基于Web的传感网信号接口的一致性测试系统设计

0 引 言

物联网从技术的角度又称为传感网，其涵盖了感知层、 网络层到应用层在内的各种产品、系统和行业应用方案，所以 相应的测试范畴很广。根据各层特点和产品特性，传感器网络 涉及到的测试包括了通用性能测试，标 准一致性测试和典型行业应用测试。而 传感网信号接口一致性测试就属于其中 的标准一致性测试 [1-4]。

 全国性技术组织传感器网络标准工 作组（WGSN）于 2008 年 12 月成立了 接口项目组，对传感器网络节点输入输 出接口的连接约束等做出规范，制定统 一的接口标准《传感器网络 接口 信号接 口规范》[5]。由于大多数标准实现者并不 参与到信号接口标准的制定过程中，所 以信号接口标准实现者对于同一信号接 口标准的不同理解以及实现过程中的主 观因素，都将导致相同标准的不同实现。 所以，需要对信号接口标准实现进行相 关测试，确保基于传感网信号接口标准 的产品符合标准规范。因此，执行传感 网信号接口一致性测试成为了传感器网 络应用发展的重要环节和必要步骤。

1 信号接口测试系统总体架构设计

 针对传感网信号接口标准和给出 的接口测试方法，本文设计了一个基于 Web 的传感网信号接口一致性测试系统 [6-10]。信号接口测试的 架构如图 1 所示。该系统能够测试和检验传感网信号接口与信 号接口标准规范的一致性，测试传感器节点能否实现传感器互 换和即插即用功能，完成各种类型传感器以统一的信号接口标 准接入网络。

整个测试平台的硬件设备包括测试服务器、测试路 由器、测试信号源、被测传感器节点（可外接传感器 / 信 号源）。除了测试服务器以外，其余设备均采用 TI 公司的 CC2530 射频芯片实现数据的无线收发模块，CC2530 是一款符合 IEEE802.15.4 协议标准，可工作在 ISM 频段为 2.4 GHz 的射频系统芯片可满足工作要求。测试路由器主控芯片为 LM3S9862，具有高性能的 Cortex-M3 内核和 10/100M 以太网 接口。测试信号源为常用的波形发生器、直流电压源、直流电 流源。

 2 信号接口测试软件设计 

基于上述测试架构的软件结构如图 2 所示，测试软件中 接口文件验证模块对被测设备提交的信号接口表述文件进行 验证后，如果符合信号接口标准要求，测试软件则调用 XML 解析器对表述文件进行解析，得到被测节点所支持的传感器 类型以及所涉及的相关电气参数。然后将测试信号源按照表述 信息接入传感节点。

3 信号接口测试系统实现 

测试系统的软件实现主要是测试界面的设计，测试页面 是测试者与测试系统的信息交换窗口，本系统提供一个友好的 图形操作界面，设计的交互界面如图 3 所示。

在执行信号接口测试案例之前，需要先对被测节点提供 的基于 XML 格式的信号表述文件进行验证，查看各类型的 信号接口文件的格式和内容是否符合标准规范。如若符合，页 面上将显示解析后的节点所支持的信号类型和电气参数等信 息，然后将标准的传感器按照指定接入方式接入到传感节点 上。通过在测试案例信息区域选择所要进行的测试案例，点 击启动测试，开始依次执行选中的测试案例。当前测试案例 信息中显示了每个测试案例的案例名称、测试案例描述、起止 时间、测试状态和测试判决。页面下方区域则显示了每个测 试案例的具体执行过程。

4 电压信号接口测试及结果分析 

（1）一致性要求 ：为了实现电压型传感器互换和即插即用 的功能，要求被测节点提供符合接口规范要求的信号表述文 件，并且能够支持电压型信号及其相关电气参数的输入。 

（2）测试目的 ：验证被测节点是否按照标准规范的格式 和内容提供电压型信号接口表述文件，以及能否支持该类型 信号的输入。 

（3）测试过程 ：

Step1 ：用户通过远程访问测试服务器，提交被测设备的 信号接口表述文件 ；

Step2 ：测试服务器调用文件验证接口、对基于 XML文 件格式的信号接口进行验证，查看其是否符合接口标准定义 的信号接口相关参数的内容与格式 ； 

Step3 ：读取所提供的信号表述文件，解析出被测节点支 持的电压型传感器及其相关电气性能参数，并存储相关信息， 将测试信号源的电压型信号源接入传感节点的电压型通道上， 准备执行测试 ；

Step4 ：测试执行模块发送 UTA 命令，调用 IUT 接口发 布一条读取该通道上的传感器数据的请求报文，通过测试网 关发送被测传感节点设备 ； 

Step5 ：传感器节点接收到信号后，将相应通道上传感器 采集的数据发送至网关并上传至服务器 ；

Step6 ：服务器中的测试模块接收到含有通道号的数据报 文，分析该通道号对应的通道类型是否为电压型，同时，验 证接收到的数据报文的特定字段是否为有效数据，即得到传 感数据是否在传感器感知物理量的范围内，如若类型一致并 且接收到有效数据，则测试通过，否则，测试不通过。

（4）测试结果

 电压型信号测试的测试案例执行结果如图 4 所示。

 进入测试配置页面，待电压型信号接口描述文件上传至 服务器之后，存储在指定路径中，对其进行验证，验证结果 如图 4（a）所示，表示该信号接口表述文件符合传感器网络 信号接口标准。点击查看后，该文件以层级结构显示出来，可 知被测节点支持 0 ～ 5 V 电压型信号，阻抗匹配为 5 Ω，电 压信号形式“0”表示共模，接地方式“0”表示单端参考接地 线。根据之前获得的通道参数信息可知 01 通道为电压型通道， 因此在 01 通道上配置电压型传感器，然后选择电压信号测试， 开始执行测试。下发测试命令给节点，节点返回传感数据信息 的报文，0x51为通道标识，01为通道号，0xA4 为数据类型标识， 0x08 为数据类型，表示 32 位浮点型，0x43 0xC8 0x00 0x00 为传感数据，转换成十进制为 400，在所测物理量范围之内，所以为有效数据，因此电压型信号测试例被判决成功。

5 结 语

本文设计的传感网信号接口一致性测试系统可以测试信 号接口的标准一致性，测试过程人工操作较少，基本实现可 视化、自动化，测试范围广，基本覆盖了常见的物理信号，为 标准规范的实施和应用提供强有力的测试服务，通过验证传 感器节点相关产品与对应标准的符合性，提高产品兼容性， 有利于快速推广标准化产品和系统应用。