[發(fā)明專利]一種高速無線測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010316973.1
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111405588B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余尚江;陳晉央;周會娟;陳顯;郭士旭;孟曉潔
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防工程研究院工程防護研究所
• 主分類號: H04W24/00
• 分類號: H04W24/00;H04W56/00;H04W84/12;H04W84/18
• 代理公司: 洛陽潤誠慧創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41153
• 代理人: 智宏亮

本發(fā)明涉及一種高速無線測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，用于高速動態(tài)過程中參數(shù)的大范圍無線測試，所述的系統(tǒng)架構(gòu)采用基于WIFI的無線網(wǎng)絡(luò)和平面樹形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌С譄o線遠(yuǎn)距離傳輸，所述的系統(tǒng)架構(gòu)分為感知層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層；所述的感知層用于完成效應(yīng)參數(shù)的感知、高速采集、數(shù)字信號生成、存儲和無線通信收發(fā)；所述的數(shù)據(jù)鏈路層用于完成統(tǒng)一數(shù)據(jù)幀設(shè)計生成、收發(fā)沖突檢測和差錯控制；所述的網(wǎng)絡(luò)層用于實現(xiàn)感知層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)高速互聯(lián)通信；所述的應(yīng)用層包括無線測控軟件平臺及其應(yīng)用服務(wù)，具有對感知層設(shè)備的實時定位功能。本發(fā)明解決了高速動態(tài)參數(shù)的無線測試問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及動態(tài)無線測試技術(shù)，具體是一種高速無線測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)。

背景技術(shù)

近年來，隨著無線通信技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究已經(jīng)比較成熟，集傳感、數(shù)據(jù)采集、無線組網(wǎng)功能于一體的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)利用在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、精細(xì)農(nóng)業(yè)、智能家居、建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大范圍內(nèi)的信息感知能力也被用來進行試驗過程中的信號測試，但對于高速動態(tài)過程（如爆炸、沖擊過程），由于需要測試的參數(shù)變化快，時間短，因此要求節(jié)點設(shè)備的采樣率高（通常大于1MSPS），動態(tài)過程測試中會大容量的數(shù)據(jù)流，基于傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的測試系統(tǒng)無能為力。

目前，北京理工大學(xué)、中北大學(xué)、南京理工大學(xué)、部分國內(nèi)科研機構(gòu)和企業(yè)也開發(fā)了用于動態(tài)試驗參數(shù)測量的專用無線測試設(shè)備，但是這些設(shè)備大都是在傳統(tǒng)的有線測試設(shè)備或存儲測試設(shè)備基礎(chǔ)上擴展了無線通信功能，可部分解決試驗中動態(tài)過程特定參數(shù)的測試問題。而對于爆炸效應(yīng)這種大范圍內(nèi)分布的快變參數(shù)測量，如采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)進行測試，不僅要求單個節(jié)點設(shè)備具有高的采樣率和大的存儲容量，還要求節(jié)點具有較高的數(shù)據(jù)無線傳輸速率，不同節(jié)點采集設(shè)備之間的時間同步精度高；同時由于采樣率高，采集設(shè)備不能一直保持采樣狀態(tài)，通常采用等待觸發(fā)采集的模式，這樣就需要可靠的觸發(fā)控制策略，確保試驗動態(tài)過程到達(dá)時數(shù)據(jù)的有效采集；而且動態(tài)試驗測試區(qū)域范圍大，人員安全距離遠(yuǎn)，跟隨測試人員的控制終端（測試服務(wù)器）與試驗測試區(qū)內(nèi)的無線節(jié)點設(shè)備的距離就遠(yuǎn)，因此要求無線測試網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有較大的無線覆蓋范圍。從這些方面來講，現(xiàn)有的專用無線測試設(shè)備均無法滿足要求。

另外，在現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，授權(quán)公告號為CN?100542138C的中國發(fā)明專利也提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)架，中層為中程無線MESH傳感器節(jié)點，通過該節(jié)點傳輸?shù)讓庸?jié)點的數(shù)據(jù)，但其不能實現(xiàn)高采樣速率的信號采集和數(shù)據(jù)高速大容量無線傳輸，該三層體系構(gòu)架也不宜實現(xiàn)大范圍高速無線組網(wǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對大范圍內(nèi)高速動態(tài)參數(shù)測試的應(yīng)用需求，本發(fā)明的目的是提供一種高速無線測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，解決高速動態(tài)參數(shù)的無線測試問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高速無線測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，所述的系統(tǒng)架構(gòu)采用基于WIFI的無線網(wǎng)絡(luò)和平面樹形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌С譄o線遠(yuǎn)距離傳輸，所述的系統(tǒng)架構(gòu)分為感知層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層；

所述的感知層用于完成效應(yīng)參數(shù)的感知、高速采集、數(shù)字信號生成、存儲和無線通信收發(fā)；感知層中的設(shè)備包括測試節(jié)點的數(shù)據(jù)采集存儲設(shè)備和測試服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)采集存儲設(shè)備采用基于并行處理器（FPGA）、串行處理器（ARM）、大容量非易失存儲器、WIFI無線模塊相結(jié)合的高速大容量采集存儲硬件，用以實現(xiàn)信號的感知、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)的節(jié)點本地存儲，并提供無線通信接口；所述的感知層中的測試服務(wù)器為便攜式筆記本電腦或PC機，所述的測試服務(wù)器內(nèi)設(shè)WIFI無線模塊或無線網(wǎng)卡，用以提供無線通信接口、運行操作系統(tǒng)及無線測控軟件，負(fù)責(zé)測試網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點設(shè)備的管理及數(shù)據(jù)匯集；

所述的數(shù)據(jù)鏈路層用于完成統(tǒng)一數(shù)據(jù)幀設(shè)計生成、收發(fā)沖突檢測和差錯控制，為應(yīng)用層軟件平臺與感知層設(shè)備提供統(tǒng)一的消息協(xié)議接口，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀包括多種控制協(xié)議數(shù)據(jù)幀和測試數(shù)據(jù)幀，控制協(xié)議數(shù)據(jù)幀采用時分復(fù)用的方式收發(fā)，測試數(shù)據(jù)幀采用時分復(fù)用和頻分復(fù)用相結(jié)合的方式收發(fā)；