一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及消防救援队伍灭火救援现场使用的自组网设备性能测试领域，具体涉及一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置。


背景技术：

2.近年来随着我国社会经济不断发展，城市建筑愈加密集化、复杂化、立体化，出现了越来越多的高层、超高层、大型综合体、大型地下空间等建筑群。此类建筑材质多为钢混结构，建筑结构复杂对无线信号的衰减、吸收非常大，室外移动信号无法完全覆盖建筑内部，建筑内一旦发生火灾，极易出现断网、断电等情况，这给消防应急救援人员建筑内通信保障造成了极大挑战。
3.为了解决建筑物内应急通信保障的难题，近年来消防救援队伍将无中心自组网技术应用到现场的无线通信保障方面，并取得了良好的通信效果。无中心自组网技术(也叫做mesh network或者ad hoc network)，是一种以所有节点“平等、独立”为原则的组网技术。节点之间不存在依赖关系，相互之间通过协商来进行组网和数据传输。由于其易于布放，能够自组织、自恢复，可以通过多跳组成非视距下无线宽窄带传输链路，当前已成为搭建复杂环境下无线通信链路的主要解决方案。
4.但是，市场上现有自组网通信产品种类繁多，各厂商产品的结构、射频参数、天线性能、协议、接口均不一致，消防救援领域内也尚未出台统一的国家及行业标准规范来要求自组网设备的性能测试方法，用于评价自组网设备的性能优劣。而自组网设备性能中多跳后网络的传输带宽和传输时延是影响自组网设备应用的一个极为关键的指标，由于自组网设备间在组网过程中设备间互为中继，从而能够形成多条链路用于数据的传输，这也是自组网设备的优势，但这种优势在实际测试中又成为“多跳”测试的障碍，实际测试中难以模拟出“链状”、“多跳”的网络传输结构；同时市场上现有的自组网设备的频率、功率、接口、天线增益等参数都不一样，如何抛开这些不同参数而直接评价自组网设备的组网性能也是一个技术难点。
5.目前，评价自组网设备的性能一般采用在真实环境中实测业务的方式，如测试点对点设备间极限通信距离、带宽、时延、抖动、响应时间、误码等指标，测试多跳(2跳、3跳、4跳
…
n跳)下首台设备在单组网(链状)链路下和最后一台设备间通信链路的带宽、时延、抖动、响应时间、误码等参数。现有的多跳下自组网链路业务指标测试方法存在如下弊端：
6.(1)由于自组网设备的高度自组织、自恢复特点，多台设备容易互联互通形成网状或其他复合型网络拓扑，组建链状拓扑较为困难，需要多人协同配合，依托距离或遮挡搭建链状拓扑。
7.(2)即便已经组成了链状网络拓扑，以4台设备3跳为例，在无遮挡空旷环境中测试，首台设备和最后一台设备间距一般能达到5公里以上，在有遮挡的环境中如高层空间、大型综合体内测试，依靠建筑物的遮挡通信距离会拉近一些。采用上述两种方法进行组网测试，由于距离和环境遮挡对无线信号的衰减、吸收、折射、反射、干扰等客观因素，会极大
的影响设备的通信性能，带来诸多不确定因素，从而无法客观的测试出设备最真实的业务性能指标。
8.(3)不同厂商间设备功率、频率、接口、天线性能均不一致，如果以上述测试方法获取的指标进行设备间比对，也缺少严谨性。
9.通过上述分析可以看出，目前自组网测试领域还缺少高效、合理的平台和方法来测试及评估自组网设备多跳链路的性能，传统的测试方法一是需要投入较多的人力、物力到测试中，会花费较大的时间来搭建链状组网链路，二是极易受到外界环境因素的影响，造成测试结果的不准确、不合理。


技术实现要素：

10.本实用新型提供一种以业务应用为驱动的多跳自组网设备级联测试装置，应用本装置可实现在实验室内按照既定网络构架排布自组网设备组成链状通信网络，测试多跳下自组网设备的业务性能，也可通过插入仿真信道模块及干扰模块等方式对设备进行信道仿真测量。
11.应用此装置进行测量实验，可减少多跳自组网测试过程中投入的人力、物力，降低外界环境、设备天线、设备功率等因素对设备的影响，测试出最真实、准确的多跳自组网设备业务性能指标，可对不同厂商的设备进行比对分析。
12.为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案如下：一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置，包括屏蔽箱盖和屏蔽箱体，所述的屏蔽箱体内部设有双臂电桥ⅰ、双臂电桥ⅱ，二功分器ⅰ、二功分器ⅱ、测试设备放置区及衰减器，在屏蔽箱体上设有网络转接口、n型射频转接头ⅰ、n型射频转接头ⅱ，待测自组网设备放置在测试设备放置区，待测自组网设备的数据接口通过网络线缆与屏蔽箱体上的网络转接口连接。
13.上述的一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置，所述的二功分器ⅰ频率为350-1000mhz，二功分器ⅱ的频率为800-2700mhz。
14.上述的一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置，所述的双臂电桥ⅰ的功率为800-2700mhz，双臂电桥ⅱ的功率为350-1000mhz。
15.上述的一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置，所述的待测自组网设备的输出端与频率相适配的二功分器的输入端通过柔性射频电缆连接，二功分器的输出端分别与衰减器及n型射频转接头连接。
16.上述的一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置，所述的待测自组网设备的输出端与频率相适配的双臂电桥的输入端通过柔性射频电缆连接，双臂电桥的输出端分别与衰减器及n型射频转接头连接。
17.上述的任一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置，所述的屏蔽箱体外部设有负载，负载与屏蔽箱体通过n型射频转接头连接。
18.上述的一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置，屏蔽箱体上还设有屏蔽箱扩展接口。
19.本实用新型的有益效果
20.本实用新型提供了一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置，现有的多跳自组网业务性能测试一般在室外或复杂建筑内进行，需要多人协同配合，且链状网络拓
扑形成非常困难，多台设备间容易组成网状或其他复合型网络，为多跳下设备业务性能测试带来极大的困难，同时也易于受到环境和外界其他噪声干扰和无线信号干扰。本装置可促使多台自组网设备链状组网更为简单、易于实现、减少外界环境对设备的干扰，测试出最真实、准确的多跳自组网设备业务性能，可以更为客观的对自组网设备进行评判。
21.本装置的发明创新点在于：
22.1)多台自组网设备通过本装置级联后即可在实验室内组成n跳自组网链状通信链路，仅需一名人员即可完成测试环境搭建和性能测试操作；
23.2)本装置具备屏蔽结构可屏蔽不同频段的无线干扰及噪声信号，排除测试过程外界无线信号和噪声对设备的干扰，使测试结果更为精准。
24.3)可降低天线、设备功率对测试结果的影响，可通过对不同厂商的测试数据进行比对分析。
25.4)搭配信道仿真模块及噪声模块，可以模拟测试设备在不同场景、信道、干扰源下的通信性能指标。
附图说明
26.图1为本实用新型外部结构示意图。
27.图2为本实用新型内部结构示意图。
28.图3为本实用新型多跳自组网设备级联测试应用示意图。
29.图例说明：1为屏蔽箱盖，2为负载，3为网络转接口，4-1为n型射频转接头ⅰ，4-2为n型射频转换接头ⅱ，5为屏蔽箱体，6为衰减器，7为待测自组网设备，8为屏蔽箱扩展接口，9为二功分器ⅰ，10为二功分器ⅱ，11为双臂电桥ⅰ，12为双臂电桥ⅱ，13为网络线缆，14为柔性射频线缆。
具体实施方式
30.图1为具备射频微波屏蔽功能的箱体，尺寸为500mm*500mm*200mm，箱体采用铸铝材质，对信号的实际屏蔽效果约90db以上，屏蔽箱体5外设计2个n型射频接口，用于与其他测试装置的级联(当模块为测试装置的首端或尾端时，1个接口用于级联其他装置，1个端口用于连接负载)，设计1个rj45网络转接口3用于连接自组网设备和信号测试终端。同时也设计1个可拆卸接口，用于后续扩展应用。信号屏蔽子模块能够屏蔽外界其他信号和噪声的干扰，且能够屏蔽箱体内自组网设备无线信号的溢出。
31.图2为本实用新型内部结构示意图。屏蔽箱体5外部设计了1块负载2，用于防止设备空载运行(当装置处于首端或尾端时使用，位于中继位置不使用)，根据待测试自组网设备7发射功率的不同选择不同型号的负载；屏蔽箱体5设计了一个衰减器6，用于防止其他自组网设备接收到的信号强度过大，根据待测试自组网设备7发射功率的不同选择不同型号的衰减器6；本实用新型设计了两款不同频率的双臂电桥(3db)，用于对待测自组网设备7的两路输出信号进行合路后再分路，同时对不相邻的两个待测自组网设备进行射频隔离，两款双臂电桥的频率分为别350-1000mhz和800-2700mhz；还设计了两款不同频率的二功分器，频率与两个双臂电桥一致，当待测自组网设备7为单路射频输出时使用。屏蔽箱体5内部所有无源器件使用柔性射频线缆连接，待测自组网设备7与屏蔽箱体5通过网线连接。
32.实施例1
33.一种基于无源器件的多跳自组网设备级联测试装置，包括屏蔽箱盖1和屏蔽箱体5，所述的屏蔽箱体5内部设有双臂电桥ⅰ11、双臂电桥ⅱ12，二功分器ⅰ9、二功分器ⅱ10、测试设备放置区及衰减器6，在屏蔽箱体5上设有网络转接口3、n型射频转接头ⅰ4-1、n型射频转接头ⅱ4-2，待测自组网设备7放置在测试设备放置区，待测自组网设备7的数据接口通过网络线缆13与屏蔽箱体5上的网络转接口3连接。
34.所述的二功分器ⅰ9频率为350-1000mhz，二功分器ⅱ10的频率为800-2700mhz。
35.所述的双臂电桥ⅰ11的功率为800-2700mhz，双臂电桥ⅱ12的功率为350-1000mhz。
36.所述的待测自组网设备7的射频接口与频率相适配的二功分器的输入端通过柔性射频电缆连接，二功分器的输出端分别与衰减器6及n型射频转接头连接。
37.所述的待测自组网设备7的射频接口与频率相适配的双臂电桥的输入端通过柔性射频电缆连接，双臂电桥的输出端分别与衰减器6及n型射频转接头连接。
38.所述的屏蔽箱体5外部设有负载2，负载2与屏蔽箱体5通过n型射频转接头连接。
39.屏蔽箱体5上还设有屏蔽箱扩展接口8。
40.级联测试装置内部线缆及无源器件共有4种连接搭配方式。
41.1.具体测试方法一：
42.待测自组网设备7具备二路射频输出接口，工作频率为800-2700mhz，待测自组网设备7二路射频输出通过柔性射频电缆14直接与800mhz双臂电桥ⅰ11输入口连接，双臂电桥ⅰ11输出口通过柔性射频电缆14分别与衰减器6和n型射频转接头ⅱ4-2连接，待测自组网设备7通过网络线缆13与屏蔽箱体5上的网络转接口3连接，进行测试。
43.2.具体测试方法二：
44.待测自组网设备7具备二路射频输出接口，工作频率为350-800mhz，待测自组网设备7二路射频输出通过柔性射频电缆14直接与350mhz双臂电桥ⅱ12输入口连接，双臂电桥ⅱ12输出口通过柔性射频电缆14分别与衰减器6和n型射频转接头ⅱ4-2连接，待测自组网设备7通过网络线缆13与屏蔽箱体5上的网络转接口3连接，进行测试。
45.3.具体测试方法三：
46.待测自组网设备7具备一路射频输出接口，工作频率为800-2700mhz，待测自组网设备7射频输出通过柔性射频电缆14直接与800mhz二功分器ⅱ10输入口连接，二功分器ⅱ10输出口分别通过柔性射频电缆14与衰减器6和n型射频转接头ⅱ4-2连接，待测自组网设备7通过网络线缆13与屏蔽箱体5上的网络转接口3连接，进行测试。
47.4.具体测试方法四：
48.待测自组网设备7具备一路射频输出接口，工作频率为350-800mhz，待测自组网设备7射频输出通过柔性射频电缆14直接与350mhz二功分器ⅰ9输入口连接，二功分器ⅰ9输出口分别通过柔性射频电缆14与衰减器6和n型射频转接头ⅱ4-2连接，待测自组网设备7通过网络线缆13与屏蔽箱体5上的网络转接口3连接，进行测试。
49.5.测试平台搭建和应用
50.通过若干套级联测试装置搭配测量子模块、信道仿真子模块可组成多跳下自组网设备测试平台。测量子模块由ixchariot服务端和ixchariot客户端构成，ixchariot服务端和客户端通过网络线缆接入信道屏蔽子模块rj45接口，ixchariot客户端定制ip地址和4传
输进程，向ixchariot服务端发送500mb字节数据，记录数据传输的瞬时速率、平均速率、瞬时带宽、平均带宽、瞬时延时、平均延时和数据误码率等等数据。信道仿真子模块可选择信道仿真仪，模拟多种信道环境，如图3所示。
51.为了确保系统的隔离效果电桥优先选择三阶互调≤-140dbc，驻波比≤1.3的器件。所配置的级联测试装置数量根据实际测试的路由跳数进行配置，首台和末台级联测试装置内需要配置1台待测自组网设备、1个负载、1个电桥和1组衰减器，其他中间级联测试装置内配置1台待测自组网设备、1个电桥和1组衰减器，为了保障设备间的隔离度，避免产生相邻设备的链路级联，衰减器衰减值取值≥50dbm，所有端口使用射频线缆进行连接。现有的宽带自组网设备常用频段包括600mhz、1.4ghz、1.8ghz、2.4ghz等，因此本测试装置需要支持500m-2.6ghz频段，现有的无源器件支持频段包括350-1000mhz，800-2700mhz，因此本装置需要准备支持上述频段的2套链路级联子模块。本装置支持在任意相邻的2台屏蔽子模块间插入信道仿子模块，测试自组网设备在不同信道及干扰情况下性能指标。
52.为了确保设备接收信号场强在合理范围内，设备的接收场强rx、设备发射功率p、衰减器衰减值ls、无源器件插入损耗值lw、线缆损耗值lx，需满足如下关系：
53.即：-55dbm≤rx＝p-ls-lw-lx≤-85dbm
54.此强度范围可以保障设备接收信号、信噪比在合理范围内，对相邻设备不会产生干扰，可以保证测试出更为真实准确的业务性能指标，无源器件指标及数量选择可参见下表。
55.表1测试平台无源器件指标及数量配置
[0056][0057]
待测自组网设备全部开机后，由于自组网设备发射端未连接天线，只连接了射频线缆和无源器件，因此射频信号通过射频线缆从设备各端口完成收发工作，由于电桥具备对射频信号的隔离特性，因此射频信号只能到达相邻设备，无法与其他非相邻设备联通。设备开机后可通过查看网络拓扑图的方式检查链状链路是否组网成功，组网成功后可通过测试子模块对设备开展测量工作。
[0058]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。