测试计算单元,输入所述最优路由路径距离W t,1,计算待测主节点无线通信的信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin,得到所述待测芯片的信号覆盖连通区域Sconnect,以及信号覆盖连通距离Dsignal,输出该待测的近距离无线通信芯片的信号覆盖范围测试结果。
如上所述,本发明所述的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法及***,具有以下有益效果:
(1)能结合多种测试标准进行循环迭代的校准,得到一个综合的网络连接拓扑集合标准,高效优化了测试效率,减少单独测试时间;
(2)通过循环迭代后的校准测试标准确定待测芯片测试的合格状态,能有效地提高芯片的测试精度;
(3)根据最优路由路径距离计算待测芯片的信号覆盖连通范围,能在不降低测试精度的情况下选择最优测试路线,降低测试成本的同时保证了覆盖率。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明,本公开的上述以及其他特征将更加明显,本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图,在附图中:
图1所示为一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法于一实施例中的流程图;
图2所示为一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***于一实施例中的硬件结构示意图;
图3所示为一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***于一实施例中的计算机程序流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述,以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以是示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及此村绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
在本发明的描述中,若干的含义是一个或者多个,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数,外、内理解为相对的里外关系。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明所述的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法及***,能结合多种测试标准进行循环迭代的校准,高效地优化了测试效率和提高测试精度,减少单独测试时间,从而降低测试成本的同时保证了测试覆盖率。
如图1所示为根据本发明的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法的流程图,下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法。
本公开提出一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法,所述方法具体包括以下步骤:
S100,基于无线通信的传感器测试网络初始化,设置时间周期的循环次数t的初始值为1;所述传感器测试网络中的传感器节点包括一个待测主节点和多个测试从节点,其中待测主节点的无线通信模块为待测芯片,测试从节点的无线通信模块为标准芯片;
S200,在第t个时间周期时,所述传感器测试网络中的传感器节点位置随机化,t值范围为[1, N];
S300,计算所述待测主节点与测试从节点之间的网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>,其中包括通信路径状态序列S,通信传输路径序列T,传输反馈序列F,及路径信任连接概率序列C;
S400,根据所述网络连接拓扑集合G确定最优路由节点并得到最优路由路径距离W t,1,判断最优路由节点是否为待测主节点,若是则待测芯片测试合格,否则待测芯片测试不合格;
S500,判断t值是否达到循环阈值N,若是则跳转至步骤S600,否则t值加1跳转至步骤S200;
S600,判断在循环N次内待测芯片测试合格的次数是否超过动态测试阈值,若是则跳转至步骤S700,否则跳转至步骤S100;
S700,根据所述最优路由路径距离Wt,1,计算待测主节点无线通信的信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin,得到所述待测芯片的信号覆盖连通区域Sconnect,及其信号覆盖连通距离DSignal,则输出所述待测的芯片的信号覆盖范围测试结果;
优选地,动态测试阈值一般设置为[3,5]。
进一步地,在S100中,基于无线通信的传感器测试网络初始化包括测试环境初始化、传感器节点初始化及网络拓扑初始化,其中:
测试环境初始化,横纵坐标长度为X×Y大小的测试场地,测试场地内包括随机放置的若干个可设障碍物;可选地,将测试环境设定为20×20m大小的方形测试场地,在方形四角各放置一个障碍物;
传感器节点初始化,包括总共P个节点,随机选择其一为待测主节点安装待测芯片作为无线通信模块,其余(P-1)个传感器节点均为测试从节点安装标准芯片;
可选地,将随机部署100个传感器节点,且待测主节点尽可能地放置于测试场地的中心区域附近,测试从节点的选取应均匀分布,且能反映所述测试场地的覆盖情况;且待测主节点中的待测芯片发出无线射频,能快速自动地建立无线网络,为测试从节点提供一个无线虚拟连接,建立点对点的通信路径,使得传感器节点之间实现近距离范围通信。
网络拓扑初始化,构建网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>并初始化,清空拓扑数据缓存,设置路径信任连接概率序列C的初始值为概率中值,初始时间周期的循环次数t值为1。
进一步地,在S200中,在第t个时间周期时进行位置更新,传感器测试网络中的传感器节点位置随机化,设定随机放置待测主节点的位置坐标为(xt, yt),其中xt= [0, X],yt = [0, Y]。
进一步地,在S300中,计算所述待测主节点与测试从节点之间的网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>的方法为:
S301,初始化连接请求次数i值为1,设置连接请求阈值为Max值;可选地,设定Max值为100;
S302,待测主节点的待测芯片发出第i次连接请求,计算待测主节点与其余(P-1)个测试从节点的通信路径状态序列为Si=[ s1,s2,s3,s4];
S303,根据所述通信路径状态序列Si计算该待测主节点在第i次连接请求后下一次连接请求的传输反馈函数 F i+1=f i1+f i2,其中f i1和f i2分别为第i次连接请求在第t个时间周期内从待测主节点到测试从节点双向连接的数据吞吐率集合及其连接延迟集合;
S304,根据所述下一次连接请求的传输反馈函数F i+1计算得在第i次连接请求时的路径信任连接概率序列Ci = [c1,i , c2,i , c3,i+1],其中c1,i 为连接成功路径集合,c2,i为连接成功路径吞吐率集合,c3,i+1为下一次连接路径信任概率集合。
S305,判断连接请求次数i值是否为Max值,若是则跳转至步骤S306;否则令i值加1,跳转至步骤S302。
S306,根据所述路径信任连接概率序列C={Ci},i=[1,Max],计算传输路径优化距离序列T;
S307,所述通信路径状态序列S、传输路径优化距离序列T、传输反馈函数F及路径信任连接概率序列C保存至所述网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>,输出至步骤S400;
其中,在步骤S302中计算待测主节点与其余(P-1)个测试从节点的通信路径状态序列Si=[ s1,s2,s3,s4]的方法为:
S3021,设定所述待测主节点与测试从节点构成连接的通信路径序号为j,初始值为1,j值变化范围为[1, P-1];
S3022,在第i次连接请求时
所述待测主节点与各个测试从节点建立连接后的数据传输量率集合s1 (i, j) =bi(ei) / max(bi (ei,j)),其中,max(bi (ei,j)) 是在第t个时间周期内所述待测主节点与P-1个测试从节点建立连接的通信路径的带宽最大值,ei为所述传感器测试网络中第t个时间周期内待测主节点与第j个测试从节点之间的通信路径,bi (ei)为所述传感器测试网络中第t个时间周期内待测主节点与各个测试从节点之间的通信路径的带宽构成的集合,ei为所述传感器测试网络中第t个时间周期内待测主节点与各个测试从节点之间的通信路径的集合,其中的集合除法是指两个集合把其相对应元素相除的运算或者集合中各个元素依次与数值相除;
或者,
所述待测主节点与第j个测试从节点建立连接后的数据传输量率集合s1 (i, j) =bi (ei,j) / max(bi (ei,j)),其中,max(bi (ei,j)) 是在第t个时间周期内所述待测主节点与P-1个测试从节点建立连接的通信路径的带宽最大值,ei,j为所述传感器测试网络中第t个时间周期内待测主节点与第j个测试从节点之间的通信路径,bi (ei,j)为所述传感器测试网络中第t个时间周期内待测主节点与第j个测试从节点之间的通信路径的带宽;
S3023,计算所述待测主节点与第j个测试从节点的连接路径吞吐率集合s2 (i,j),其中,
或者,
S3024,根据所述数据传输量率集合s1 (i, j) 和连接路径吞吐率集合s2 (i, j)
计算连接路径丢失率集合;式中,1-s1 (i, j)是指以1减去
集合s1 (i, j)中各个元素,集合乘法是指两个集合把其相对应元素相乘的运算,集合除法
是指两个集合把其相对应元素相除的运算;
S3025,根据所述连接路径丢失率集合s3 (i, j) 判断通信路径状态集合s4 (i,j),若s3 (i, j)≥γs1 (i, j),则判断该通信路径为正常传输状态,令s4 (i, j) = 1;否则为失效路径状态,令s4 (i, j) = 0;其中γ∈[0,1]为可设衰减因子;
S3026,判断所述通信路径序号j值是否等于(P-1)值,若是则跳转至步骤S3027;否则令j值加1跳转至步骤S3022;
S3027,返回所述数据传输量率集合s1、连接路径吞吐率集合s2、连接路径丢失率集合s3及通信路径状态集合s4保存至所述通信路径状态序列Si=[s1,s2,s3,s4];
其中,在步骤S303中根据所述通信路径状态序列Si计算该待测主节点在第i次连接请求后下一次连接请求的传输反馈函数F i+1=f i1+f i2的方法为:
S3031,在第i次连接请求时,根据所述通信路径状态序列Si中的通信路径状态集合s4,遍历查找所述待测主节点与(P-1)个测试从节点建立连接时处于正常传输状态的路径,即s4 (i, j) = 1时对应第j个测试从节点,记录其通信路径序号j按顺序组成连接成功路径集合为c1,i ,得到连接成功路径个数为M;
S3032,设定连接成功路径序号为k,初始值为1,k值变化范围为[1, M];
S3033,根据所述连接成功路径集合c1,i (k)对应的通信路径序号j值,计算所述待
测主节点到第j个测试从节点双向连接的数据吞吐率集合,其中和分别为待测主节点发出第i
次连接请求时在当前时间间隔△t内上行连接和下行连接的数据吞吐率;ϕ∈[0,1]为双向
连接因子,根据所述通信路径状态序列Si中的连接路径吞吐率集合S2得到,当ϕ=1时待测主
节点与该测试从节点的连接路径吞吐率最大;
S3034,相应地,选择所述通信路径状态序列Si中的连接路径吞吐率集合s2 (i, j),根据所述连接成功路径c1,i (k)对应的通信路径序号j值,令连接成功路径吞吐率c2,i (k)= s2 (i, j);
S3035,相应地,计算所述待测主节点到第k个测试从节点双向连接的连接延迟集合为 f i2(k)={d(ei,k)},其中d(ei,k)为所述待测主节点在第i次连接请求时,到第k个测试从节点双向连接的连接延迟时间内上行连接和下行连接的数据吞吐率;
S3036,判断k值是否等于M值,若是则跳转至步骤S3037;否则k值加1,跳转至步骤S3033;
S3037,根据所述双向连接的数据吞吐率集合f i1和连接延迟集合f i2,计算得到下一次连接请求的传输反馈函数F i+1(m)=f i1(m)+f i2(m),m∈[1,M];并得到连接成功路径吞吐率集合c2,i = {c2,i (k), k=1,...,M };
其中,在步骤S304中,根据所述下一次连接请求的传输反馈函数F i+1计算得路径信任连接概率序列Ci = [c1,i, c2,i, c3,i+1]的方法为:
S3041,根据所述下一次连接请求的传输反馈函数F i+1计算下一次连接路径信任概率集合c3,i+1 = F i+1×P i,其中P i={ϕpi,k1},k1∈[1,M]为达成双向连接的信任概率集合,ϕ∈[0,1]为双向连接因子,pi,k1为对应待测主节点在第i次与测试从节点连接请求时,连接成功路径序号为k1的通信路径经过路由概率;
S3042,输入步骤S3031所述的连接成功路径吞吐率集合c1,i和步骤S3037所述的连接成功路径吞吐率集合c2,i,输出得到路径信任连接概率序列Ci = [c1,i, c2,i, c3,i+1];
其中,在步骤S306中,根据所述路径信任连接概率序列C计算传输路径优化距离序列T的方法为:
S3061,在连接请求次数i∈[1, Max]范围内遍历查找,所述路径信任连接概率序列Ci中的连接成功路径吞吐率集合c2,i,得到最大值为max(c2,i),对应最长通信路径的测试从节点向量为Ai,最小值为min(c2,i),对应最短通信路径的测试从节点向量为Bi;
S3062,计算连接成功路径距离矩阵DS(Ai,Bi):
S3063,计算得到传输路径优化距离序列T={Ti},其中Ti=δ(1- Ti’)为在第i次连接请求时连接成功的传输路径优化距离。
进一步地,在S400中,根据所述网络连接拓扑集合G确定最优路由节点并得到最优路由路径距离W t,1,判断最优路由节点是否为待测主节点的方法为:
S401,根据所述网络连接拓扑集合G中的传输路径优化距离序列T,计算优化路由
路径序列 O={Oi|i∈[1,Max]},其中,q是变量;函数为传输路径优化距离序列在[i,Max]范围内求最小值, 函数为
传输路径优化距离序列在[i,Max]范围内求最大值;
S403,根据所述网络连接拓扑集合G中的路径信任连接概率序列Ci = [c1,i, c2,i,
c3,i+1],计算所述待测主节点的连接成功路径吞吐率集合c2,i的最大值max(c2,i )对应的最
优路径距离 ,其中在第t个时间周期时,待测主节点的
位置坐标为(xt, yt),最大值max(c2,i )对应的最长通信路径的测试从节点向量坐标为Ai =
(xm, ym);
S404,计算所述最优路由路径距离W t,1与最优路径距离W t,2之间的差值△W t = W t,1 -W t,2,若
|△W t|≤σ,其中σ为允许标准误差大小,(设待测主节点到各个测试从节点中路径距离最短的距离B1,待测主节点到各个测试从节点中路径距离的均值B2,σ一般为取值为|B1-B2|),则设定待测芯片状态序列CS(t)=1,即最优路由节点是待测主节点,待测芯片测试合格;否则设定待测芯片状态序列CS(t)=0,即最优路由节点不是待测主节点,待测芯片测试不合格。
进一步地,在S600中,判断在循环N次内待测芯片测试合格的次数是否超过动态测试阈值line的方法为:
S601,计算待测芯片测试合格的次数Pass,即计算所述待测芯片状态序列CS中状态为1(CS(t)=1)的个数为Pass,即为待测芯片测试合格的次数,Pass = [0, N];
S602,计算待测芯片测试合格率PPass = ( Pass/N )×100%,PPass = [0, 1];
S603,动态测试阈值为line;其中,line取值[10,30],或者,line = N×PPass/[1-PPass×(N×mod( 1/PPass)) ,mod为求余函数;
S604,若待测芯片测试合格的次数Pass>line,则跳转至步骤S700;否则跳转至步骤S100。优选地,循环阈值N设置为[5,10]次。
进一步地,在S700中,根据所述最优路由路径距离W t,1,计算待测主节点无线通信的信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin,得到所述待测芯片的信号覆盖连通区域Sconnect,及其信号覆盖连通距离DSignal的方法为:
S701,根据所述最优路由路径距离W t,1,与大小为[X, Y]的测试场地成比例的构建相同形状的信号传输区域,横纵坐标长度为[X / W t,1, Y / W t,1];
S702,将所述信号传输区域按单位比例进行图形分割成若干个大小为Q×Q的传输单元子区域,其中Q为按可分割的最小单元子区域长度,总共分割得到[X/QW t,1, Y/QW t,1]个单元子区域;可选地,设定将方形测试场地虚拟分割成1000×1000个方格区域,即为传输单元子区域。
将所述信号传输区域内,设定所述单元子区域对应的横纵坐标为[x1, y1],可获得每个单元子区域内所述待测主节点发送连接请求的对应信号强度并组成信号覆盖矩阵Scover(x1, y1),其中x1∈[1,X/QW t,1],y1∈[1,Y/QW t,1];设定x1和 y1初始值均为1;
S704,计算信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin(x1, y1),并判断Sadjoin(x1, y1) 值是否小于σ,若是则跳转至S703,输出计算错误提示,重新进行信号覆盖测试;否则y1值加1,跳转至步骤S705;
Sadjoin(x1, y1)=[Scover(x1, y1)- Scover(x1, y1+1)]2+ [Scover(x1, y1)- Scover(x1+1, y1)]2;
S705,判断x1是否小于X / QW t,1且y1是否小于Y / QW t,1-1,若是则跳转至步骤S704;否则跳转至步骤S706;
S706,判断x1是否等于X / QW t,1,若是则跳转至步骤S707;否则x1值加1,y1值设为1,跳转至步骤S704;
S707,根据所述信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin,计算信号覆盖连通区域矩阵
Sconnect,其中,,p1表示从待测主节点发出连接请求的
通信路径经过的单元子区域的序号,Sadjoin p1为从待测主节点发出连接请求的通信路径经过
的第p1个单元子区域的信号覆盖相邻连接强度,即矩阵Sadjoin(x1, y1)中第p1个值;
S708,遍历所述信号覆盖连通区域矩阵Sconnect,计算待测主节点位置坐标(x , y )
与非零单位子区域坐标(xs , ys)之间向量的模最大值,得到所述待测芯片的信号覆盖连通
距离 ,即为该近距离无线通信芯片的信号覆盖范围测试
结果。
本公开的实施例提供的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***,如图2所示为本公开的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***的硬件结构示意图,该实施例的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***包括:数据采集模块、中央处理器模块、无线通信模块、存储模块以及电源模块,以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述中央处理器执行所述计算机程序时实现上述一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试的***实施例中的步骤,其计算机程序流程图如图3所示。
其中所述***模块包括:
数据采集模块,包括传感器、调理电路和模数转换单元,传感器采集无线模拟信号,需经过调理电路进行放大、整流和滤波等数据预处理,并通过模数转换单元将模拟信号转换为数字信号进入中央处理器模块;
中央处理器模块,包括微处理器,常见的微处理器有微控制器、嵌入式CPU、现场可编程门陈列等,用于数字信号处理如数据采集控制,任务调度和数据融合等;
无线通信模块,利用待测芯片发出无线射频,由中央处理器模块控制进行信息的交换、传输和控制,考虑其体积、工作方式、发射功率和灵敏度等技术要点;
存储模块,由中央处理器模块控制,包括存储器以及存储在所述存储器中并可在所述微处理器上运行的计算机程序,所述微处理器执行所述计算机程序运行在以下***的单元中:
循环周期时钟单元,用于循环在[1, N]时间周期内更新所述待测主节点及测试从节点在测试场地内的位置,记录循环计算所述最优路由路径距离W t,1和判断待测芯片测试合格的次数t;
传感器节点位置缓存单元,用于缓存在第t个时间周期时所述待测主节点及测试从节点位置更新后在测试场地为[X, Y]内的位置坐标(xt , yt);
连接请求计数器单元,用于记录所述待测主节点的无线通信模块中的待测芯片发出连接请求的次数i,设定连接请求阈值为Max值。
网络连接拓扑集合数据缓存单元,用于缓存每个时间周期内计算的网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>,在循环周期内堆栈存入通信路径状态序列S,通信传输路径序列T,传输反馈序列F,及路径信任连接概率序列C;
网络连接拓扑集合计算单元,用于逐步计算在第i次连接请求时待测主节点与其余(P-1)个测试从节点的通信路径状态序列为Si=[s1,s2,s3,s4],下一次连接请求的传输反馈函数F i+1=f i1+f i2,路径信任连接概率序列Ci = [c1,i, c2,i, c3,i+1],以及传输路径优化距离序列T;
最优路由路径距离计算单元,输入所述网络连接拓扑集合G确定最优路由节点并
得到最优路由路径距离W t,1,逐步由传输路径优化距离序列T计算优化路由路径序列O,最优
路由间隔函数,及最优路径距离W t,1;
待测芯片测试合格筛选单元,用于判断最优路由节点是待测主节点时,记录待测芯片测试合格的时间周期次数Pass,并计算待测芯片测试合格率PPass及其动态测试阈值line;
待测芯片信号覆盖范围测试计算单元,输入所述最优路由路径距离W t,1,计算待测主节点无线通信的信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin,得到所述待测芯片的信号覆盖连通区域Sconnect,以及信号覆盖连通距离Dsignal,输出该待测的近距离无线通信芯片的信号覆盖范围测试结果。
所述一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***实际为可移动的近距离传感器节点硬件结构,可包括但不仅限于,传感器、处理器、存储器、无线通信模块。本领域技术人员可以理解,所述例子仅仅是一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***的示例,并不构成对一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***的限定,可以包括比例子更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如所述一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***还可以包括调理电路、模数转换模块、网络接口等。
所称处理器可以是中央处理模快单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array,FPGA) 或者其他可编程逻辑器件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等,所述处理器是所述一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***的控制中心,利用各种接口和线路连接整个一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块,所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块,以及调用存储在存储器内的数据,实现所述一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储主程序、至少一个功能所需的应用程序(比如计算网络连接拓扑、最优路由路径距离等)等;存储数据区可存储根据待测芯片的采集由处理器缓存的数据和时钟数据(比如网络连接拓扑集合数据缓存,循环周期时钟等)等。
尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述,但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例,从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外,上文以可预见的实施例对本公开进行描述,其目的是为了提供有用的描述,而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。
Claims (6)
1.一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S100,将传感器测试网络初始化,设置时间周期的循环次数t的初始值为1;所述传感器测试网络中的传感器节点包括一个待测主节点和多个测试从节点;
S200,在第t个时间周期时,将所述传感器测试网络中的传感器节点的位置随机化,t值范围为[1, N];
S300,计算所述待测主节点与测试从节点之间的网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>,其中包括通信路径状态序列S,通信传输路径序列T,传输反馈序列F,及路径信任连接概率序列C;
S400,根据所述网络连接拓扑集合G确定最优路由节点并得到最优路由路径距离W t,1,判断最优路由节点是否为待测主节点,若是则待测芯片测试合格,否则待测芯片测试不合格;
S500,判断t值是否达到循环阈值N,若是则跳转至步骤S600,否则t值加1跳转至步骤S200;
S600,判断在循环N次内待测芯片测试合格的次数是否超过动态测试阈值,若是则跳转至步骤S700,否则跳转至步骤S100;
S700,根据所述最优路由路径距离Wt,1,计算待测主节点无线通信的信号覆盖相邻连接强度矩阵Sadjoin,得到所述待测芯片的信号覆盖连通区域Sconnect,及其信号覆盖连通距离DSignal,输出所述待测的芯片的信号覆盖范围测试结果。
2.根据权利要求1所述的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法,其特征在于,在S100中,待测主节点为无线传感器网络节点,其无线通信模块采用待测芯片,测试从节点为无线传感器网络节点,其无线通信模块采用标准芯片,所述传感器测试网络为无线传感器网络。
3.根据权利要求1所述的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法,其特征在于,在S100中,在步骤S600中,判断在循环N次内待测芯片测试合格的次数是否超过动态测试阈值line的方法为:
S601,计算待测芯片测试合格的次数Pass;
S602,计算待测芯片测试合格率PPass = ( Pass/N )×100%,PPass = [0, 1];
S603,动态测试阈值为line;其中 line = N×PPass/[1-PPass×(N×mod( 1/PPass));
S604,若待测芯片测试合格的次数Pass>line,则跳转至步骤S700;否则跳转至步骤S100。
4.根据权利要求1所述的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法,其特征在于,在S100中,基于无线通信的传感器测试网络初始化包括测试环境初始化、传感器节点初始化及网络拓扑初始化,其中测试环境是横纵坐标长度为X×Y大小的测试场地,测试场地内包括随机放置的若干个可设障碍物;传感器节点共有P个,随机选择其一为待测主节点安装待测芯片作为无线通信模块,其余(P-1)个传感器节点均为测试从节点安装标准芯片;构建网络连接拓扑集合G=<S,T,F,C>并初始化,设置路径信任连接概率序列C的初始值为概率中值,初始时间周期的循环次数t值为1。
5.根据权利要求1所述的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法,其特征在于,在S200中,在第t个时间周期时进行位置更新,传感器测试网络中的传感器节点位置随机化,设定随机放置待测主节点的位置坐标为(xt, yt),其中xt= [0, X],yt = [0, Y]。
6.一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***,其特征在于,所述一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***包括:处理器、存储器及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述的一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试方法中的步骤,所述一种近距离无线通信芯片信号覆盖测试***可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端数据中心的计算设备中。
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- 2022-01-13 CN CN202210034157.0A patent/CN114050880B/zh active Active
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CN114050880B (zh) | 2022-03-29 |
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