工业无线网络性能测试方法

穿越至B网络，经过主控制器后处理后再回到A网络的目标节点时间为Trecv。控制周期计算表达式为：

　　ControlCycle=Trecv- Tsend (2)

　　二、装置硬件实现

　　本文选择了AT91RM9200处理器，工作温度范围为-40～+80℃，具有很好的抗干扰特点。通过SPI总线与NAITRS无线模块连接，实现测试装置的无线通信功能。无线模块采用了线性调频扩频CSS技术作为实现工业无线网络协议IEEE802.15.4a的物理层标准，测试装置硬件结构如图2所示。

　　AT91RM9200微处理器集成了以太网控制器，通过MDIO接口外扩DM9l61 以太网物理层接口芯片，对外通过Rj45网口与其他的Medbus节点进行通信，其本身作为一个Modbus/TCP Server节点。LCD显示屏采用Topway的LM32019EWF，分辨率为320×240, 供电电压为3.3V，它以8080总线的方式连接到AT91RM92OO微处理器上。

　　触摸屏采用的是AD7843芯片，通过I/O口线连接到处理器上，模拟 SPI实现数据的通信。系统扩展了DM9000网口与上位机进行通信，实现与上位计算机的数据交互;此外，还扩展了SDRAM存储器和FLASH存储器、 USB 接口、串口、输入输出I/O等。该装置与测试网络连接采用无线(基于IEEE802.15.4a标准CSS物理层的NAI TRS无线模块)和有线( Modbus/TCP)的方式，实现与测控平台的接入。

　　三、程序实现

　　3.1 应用程序设计

　　3.1.1 无线测试程序的实现

　　测试装置通过无线接入到无线令牌环网络， 进行数据测试。测试的具体步骤为：程序先进行初始化，测试装置等待加入到无线令牌环网络。测试装置加入后等待获得网络的令牌。测试装置获得令牌后将测试数据发送至无线主站，同时将数据保存到一张二维表格1里。无线主站(协议转换器)将测试数据转换成Profihus-DP的数据包发送至PLC, PLC进行相应的处理后，将数据返回协议转换器。协议转换器将数据包转换成Modb-us/TCP的数据包发送给测试装置，测试装置将接收到的数据记录到表I中。当表I记满后自动转到表n，等待数据处理程序处理表I的数据，处理完毕后清零。

　　3.1.2 数据处理程序的实现数据处理程序流程如图3所示。

　　当表Ⅰ(Ⅱ)完成256次测试后，测试程序会发送表Ⅰ(Ⅱ)测试完毕的信号量，数据处理程序获得该同步信号量，并对该表进行数据处理。

　　根据表中发送和接收的数据信息计算出丢包率，令牌循环时间、无线网络的流量和控制周期等参数。处理完成后清除表格中的数据，并保存处理结果到相应的数据区。

3.1.3 接口程序的实现

显示程序和触摸屏输入程序主要完成对测试结果的显示和用户的设置。上电后首先对硬件进行初始化，然后通过输入信息选择相应的显示信息，即：丢包率显示、流量显示、令牌循环时间显示、延时显示以及与其他用户交互的界面选择。上位机通信利用套接字中的socket〔 〕和Connect 〔 〕函数与上位机之间建立起可用的TCP连接，用Send 〔 〕和receive 〔 〕函数将测试结果告知计算机。

　　3.2 多任务调度的实现

　　测试装置的软件系统采VxWorks嵌入式实时操作系统。VxWorks实时操作系统提供的多任务机制中对任务的控制采用了优先级抢占和轮转调度机制，充分保证了可靠的实时性，使同样的硬件配置能满足更强的实时性要求，为应用开发留下更大的余地。

　　在主程序中设定系统时钟分辨率及任务调度方式，并创建twire、thandle、tclient、tdisplay和tserver共五个新任务。twire为无线节点任务，主要完成入网和发送接收数据、发送令牌等操作;thandle为性能测试结果的计算任务，将一次测试过程中的各项数据记录在列表中，计算得到性能指标值等;tclient为TCP客户端任务，主要利用socket和connect函数建立起可用的TCP连接，用send和，receive函数发送报文并接收对方响应，完成一次测试结果的上传;tdisPlay为显示和输入任务，用于对测试数据的显示和控制;tserver是Modbus/TCP服务器程序，完成Modbus/TCP 网络通信的功能。上述各任务并行运行，任务之间的通信采用信号量和消息的方式。

　　各任务之间分别采用semhandle、semclient、semdis-play这三种信号量进行通信。其中，semhandle信号量用来同步thandle与 tserver任务，即当Modbus/TCP服务器端接收完一组测试包后才能开启性能计算任务;semclient信号量用来同步thandle与tclient任务，当测试数据计算得出结果后才能通过客户端上传至上位机;semdispl叮用来同步thandle和tdisplay任务，即将thandie计算的数据结果同步显示在液晶屏上。

　　四、实验结果验证

　　待测网络拓扑结构如图4所示。

　　无线网络流量、令牌周期和控制周期示意图分别如图5、图6所示。

经过测试，我们得到该系统在传输距离为30m以内的丢包率小于0.1%，无线到Modbu