一種傳感網絡節點結構評估系統及方法
2023-06-03 02:33:46 1
專利名稱：一種傳感網絡節點結構評估系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種網絡節點結構評估系統及方法，特別是關於一種傳感器網絡節點結構評估系統及方法。
背景技術：
傳感器網絡是信息技術應用領域的重要技術，將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變人類與自然界的交互方式。目前，不同的傳感器網絡系統需要設計不同的專用網絡節點、終端硬體結構和協議軟體，具體而言就是需要開發傳感網絡的各種專用的硬體體系結構，並制定編寫專用的網絡協議。這種開發需要設計專用處理器系統和接口電路，只有在製作完成硬體系統後才能實施傳感網絡的調試和測試。這種方法具有的優點是具有開發針對性，其缺點是無法在硬體製造之前對設計的系統進行評估。特別是對於SoC(System on a Chip，片上系統)技術的應用，會造成較大的技術浪費。另外，由於設計結果需要驗證，因此延長了設計周期和產品上市時間。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種能對硬體系統結構、軟體系統與軟硬體協調性進行評估的通用傳感網絡節點評估系統及方法。
為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種傳感網絡節點結構評估系統，其特徵在於它包括評估基板和電源模塊，所述評估基板上預置有插接傳感器網絡節點的通用傳感器網絡節點插槽以及若干模塊插座，所述模塊插座上對應插接存儲器模塊、模擬傳感器調理模塊、數字調理模塊、現場總線接口模塊、RF接口模塊、USB接口模塊、顯示接口模塊、網絡接口模塊和鍵盤接口模塊中的一塊或一塊以上；所述電源模塊連接所述各功能模塊和接口模塊。
一種採用上述傳感網絡節點結構評估系統的評估方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)把用戶設計的待評估的傳感器網絡節點插接到評估基板上的通用傳感器網絡節點插槽中；(2)根據用戶設計的傳感器網絡節點的硬體和軟體應用系統的要求，把所需模塊插接到評估基板上相應的模塊插座上，組成與用戶設計的傳感器網絡節點硬體和軟體應用系統相同的硬體電路；(3)根據目標環境的要求，將至少一套傳感器網絡節點評估系統置於與目標環境相似的模擬環境中，或直接模擬目標環境物理量的變化傳遞給傳感器網絡節點評估系統的模擬傳感器調理模塊；(4)運行用戶設計的硬體和軟體應用系統的應用程式；(5)根據硬體電路工作狀態和應用程式運行的結果得出評估結論。
其中步驟2中所述數字調理模塊評估傳感器網絡節點的數字調理部分，包括調製和編碼以及解調和解碼。
其中步驟2中所述存儲器模塊評估包含存儲器的傳感器網絡節點的存儲器部分，所述存儲器模塊同時作為擴展的程序和數據存儲器模塊。
其中步驟3中所述模擬傳感器調理模塊將外部環境變化的物理量轉化為傳感器網絡節點所需的數字量，其步驟如下(1)將測到的物理量變化轉換成電子特性變化；(2)通過轉換電路將電子特性變化轉換成電信號；(3)電信號經過積分電路和放大電路進行整形處理後，經由採集電路將模擬電信號轉換成數位訊號；(4)將由數位訊號組成的測試向量發送給待評估的傳感器網絡節點。
其中步驟3中的傳感器網絡節點評估系統為一套以上，各所述傳感器網絡節點評估系統間採用自組織方式組成傳感器網絡。
其中步驟4採用移植用戶設計的傳感器網絡節點作業系統，並在其上運行，或直接運行用戶設計的硬體和軟體應用系統的應用程式。
本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、由於本發明提供了一種通用的網絡節點結構，所以系統結構比較簡單，減小幹擾影響，而且可以通過拆分和組合實現評估功能多樣化。2、由於本發明提供的評估系統具有通用性，所以大大縮短了設計周期和產品上市時間。3、由於本發明可以在硬體製造前對設計的系統進行評估，所以在很大程度上能提高晶片製造的成功率。本發明可以廣泛用於信息技術應用領域中。
圖1是本發明系統組成結構示意2是本發明實施例1結構示意3是本發明實施例2結構示意4是本發明實施例3結構示意5是本發明實施例4結構示意6是本發明實施例5結構示意圖具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明進行詳細的描述。
如圖1所示，本發明系統組成包括評估基板、存儲器模塊、模擬傳感器調理模塊、數字調理模塊、電源模塊、現場總線接口模塊、RF(Radio Frequency，射頻)接口模塊、USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)接口模塊、顯示接口模塊、網絡接口模塊和鍵盤接口模塊中的一塊或多塊，評估基板上預置有通用傳感器網絡節點插槽和若干模塊插座，各模塊上預置有電源模塊接口或電源連線。
實施例1如圖2所示，本實施例包括評估基板、電源模塊、模擬傳感器調理模塊、數字調理模塊、存儲器模塊和網絡接口模塊。
評估基板上的通用傳感器網絡節點插槽用於插接待測的傳感器網絡節點晶片。通用傳感器網絡節點插槽通過連線連接評估基板上各個模塊插座；各模塊插座可以插接根據目標環境要求設計的傳感器網絡節點所需要的模塊；連線包括各模塊所需要的數據線、控制線和地址線。
電源模塊用於提供待評估的傳感器網絡節點和各個模塊所需要的電源；各個模塊所需要的電源由電源模塊連接到各個模塊的相應插座上或者通過各模塊的電源連線連接到電源模塊。電源模塊可以是由220v交流市電經變換得到各個模塊所需要的電源，也可以是各種直流電源經變換得到各個模塊所需要的電源，或者由220v交流市電經變換與各種直流電源經變換的組合得到各個模塊所需要的電源。
模擬傳感器調理模塊給傳感器網絡節點提供傳感信號，模擬傳感器調理模塊中的傳感器監測外部環境的變化。其將測到的物理量變化轉換成電子特性變化，如電阻變化、電容變化或電感變化；再通過轉換電路，如阻橋電路，轉換成電信號；電信號經過積分電路、放大電路進行整形處理後，再經過採集電路將模擬電信號轉換成數位訊號，並將由數位訊號組成的測試向量發送給待評估的傳感器網絡節點。模擬傳感器調理模塊中的傳感器包括溫度傳感器、溼度傳感器、光照傳感器、聲音傳感器、氣體傳感器、加速度傳感器、超聲波傳感器、震動傳感器、壓力傳感器、磁傳感器和化學傳感器之一或其組合構成的模擬傳感器模塊。模擬傳感器調理模塊插接到評估基板上的模擬傳感器調理模塊插座，通過該插座連接到該評估基板的通用傳感器網絡節點插槽，連線包括模擬傳感器調理模塊的數據線、控制線等。
數字調理模塊用於評估傳感器網絡節點的數字調理部分，需評估的功能包括調製和編碼功能以及解調和解碼功能；支持的調製方式包括OOK(ON/OFF keying，開關鍵控)、ASK(amplitude shift keying，幅移鍵控)、FSK(frequency shiftkeying，頻移鍵控)和PSK(phase shift keying，相移鍵控)等；支持的編碼方式包括軟體SedSeed編碼、硬體曼徹斯特編碼、透明編碼、UART(Universalasynchronous receive and transit，通用異步收發)編碼和NRZ(Non-return Zero，不歸零)編碼等。數字調理模塊插接到評估基板上數字調理模塊插座，並通過該插座連接到該評估基板的通用傳感器網絡節點插槽，連線包括數字調理模塊的數據線、控制線等。
存儲器模塊用於評估待評估的包含存儲器的傳感器網絡節點的存儲器部分，也作為擴展的程序和數據存儲器模塊。存儲器可以包括易失性存儲器如6264、非易失性存儲器如2764、EEPROM如2864、FFRAM(鐵電存儲器)FM24C04和Flash存儲器如24LC56之一或其組合構成的存儲器模塊。存儲器模塊插接到評估基板上的存儲器模塊插座，通過該插座連接到該評估基板的通用傳感器網絡節點插槽，連線包括存儲器模塊的地址線、數據線和控制線。
網絡接口模塊用於評估包含有網絡接口的傳感器網絡節點的網絡部分，網絡接口模塊提供無線網口或有線網口或二者的組合。對於空間比較狹小的監測區域，如家居、各種實驗室和工作站等，採用有線網絡接口；對於空間比較大的監測區域，如森林、農場等，採用無線網絡接口。網絡接口模塊插接到評估基板上的網絡接口模塊插座，通過該插座連接到該評估基板的通用傳感器網絡節點插槽。
實施例2如圖3所示，本實施例包括評估基板、電源模塊、模擬傳感器調理模塊、數字調理模塊、顯示接口模塊、存儲器模塊和網絡接口模塊。本實施例除添加了一顯示模塊外，其它的模塊均與實施例1中的模塊相同。
顯示接口模塊用於顯示文字或圖形，可以包括LED發光二極體指示電路、LED數碼管指示電路、點陣LED顯示電路和液晶顯示器電路之一或其組合電路構成的顯示接口模塊。顯示接口模塊插接到評估基板上的顯示接口模塊插座，通過該插座連接到該評估基板的通用傳感器網絡節點插槽，連線包括顯示接口模塊所需要的數據線、控制線等。
實施例3如圖4所示，本實施例包括評估基板、電源模塊、模擬傳感器調理模塊、數字調理模塊、顯示接口模塊、鍵盤接口模塊、存儲器模塊和網絡接口模塊。本實施例除添加了一塊鍵盤模塊外，其它的模塊與實施例2中的模塊相同。
鍵盤接口模塊用於輸入命令或參數，可包括接觸式按鍵或電容式按鍵，包括採用PS2接口、USB1.1接口和USB2.0接口的鍵盤接口。鍵盤接口模塊插接在評估基板上的鍵盤接口模塊插座，並通過該插座連接到該評估基板的通用傳感器網絡節點插槽，連線包括鍵盤接口模塊所需要的數據線、控制線等。
實施例4
如圖5所示，本實施例包括評估基板、電源模塊、模擬傳感器調理模塊、數字調理模塊、顯示接口模塊、鍵盤接口模塊、現場總線接口模塊、存儲器模塊和網絡接口模塊。本實施例除添加了一塊現場總線接口模塊外，其它的模塊與實施例3中的相同。
現場總線接口模塊用於評估包含有現場總線接口的傳感器網絡節點的現場總線接口部分，採用的現場總線包括控制區域網(Controller Area Network，CAN)總線、過程現場總線(Process Field Bus，Profibus)、設備網(DeviceNet)總線、Modbus總線、控制和通信連結(controlcommunication link，CC-link)總線、基金會現場(Fieldbus Foundation，FF)總線等。現場總線接口模塊插接在評估基板上的現場總線接口模塊插座，並通過該插座連接到該評估基板的通用傳感器網絡節點插槽，連線包括現場總線接口模塊的數據線、控制線等。
實施例5如圖6所示，本實施例包括評估基板、電源模塊、模擬傳感器調理模塊、數字調理模塊、顯示接口模塊、鍵盤接口模塊、現場總線接口模塊、USB接口模塊、存儲器模塊和網絡接口模塊。本實施例除添加了一塊USB接口模塊外，其它的模塊與實施例4中的相同。
USB接口模塊用於評估包含有USB接口的傳感器網絡節點的USB接口部分。USB接口模塊插接到評估基板上的USB接口模塊插座，並通過該插座連接到該評估基板的通用傳感器網絡節點插槽，連線包括USB接口模塊的數據線、控制線等。
實施例6如圖1所示，本實施例包含有評估基板、電源模塊、模擬傳感器調理模塊、數字調理模塊、顯示接口模塊、鍵盤接口模塊、現場總線接口模塊、USB接口模塊、RF接口模塊、存儲器模塊和網絡接口模塊。本實施例除添加了一塊RF接口模塊外，其它的模塊與實施例5中的相同。
RF接口模塊用於評估包含有RF接口的傳感器網絡節點的RF接口部分。RF接口模塊插接到評估基板上的RF接口模塊插座，並通過該插座連接到該評估基板的通用傳感器網絡節點插槽，連線包括RF接口模塊的數據線、控制線等。
本發明對待評估的傳感器網絡節點硬體和軟體應用系統進行評估的方法是1、把用戶設計的待評估的傳感器網絡節點插接到評估基板上的通用傳感器網絡節點插槽；
2、根據用戶設計的傳感器網絡節點的硬體和軟體應用系統的要求，將所需的模塊插接到評估基板上相應的模塊插座上，組成與用戶設計的傳感器網絡節點硬體和軟體應用系統相同的硬體電路；3、根據目標環境的要求，將一套傳感器網絡節點評估系統置於與目標環境相似的模擬環境中，或直接模擬目標環境物理量的變化傳遞給傳感器網絡節點評估系統的模擬傳感器調理模塊；如果需要評估傳感器網絡節點間的相互通信性能，須將一套以上傳感器網絡節點評估系統置於目標環境或與目標環境相似的模擬環境中，這些傳感器網絡節點評估系統通過自組織方式組成傳感器網絡；4、移植用戶設計的傳感器網絡節點需要的作業系統(比如美國加州大學伯克利分校設計的TinyOS作業系統)，並在作業系統上運行用戶設計的硬體和軟體應用系統的應用程式，或者直接運行用戶設計的硬體和軟體應用系統的應用程式；5、根據硬體電路工作狀態和應用程式運行的結果得出評估結論如果硬體電路工作狀態和應用程式運行正常，工作指標達到預計的要求，表明用戶設計的傳感器網絡節點硬體和軟體應用系統可以進行批量生產，實現一個傳感器網絡節點；如果硬體電路工作狀態和應用程式運行指標未達到原設計的要求，則要求用戶對設計的傳感器網絡節點硬體和軟體應用系統進行修改或重新設計，然後重新進行評估。
儘管為說明目的公開了本發明的具體實施例和附圖，其目的在於幫助理解本發明的內容並據以實施，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和範圍內，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發明不應局限於最佳實施例和附圖所公開的內容，本發明要求保護的範圍以權利要求書界定的範圍為準。
權利要求
1.一種傳感網絡節點結構評估系統，其特徵在於它包括評估基板和電源模塊，所述評估基板上預置有插接傳感器網絡節點的通用傳感器網絡節點插槽以及若干模塊插座，所述模塊插座上對應插接存儲器模塊、模擬傳感器調理模塊、數字調理模塊、現場總線接口模塊、RF接口模塊、USB接口模塊、顯示接口模塊、網絡接口模塊和鍵盤接口模塊中的一塊或一塊以上；所述電源模塊連接所述各功能模塊和接口模塊。
2.一種採用如權利要求1所述傳感網絡節點結構評估系統的評估方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)把用戶設計的待評估的傳感器網絡節點插接到評估基板上的通用傳感器網絡節點插槽中；(2)根據用戶設計的傳感器網絡節點的硬體和軟體應用系統的要求，把所需模塊插接到評估基板上相應的模塊插座上，組成與用戶設計的傳感器網絡節點硬體和軟體應用系統相同的硬體電路；(3)根據目標環境的要求，將至少一套傳感器網絡節點評估系統置於與目標環境相似的模擬環境中，或直接模擬目標環境物理量的變化傳遞給傳感器網絡節點評估系統的模擬傳感器調理模塊；(4)運行用戶設計的硬體和軟體應用系統的應用程式；(5)根據硬體電路工作狀態和應用程式運行的結果得出評估結論。
3.如權利要求2所述的一種傳感網絡節點結構的評估方法，其特徵在於其中步驟2中所述數字調理模塊評估傳感器網絡節點的數字調理部分，包括調製和編碼以及解調和解碼。
4.如權利要求2所述的一種傳感網絡節點結構的評估方法，其特徵在於其中步驟2中所述存儲器模塊評估包含存儲器的傳感器網絡節點的存儲器部分，所述存儲器模塊同時作為擴展的程序和數據存儲器模塊。
5.如權利要求2或3或4所述的一種傳感網絡節點結構評估方法，其特徵在於其中步驟3中所述模擬傳感器調理模塊將外部環境變化的物理量轉化為傳感器網絡節點所需的數字量，其步驟如下(1)將測到的物理量變化轉換成電子特性變化；(2)通過轉換電路將電子特性變化轉換成電信號；(3)電信號經過積分電路和放大電路進行整形處理後，經由採集電路將模擬電信號轉換成數位訊號；(4)將由數位訊號組成的測試向量發送給待評估的傳感器網絡節點。
6.如權利要求2或3或4所述的一種傳感網絡節點結構評估方法，其特徵在於其中步驟3中的傳感器網絡節點評估系統為一套以上，各所述傳感器網絡節點評估系統間採用自組織方式組成傳感器網絡。
7.如權利要求5所述的一種傳感網絡節點結構評估方法，其特徵在於其中步驟3中的傳感器網絡節點評估系統為一套以上，各所述傳感器網絡節點評估系統間採用自組織方式組成傳感器網絡。
8.如權利要求2或3或4或7所述的一種傳感網絡節點結構評估方法，其特徵在於其中步驟4採用移植用戶設計的傳感器網絡節點作業系統，並在其上運行，或直接運行用戶設計的硬體和軟體應用系統的應用程式。
9.如權利要求5所述的一種傳感網絡節點結構評估方法，其特徵在於其中步驟4採用移植用戶設計的傳感器網絡節點作業系統，並在其上運行，或直接運行用戶設計的硬體和軟體應用系統的應用程式。
10.如權利要求6所述的一種傳感網絡節點結構評估方法，其特徵在於其中步驟4採用移植用戶設計的傳感器網絡節點作業系統，並在其上運行，或直接運行用戶設計的硬體和軟體應用系統的應用程式。
全文摘要
本發明涉及一種傳感網絡節點結構評估系統及方法，它的總體構成包括評估基板、電源模塊以及存儲器模塊、模擬傳感器調理模塊、數字調理模塊、現場總線接口模塊、RF接口模塊、USB接口模塊、顯示接口模塊、網絡接口模塊和鍵盤接口模塊中的一塊或一塊以上。本發明提供的評估系統具有通用性，可以在硬體製造前對設計的系統進行評估，所以在很大程度上能提高晶片製造的成功率，大大縮短了設計周期和產品上市時間；而且可以通過拆分和組合實現評估功能多樣化。本發明可廣泛應用於信息技術應用領域。
文檔編號H04L12/26GK101079756SQ200710118290
公開日2007年11月28日 申請日期2007年7月4日 優先權日2007年7月4日
發明者鈕文良, 李哲英, 姜餘祥, 周小龍, 趙俊良, 許立群, 陳婷婷, 劉佳, 王淑英, 申功邁, 韓璽, 王健健, 劉翔, 韓大盺, 孫旭 申請人:北京聯合大學