一种定向天线移动自组网测试装置及方法与流程

1.本发明涉及自组织网络测试技术领域，尤其涉及一种定向天线移动自组网测试装置及方法。


背景技术：

2.定向天线是方向图具有明显主瓣和旁瓣的天线，相比全向天线具有更高的方向增益，具有实现更远的通信距离、更强的抗干扰能力等优点。同时，基于定向天线组网时，只有主波束相互对准的节点才能完成无线通信，在全向天线组网需要时域、频域对准的基础上，又增加空域对准的要求，组网控制协议复杂。在网络论证设计阶段，通常可采用仿真软件对组网控制协议进行仿真分析；而在设备完成生产加工后的调试、测试阶段，传统的基于实物的调试、测试方法不仅需要被测试的主要设备网络管理模块，而且需要配备完整的调制解调、收发信道、射频前端和天线等模块，设备、载车、场地、供电、人员等配试要求高，测试时间长，尤其是网络节点数较多的情况下，或将难以实施。并且，全实物条件下受实际场地、道路等因素的限制和影响，难以实现网络拓扑的遍历，在测试的充分性方面也存在困难。
3.专利“郑博文，文海，刘玉涛等.一种自组网内同步波束选择装置及定向天线自组网：cn109347524a.”提出了一种自组网内同步波束选择装置及定向天线自组网，配备一个全向天线和多个定向天线，用全向天线的全方位覆盖解决定向天线自组网在无外同步或无指北信息时无法正常组网的问题，并兼有定向天线组网的优势，未涉及该装置的测试方法，但从侧面反映了定向天线自组网测试面临的困难。
4.文献“张望，彭来献，徐任辉等.雷达通信自组网的邻居发现算法研究[j].通信技术,2017,50(4):701-706.”针对定向传输的雷达通信自组网提出了一种高实时性的定向邻居发现算法-radar scanning-based algorithm(rsba)并利用opnet对rsba、顺序扫描算法(sba)和随机扫描算法(cra)进行仿真比较分析，但未涉及组网功能和网络性能的测试。
[0005]
事实上，目前关于对定向天线移动自组织网络在如何在试验室环境下充分开展组网功能和网络性能测试尚缺乏可参考的资料和方法。


技术实现要素：

[0006]
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种定向天线移动自组网测试装置及方法。
[0007]
本发明的具体内容如下：一种定向天线移动自组织网络测试装置，包括场景监控计算机、网络交换机、多路定时模块和中频矩阵开关；
[0008]
其中，场景监控计算机包括网络监控软件模块、矩阵开关控制软件模块和定时控制软件模块；网络交换机将场景监控计算机、多路定时模块、中频矩阵开关和被测试的网络管理模块、调制解调模块连接成一个测试网络；多路定时模块产生多路定时信号；中频矩阵开关在定时开关触发下，完成端口间的闭合/断开动作。
[0009]
网络监控软件模块包括：编辑、产生网络时帧周期、时隙长度，以及节点的数量、
id、初始位置、速度、运动方向和路径等参数，并下发给被测的网络管理模块，完成网络参数初始化；各种组网控制命令的发起，发送到相应的被测网络管理模块，包括建网、退网、迟入网，以及各类业务链路的建立和拆除等；根据各节点网络管理模块返回的状态报文中节点当前位置信息，显示网络拓扑；各种业务数据的模拟产生并发送给各网络管理模块，接收网络管理模块的业务报文并进行报文统计；网络监控软件模块支持被测网络的典型场景的编辑、保存。
[0010]
进一步的，矩阵开关控制软件模块包括：矩阵开关端口初始化配置；接收各节点网络管理模块的时隙报文；对报文中的时隙号/时戳、频点、天线指向信息进行联合判决，将时隙、频点、指向均匹配的节点判决为联通，其余判决为断开；产生相应的矩阵开关控制报文，发送至中频矩阵开关。
[0011]
进一步的，定时控制软件模块按网络监控软件模块设置的网络时帧周期、时隙长度，周期性产生每个时帧内各时隙的定时信号相对基准秒脉冲的时间偏移量，并发送给多路定时模块。
[0012]
进一步的，一个时帧周期内包含多个时隙，每个时隙的定时信号的时间偏移量pi由时帧序号n和时帧周期t、时隙序号n和时隙长度t，以及各节点的模拟时间差δi决定：
[0013]
pi＝n
×
t+n
×
t+δi[0014]
其中n，n均从0开始计。
[0015]
进一步的，多路定时模块，可以用定时模块内部的时钟源，或直接以外部秒脉冲为参考，产生多路秒脉冲信号，作为各节点的时间基准；接收定时控制模块的控制报文，按报文设定的时间偏移量产生多组定时信号，每组包含多路定时信号，定时信号周期可设置；不同组的定时信号，除用作中频矩阵开关闭合/断开的触发外，还可用于有同步要求的定时驱动网络的网络管理模块和调制解调模块的触发；相同组内的多路定时信号用于不同节点相同模块的触发；不同组的定时信号时序关系可设置；相同组内不同路定时信号的时差可设置。
[0016]
进一步的，中频矩阵开关具有多路中频i/o端口和多路定时控制端口，中频和定时端口对应的网络节点id可根据实际连接由矩阵开关控制软件模块进行初始化配置；接收矩阵开关控制软件模块发送的矩阵开关控制报文，根据控制报文中的输入输出端口连接关系，在多路定时模块产生的定时信号触发下，完成开关的闭合/断开动作，模拟定向天线波束对准，为各节点调制解调器的中频信号提供闭合回路；支持1个输入端口同时连接多个输出端口，以及多个输入端口同时连接1个输出端口。
[0017]
本发明还公开了一种定向天线移动自组织网络测试方法，基于上述任一测试装置，包括如下步骤：
[0018]
s01：连接测试装置和被测设备；
[0019]
s02：通过网络监控软件模块，根据被测网络的网络时帧周期、时隙长度设置定时信号的时帧周期和时隙长度；设置节点的数量、id、初始位置、速度、运动方向和路径等参数并下发给被测的网络管理模块，完成网络参数初始化；
[0020]
s03：根据中频矩阵开关与调制解调模块、定时模块的实际连接关系，由矩阵开关控制软件模块进行中频矩阵开关的初始化配置；
[0021]
s04：由网络监控软件模块，选定一个节点发起建网命令；
[0022]
s05：矩阵开关控制软件模块通过网络交换机接收各网络管理模块接收到建网命令后产生的时隙控制报文，对报文中的时隙号/时戳、频点、天线指向信息进行联合判决，产生相应的矩阵开关控制报文，通过网络发送中频矩阵开关。
[0023]
s06：中频矩阵开关接收到矩阵开关控制报文，结合根据实际连接情况的初始化配置，完成各时隙节点id和矩阵开关端口号对应关系的解析，产生通断控制表，等待定时信号触发；
[0024]
s07：定时控制软件模块按网络监控软件模块设置的网络时帧周期、时隙长度，计算当前时帧内各时隙的定时信号相对基准秒脉冲的时间偏移量，产生定时控制报文并通过网络发送给多路定时模块；
[0025]
s08：多路定时模块接收定时控制模块的控制报文，按报文设定的时间偏移量产生多路定时信号；
[0026]
s09：中频矩阵开关在定时信号触发下，根据通断控制表完成端口间的闭合/断开动作。
[0027]
本发明公开了一种基于中频矩阵开关的定向天线移动自组网测试装置及方法，采用半实物方式，克服传统全实物测试配套要求高、测试效率低、测试充分性难于保障的不足，可以在实验室环境下高逼真度地充分测试多节点网络的功能和性能，提高测试效率，具有较强的实用性和良好的应用前景。
附图说明
[0028]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
[0029]
图1为本发明的测试装置组成示意图；
[0030]
图2为本发明的时帧、时隙示意图；
[0031]
图3为本发明的测试方法流程图。
具体实施方式
[0032]
参照附图1，本发明的定向天线移动自组网测试装置包括：
[0033]
场景监控计算机1、网络交换机2、多路定时模块3、中频矩阵开关4(虚线框所示的网络管理模块和调制解调模块为本发明所要测试的设备)，其中场景监控计算机1上部署有3个独立的软件功能模块：
[0034]
网络监控软件模块11：
①
编辑、产生网络时帧周期、时隙长度，以及节点的数量、id、初始位置、速度、运动方向和路径等参数，并下发给被测的网络管理模块，完成网络参数初始化；
②
各种组网控制命令的发起，发送到相应的被测网络管理模块，包括建网、退网、迟入网，以及各类业务链路的建立和拆除等；
③
根据各节点网络管理模块返回的状态报文中节点当前位置信息，显示网络拓扑；
④
各种业务数据的模拟产生并发送给各网络管理模块，接收网络管理模块的业务报文并进行报文统计。
⑤
网络监控软件模块支持被测网络的典型场景的编辑、保存。
[0035]
矩阵开关控制软件模块12：
①
矩阵开关端口初始化配置；
②
接收各节点网络管理模块的时隙报文，
③
对报文中的时隙号/时戳、频点、天线指向信息进行联合判决，将时隙、频点、指向均匹配的节点判决为联通，其余判决为断开；
④
产生相应的矩阵开关控制报文，
发送中频矩阵开关4。
[0036]
定时控制软件模块13：按网络监控软件模块11设置的网络时帧周期、时隙长度，周期性产生每个时帧内各时隙的定时信号相对基准秒脉冲的时间偏移量，并发送给多路定时模块3。一个时帧周期内包含多个时隙，每个时隙的定时信号的时间偏移量pi由时帧序号n和时帧周期t、时隙序号n和时隙长度t，以及各节点的模拟时间差δi决定：
[0037]
pi＝n
×
t+n
×
t+δi——(1)
[0038]
其中n，n均从0开始计，时帧和时隙的关系示意如图2。
[0039]
网络交换机2：将本发明的场景监控计算机1、多路定时模块3、中频矩阵开关4和被测试的网络管理模块、调制解调模块连接成一个测试网络。
[0040]
多路定时模块3；
①
可以用定时模块内部的时钟源，或直接以外部秒脉冲为参考，产生多路秒脉冲信号，作为各节点的时间基准；
②
接收定时控制模块13的控制报文，按报文设定的时间偏移量产生多路定时信号，多路定时信号的周期可设置、时差可设置。
[0041]
本实施例优选的，可将多路定时信号分为不同的组，不同组的定时信号除用作中频矩阵开关4闭合/断开的触发外，还可用于有同步要求的定时驱动网络的网络管理模块和调制解调模块的触发；
[0042]
本实施例优选的，不同组的定时信号时序关系可设置，用于适配矩阵开关响应时间，以及不同被测网络的网络管理模块、调制解调模块的响应时间，确保测试装置和被测设备的同步性和信号收发的完整性；
[0043]
本实施例优选的，相同组内不同路定时信号的时差(即公式(1)中的δi)可设置，用于模拟被测网络实际工作时可能存在由于时间不同步带来的时间差。
[0044]
中频矩阵开关4：
①
具有多路中频i/o(输入/输出)端口和多路定时控制端口，中频和定时端口对应的网络节点id可根据实际连接由矩阵开关控制软件模块12进行初始化配置；
②
接收矩阵开关控制软件模块12发送的矩阵开关控制报文，根据控制报文中的输入输出端口连接关系，在多路定时模块3产生的定时信号触发下，完成开关的闭合/断开动作，模拟定向天线波束对准，为各节点调制解调器的中频信号提供闭合回路。
③
1个输入端口同时连接多个输出端口，以及，多个输入端口同时连接1个输出端口。
[0045]
其中，1个输入端口同时连接多个输出端口，可模拟一个定向发射波束内同时存在多个接收节点的场景。
[0046]
多个输入端口同时连接1个输出端口，可模拟多个发射波束同时指向1个接收节点的场景。
[0047]
如图3所示，本发明提供了一种定向天线移动自组网测试方法，该方法包括如下步骤：
[0048]
s01：如图1连接测试装置和被测设备；
[0049]
s02：通过网络监控软件模块11，根据被测网络的网络时帧周期、时隙长度设置定时信号的时帧周期和时隙长度；设置节点的数量、id、初始位置、速度、运动方向和路径等参数并下发给被测的网络管理模块，完成网络参数初始化；
[0050]
s03：根据中频矩阵开关4与调制解调模块、定时模块3的实际连接关系，由矩阵开关控制软件模块12进行中频矩阵开关的初始化配置；
[0051]
s04：由网络监控软件模块11，选定一个节点发起建网命令；
[0052]
s05：矩阵开关控制软件模块12通过网络交换机接收各网络管理模块接收到建网命令后产生的时隙控制报文，对报文中的时隙号/时戳、频点、天线指向信息进行联合判决，产生相应的矩阵开关控制报文，通过网络发送中频矩阵开关4。
[0053]
s06：中频矩阵开关4接收到矩阵开关控制报文，结合根据实际连接情况的初始化配置，完成各时隙节点id和矩阵开关端口号对应关系的解析，产生通断控制表，等待定时信号触发；
[0054]
s07：定时控制软件模块13按网络监控软件模块11设置的网络时帧周期、时隙长度，计算当前时帧内各时隙的定时信号相对基准秒脉冲的时间偏移量，产生定时控制报文并通过网络发送给多路定时模块3；
[0055]
s08：多路定时模块3接收定时控制模块13的控制报文，按报文设定的时间偏移量产生多路定时信号；
[0056]
s09：中频矩阵开关4在定时信号触发下，根据通断控制表完成端口间的闭合/断开动作。
[0057]
至此，测试装置支持调制解调模块在被测网络管理模块的时隙控制表控制下，完成信号的发射和接收解调，实现各节点之间组网控制报文的交互，从而可支持进行初始建网等各种网络功能的测试。
[0058]
完成某项网络功能/性能测试，由网络监控软件模块11发起网络拆除指令，结束当前测试；再根据需要测试的网络场景，由网络监控软件模块11编辑产生不同的场景参数，对网络的各种可能场景进行遍历测试。
[0059]
本发明针对定向天线移动自组织网络全实物测试配套要求高、组织实施困难、测试效率低、测试充分性难于保障的情况，提出了一种基于中频矩阵开关的定向天线移动自组网调测方法和装置，采用半实物方式，可以在实验室环境下、高逼真度充分验证多节点网络的组网控制协议，提高网络调测的效率和测试的充分性，网络节点数仅受定时信号路数和矩阵开关端口数量限制，并且测试场景可任意编辑不受场地、道路等因素限制，在支持网络规模、测试充分性、保障要求等方面较全实物测试方法具有明显优势，具有较强的实用性和良好的应用前景。
[0060]
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。