趙大偉

（南京熊貓通信科技有限公司，南京 210008）

1 無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)和路由測(cè)試技術(shù)

無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備發(fā)送和接收功能，其中路由的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是與節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置有關(guān)的，如設(shè)備靠近時(shí)會(huì)建立無(wú)線鏈路，設(shè)備遠(yuǎn)離則拆除之，因此網(wǎng)絡(luò)中的路由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是隨著節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)位置的改變而變化的。無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)支持多跳通信，不相鄰的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)以多跳方式進(jìn)行通信。這些通信行為，都需要路由功能的支持。

初期階段對(duì)無(wú)線Mesh 路由功能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，不宜在實(shí)際物理環(huán)境中進(jìn)行，因?yàn)槟菚r(shí)路由功能可能存在某些缺陷，如形成過(guò)程緩慢、不收斂、數(shù)據(jù)異常等；因此，為了先期驗(yàn)證所實(shí)現(xiàn)的無(wú)線Mesh 路由協(xié)議的可用性，我們提出來(lái)一種針對(duì)無(wú)線Mesh 路由的軟件測(cè)試技術(shù)。它包括兩部分軟件，其一是軟件實(shí)現(xiàn)的物理空間模擬工具，稱為Space；其二是模擬無(wú)線Mesh 節(jié)點(diǎn)設(shè)備的路由進(jìn)程，它上面運(yùn)行路由軟件模塊。每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備都有一個(gè)路由進(jìn)程。測(cè)試機(jī)制是通過(guò)Space 和路由進(jìn)程兩者的交互來(lái)完成的。

2 Space 的設(shè)計(jì)思想

Space 在架構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)立于Mesh 路由協(xié)議，并能夠與每個(gè)路由進(jìn)程進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)獲得無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)全部節(jié)點(diǎn)的路由信息。它支持?jǐn)?shù)據(jù)配置，可以設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的無(wú)線參數(shù)集，內(nèi)容是{發(fā)射天線功率，發(fā)射天線增益，接收天線功率和接收天線增益，接收閾值}。

2.1 圖形化的顯示界面

Space 的界面中用實(shí)心圓來(lái)表示一個(gè)無(wú)線Mesh 設(shè)備，簡(jiǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。界面中顯示節(jié)點(diǎn)的位置，并用連線來(lái)表示節(jié)點(diǎn)間的路由連接關(guān)系和層次關(guān)系。

節(jié)點(diǎn)是可以自由移動(dòng)的，用戶可以鼠標(biāo)拖動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置，也可以執(zhí)行腳本讓多個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)該運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致路由改變后，界面中的路由圖形也會(huì)顯示最新路由中節(jié)點(diǎn)的連接和層次關(guān)系。

2.2 接收功率計(jì)算

無(wú)線Mesh 設(shè)備接收到報(bào)文時(shí)會(huì)獲得接收功率，供路由生成使用。Space 使用Friis 公式計(jì)算報(bào)文接收方的接收功率。下面介紹Friis 公式。假設(shè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)射天線功率為Pt；發(fā)射天線增益為Gt；接收節(jié)點(diǎn)的接收天線增益為Gr 工作波長(zhǎng)為常數(shù)λ；天線之間的距離為R；則目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的接收功率Pr=Pt Gt Gr λ2/（4πR）2。

2.3 核心功能描述

Space 的核心功能是：①節(jié)點(diǎn)空間位置模擬功能，可以進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的距離的計(jì)算，節(jié)點(diǎn)可以運(yùn)動(dòng)；②物理空間內(nèi)無(wú)線報(bào)文收發(fā)的模擬功能，Space 接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的報(bào)文，并轉(zhuǎn)發(fā)給具備接收能力的節(jié)點(diǎn)；③圖形化顯示路由協(xié)議，讀取節(jié)點(diǎn)的發(fā)送報(bào)文中所包含的的路由信息，并以圖形方式顯示該路由的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；④路由故障判斷功能，能夠收集所有節(jié)點(diǎn)的路由信息，判斷路由是否一致或者收斂，如果發(fā)現(xiàn)異常則提供線索。

2.4 回放功能

Space 支持正常模式和回放模式。正常模式下，它自動(dòng)將時(shí)間信息和該時(shí)間點(diǎn)上的節(jié)點(diǎn)的位置信息等保存到場(chǎng)景文件中。回放模式下，讀取以前的場(chǎng)景文件，按照時(shí)間流精確回放時(shí)間點(diǎn)上的節(jié)點(diǎn)的位置，并與節(jié)點(diǎn)的路由進(jìn)程協(xié)同實(shí)現(xiàn)回放測(cè)試。

2.5 數(shù)據(jù)配置

需要配置的參數(shù)為：①UDP 端口；②節(jié)點(diǎn)的ID 和它的路由進(jìn)程的UDP；③節(jié)點(diǎn)的起始位置和無(wú)線參數(shù)集。

2.6 路由進(jìn)程

路由進(jìn)程對(duì)應(yīng)無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)設(shè)備，它能夠向Space 接收或者發(fā)送報(bào)文，所需要配置數(shù)據(jù)為：①節(jié)點(diǎn)ID；②無(wú)線參數(shù)集；③自己與Space 的UDP 端口；④初始位置。

3 測(cè)試技術(shù)實(shí)現(xiàn)描述

為了便于描述，假設(shè)無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)中有四個(gè)節(jié)點(diǎn)A，B，C，D，其中，A 與B，B 與C，以及C 與D 之間都可以相互無(wú)線通信。圖1描述了Space 是如何模擬無(wú)線信號(hào)在物理空間中的廣播，以及如何與節(jié)點(diǎn)的路由進(jìn)程協(xié)同，實(shí)現(xiàn)路由測(cè)試功能的。

圖1 實(shí)現(xiàn)路由測(cè)試功能

（1）當(dāng)節(jié)點(diǎn)A 的路由進(jìn)程啟動(dòng)后，根據(jù)路由協(xié)議生成路由數(shù)據(jù)，以UDP 報(bào)文發(fā)送到Space。

（2）Space 接收后首先從報(bào)文中讀取路由信息并顯示；使用Friis 公式判斷出只有B 節(jié)點(diǎn)具備接收能力，因此將節(jié)點(diǎn)A 的原始報(bào)文與B 的P_r 組裝為UDP 發(fā)送到節(jié)點(diǎn)B。

（3）節(jié)點(diǎn)B 收到后，運(yùn)行路由協(xié)議生成路由，再發(fā)送含路由的廣播報(bào)文到Space。

（4）Space 收到后，讀取路由信息在界面上圖形化顯示；使用Friis 公式計(jì)算出A 和C 都具備接收能力，因此將報(bào)文和A 的P_r 發(fā)送到節(jié)點(diǎn)A，同時(shí)將報(bào)文和C 的P_r 發(fā)送到節(jié)點(diǎn)C。

后面步驟（5）、（6），以及步驟（7）、（8）的描述與步驟（3）、（4）的描述相類似。

由此可以看出，Space 模擬了無(wú)線報(bào)文在物理空間中的廣播和接收功能，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間的報(bào)文收發(fā)，以及A →B →C →D的多跳數(shù)據(jù)傳輸流程。Space 接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文，提取路由并圖形化顯示，演示了網(wǎng)絡(luò)中的路由的生成過(guò)程和動(dòng)態(tài)演進(jìn)過(guò)程。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)的路由測(cè)試方案，Space 可以通過(guò)模擬物理空間，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的通信。Space 可以獲得無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的路由信息，能夠判斷無(wú)線Mesh 的網(wǎng)絡(luò)路由的有效性和一致性，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)異常。同時(shí)，Space 通過(guò)回放支持自動(dòng)化測(cè)試，有著較高的應(yīng)用價(jià)值。