專利名稱：一種無線分布式自動測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線分布式自動測試系統(tǒng)(Wireless Distributed Automatic Test System, WDATS)實現(xiàn)方法，屬于測試測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
測試和測量是人類認識客觀事物最基本的方法，針對如下被測對象(Under Unit Test,UUT)或環(huán)境1)現(xiàn)場環(huán)境的限制使得系統(tǒng)布線無法實現(xiàn)的情況，如樓宇、墻體的阻斷 等；2) UUT具備運動性或處于移動狀態(tài)；幻完全封閉的UUT，如全功能高速試驗動車組檢測 系統(tǒng)等，必須要構(gòu)建WDATS?，F(xiàn)有的與WDATS相似的測試系統(tǒng)，其無線通信平臺主要基于 Bluetooth、GPRS、ZigBee、PDA等，傳輸速率很低(Bluetooth v2. 0的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 3Mbps,ZigBee為250Kbps、GPRS為117Kbps)，且不具有時鐘同步能力或時鐘同步精度很低， 同時都不涉及觸發(fā)同步機制，測試能力較弱，不能完成復雜的測試任務和流程。因此有必要 開發(fā)一種傳輸速率較高、時鐘同步精度高且具備觸發(fā)同步能力的基于無線通信平臺的測試 系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種無線分布式自動測試 系統(tǒng)，具備傳輸速率較高、時鐘同步精度高的特點且具備觸發(fā)同步能力，可以完成復雜的測 試任務和流程。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種無線分布式自動測試系統(tǒng)由計算機(通常為1臺)、 WLXI (ffirel ess Local extension Instrument)總線、WLXI 儀器(若干)等構(gòu)成。所述的計算機，是WLXI儀器的控制中樞。計算機支持IEEE 802. Iln協(xié)議和WLXI 總線，并可通過WLXI總線實現(xiàn)對WLXI儀器的查詢、管理等操作，還可根據(jù)具體的UUT編寫、 調(diào)試、執(zhí)行相應的測試程序?qū)崿F(xiàn)特定的測試功能。所述的WLXI總線，是計算機與WLXI儀器、WLXI儀器與WLXI儀器之間的通信平 臺。與LXI總線類似，WLXI總線基于WLAN擴展而成，并增加了基于卡爾曼(Kalman)濾波 的IEEE 1588時鐘同步協(xié)議和觸發(fā)同步功能，同時定義了儀器間通信的報文格式。其中，基 于Kalman濾波的IEEE 1588時鐘同步協(xié)議實現(xiàn)WLXI儀器間的時鐘同步功能，屬于節(jié)點層 同步，保證系統(tǒng)內(nèi)所有WLXI儀器的動作基于相同的時基；觸發(fā)同步實現(xiàn)WLXI儀器具體動作 的同步，具備基于消息的觸發(fā)、基于時間的觸發(fā)等兩種方式，屬于任務層同步，如兩臺WLXI 儀器同時開始測量，其中基于消息的觸發(fā)方式是所有WLXI儀器必備的能力，而基于時間的 觸發(fā)只有符合LXI A類、B類規(guī)范的儀器支持；而報文格式定義在IEEE802. 11協(xié)議報文的 基礎(chǔ)上，定義了半波探測、域名、事件ID、隊列數(shù)、時間戳、IEEE 1588時間、標志字、數(shù)據(jù)等。 對WLXI報文定義的各個字段的說明如下半波探測字段用于判斷數(shù)據(jù)包的有效性；域名字 段用于用戶定義儀器所屬域名；事件ID字段表示W(wǎng)LXI總線中的事件名；隊列數(shù)字段表示 每個WLXI儀器內(nèi)部的隊列數(shù)值；時間戳字段表示事件發(fā)生的時間；IEEE 1588時間字段記
4錄IEEE 1588時間值；標志字字段定義一些特殊應用；數(shù)據(jù)字段是WLXI儀器間交互的數(shù)據(jù)
fn息ο所述的WLXI儀器，是指支持WLXI總線的測試儀器，GPIB、VXI、PXI或LXI等儀器 經(jīng)過無線擴展支持IEEE 802. Iln協(xié)議后都可作為WLXI儀器。WLXI儀器在無線分布式測試 系統(tǒng)中用來實現(xiàn)具體的測試功能，如產(chǎn)生激勵、測量電壓、計頻、測量電阻等。一種無線分布式自動測試方法，包括以下步驟(1)建立系統(tǒng)硬件平臺a)統(tǒng)籌儀器的數(shù)量和類型；b)使得測試儀器都具備IEEE 802. Iln通信能力，對于VXI或PXI板卡式設(shè)備，采 用在零槽嵌入式計算機USB接口采用USB無線網(wǎng)卡的方式，使其支持IEEE 802. Iln協(xié)議； 對于LXI儀器，通過5類屏蔽雙絞線直接連接至無線路由器；對于GPIB設(shè)備，通過GPIB-LAN 網(wǎng)關(guān)直接連接至無線路由器；c)根據(jù)UUT的位置安排儀器，并完成儀器與UUT的通道連接，并保證阻抗、功率等 的適配；d)配置儀器的IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關(guān)和DNS服務器等；(2)建立時鐘同步a)初始化時鐘；b)通過最佳主時鐘(Best Master Clock, BMC)算法選出最優(yōu)時鐘，作為本系統(tǒng)的 時鐘同步源；c)WLXI儀器根據(jù)IEEE 1588時鐘同步協(xié)議交換同步報文并修正本地時鐘和主時 鐘間的偏差，每^中執(zhí)行一次；d)4s時間內(nèi)WLXI儀器沒有收到同步報文，則根據(jù)Kalman濾波算法估計并校正本 地時鐘；(3)編寫、調(diào)試測試程序a)編寫測試程序，根據(jù)實際需求調(diào)用觸發(fā)方式，觸發(fā)精度在ms級的選擇基于消息 的觸發(fā)，而觸發(fā)精度在us級選擇基于時間的觸發(fā)；b)調(diào)試測試程序；(4)運行測試程序，執(zhí)行測試任務。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(1)傳輸速率高，可達300Mbps ；(2)覆蓋范圍大，WLXI儀器直接通信距離與IEEE 802. Iln相同，可達270m ；(3)時鐘同步精度高，針對無線網(wǎng)絡環(huán)境丟包率較高的問題，采用基于Kalman濾 波的IEEE 1588時鐘同步協(xié)議，在同步報文丟失的情況下，利用Kalman濾波算法估計主從 時鐘偏差，并修正本地時鐘；(4)具備觸發(fā)同步能力，并提供基于消息的觸發(fā)、基于時間的觸發(fā)(只有LXI A、B 類儀器支持)方式。(5)容易實現(xiàn)，利用無線網(wǎng)絡設(shè)備(無線路由器、無線網(wǎng)卡等)即可實現(xiàn)GPIB、 VXI、PXI和LXI儀器的擴展。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明計算機功能圖；圖3為本發(fā)明WLXI總線功能圖；圖4為本發(fā)明基于Kalman的IEEE 1588時鐘同步協(xié)議流程圖；圖5為本發(fā)明基于消息的觸發(fā)方式示意圖；圖6為本發(fā)明基于時間的觸發(fā)方式示意圖；圖7為本發(fā)明WLXI總線報文字段定義示意圖；圖8為本發(fā)明的WLXI儀器功能框圖；圖9為本發(fā)明的無線分布式自動測試方法實現(xiàn)流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，是無線分布式自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明提出的無線分布式測試 系統(tǒng)由計算機、WLXI總線和WLXI儀器構(gòu)成。計算機作為系統(tǒng)的控制中樞，系統(tǒng)運行完成初 始化后，WLXI儀器間首先通過WLXI總線的時鐘同步功能實現(xiàn)節(jié)點級的時鐘同步，在此基礎(chǔ) 上，計算機通過WLXI總線發(fā)送指令控制WLXI儀器的運行，同時通過WLXI總線的觸發(fā)同步 功能實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)WLXI儀器動作的同步性。如圖2所示，是計算機的功能結(jié)構(gòu)示意圖。計算機是整個無線分布式自動測試系 統(tǒng)的控制中樞，具有IEEE 802. Iln硬件通信設(shè)備，支持WLXI總線，并可通過WLXI總線實現(xiàn) 對WLXI儀器的查詢、管理、網(wǎng)絡配置等操作，還可根據(jù)具體的UUT編寫、調(diào)試、執(zhí)行相應的測 試程序?qū)崿F(xiàn)特定的測試功能。如圖3所示，是WLXI總線功能圖。WLXI總線是無線分布式自動測試系統(tǒng)中，計算 機與WLXI儀器、WLXI儀器與WLXI儀器之間的通信平臺，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、時鐘同步和觸 發(fā)同步三大功能。數(shù)據(jù)通信是完成計算機與WLXI儀器、WLXI儀器與WLXI儀器之間的數(shù)據(jù)交互 功能，基于UDP/TCP協(xié)議實現(xiàn)，同時定義了儀器間數(shù)據(jù)交互的數(shù)據(jù)格式，如圖4所示。在 IEEE802. 11協(xié)議報文的基礎(chǔ)上，定義了半波探測(冊Detect)、域名(Domain)、事件 ID (Event ID)、隊列數(shù) Sequence)、時間戳(Timestamp)、IEEE 1588 時間(Epocti)、標志字 (Flag)、數(shù)據(jù)(Data)等。對WLXI報文定義的各個字段的說明如下①半波探測字段用于判 斷數(shù)據(jù)包的有效性，如果該字段中包含內(nèi)容不是“W”，那么這個數(shù)據(jù)包就應該被忽略；②域 名字段用于用戶定義儀器所屬域名，WLXI儀器的域名值可以由用戶設(shè)置，如果收到的數(shù)據(jù) 包中域名值和WLXI儀器中設(shè)置的域名值不同，該數(shù)據(jù)包就會被忽略；③事件ID字段表示 WLXI總線中的事件名；④隊列數(shù)字段表示每個WLXI儀器內(nèi)部的隊列數(shù)值，，當有數(shù)據(jù)包發(fā) 送時，該隊列數(shù)加1 ；⑤時間戳字段表示事件發(fā)生的時間；⑥IEEE 1588時間字段記錄IEEE 1588時間值；⑦標志字字段定義一些特殊應用；⑧數(shù)據(jù)字段是WLXI儀器間交互的數(shù)據(jù)信 肩、ο時鐘同步是節(jié)點層同步，保證系統(tǒng)內(nèi)的WLXI儀器的動作基于相同的時基。時鐘同 步采用基于卡爾曼(Kalman)濾波的IEEE 1588時鐘同步協(xié)議，如圖5所示。首先初始化 系統(tǒng)內(nèi)的所有時鐘，并通過報文交換依據(jù)最佳主時鐘算法選出系統(tǒng)內(nèi)的最優(yōu)時鐘作為主時鐘，而其它時鐘作為從時鐘，所有從時鐘每2秒鐘根據(jù)IEEE 1588時鐘同步協(xié)議和主時鐘交 換同步報文并修正本地時鐘和主時鐘的偏差，如果在4秒鐘時間內(nèi)從時鐘沒有接收到主時 鐘的同步報文，則從時鐘根據(jù)Kalman濾波算法估計并校正本地時鐘，從而保證從時鐘和主 時鐘的同步。觸發(fā)同步是任務層同步，保證WLXI儀器具體動作的同步性。觸發(fā)同步有基于消息 的觸發(fā)和基于時間的觸發(fā)兩種?；谙⒌挠|發(fā)是將儀器配置為軟件觸發(fā)方式后，計算機 向該儀器發(fā)送觸發(fā)SCPI指令*TRG(或封裝的Vpp函數(shù))來實現(xiàn)的，如圖6所示，其流程如 下①定義預定義動作，設(shè)置被觸發(fā)儀器的觸發(fā)方式為軟件觸發(fā)；②等待觸發(fā)發(fā)起者的觸 發(fā)命令；③判斷是否接收到觸發(fā)指令*TRG，如果是，執(zhí)行④；如果否，則執(zhí)行②；④執(zhí)行預定 義動作?；跁r間的觸發(fā)是預先通知儀器在某一時刻動作，待時間到達該時刻后，立即執(zhí) 行預定義動作，一般可通過測試儀器的COM方法函數(shù)Trigger. Alarmst (). Configure ()設(shè) 置觸發(fā)時間和動作，而利用Trigger. SourceO方法啟動儀器的動作，如圖7所示，其流程 如下①預定義被觸發(fā)儀器的動作；②觸發(fā)發(fā)起者向被觸發(fā)儀器發(fā)送觸發(fā)時間信息；③被 觸發(fā)儀器接收、處理觸發(fā)時間信息，獲取觸發(fā)時間值；④判斷本地時間是否與設(shè)定的觸發(fā)時 間值相等，如果不相等，則執(zhí)行第⑤步；如果相等，則執(zhí)行第⑥步；⑤等待；⑥執(zhí)行預定義動 作。如圖8所示，是WLXI儀器功能框圖。WLXI儀器具有IEEE 802. Iln硬件通信設(shè)備， 支持WLXI總線，且具有測試儀器的基本功能如AD、DA、開關(guān)、計頻等。WLXI儀器在計算機的 控制下，執(zhí)行對UUT的激勵和信號采集任務，并將信號采集結(jié)果回傳給計算機。一種無線分布式自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)方法，具體步驟如圖9所示(1)建立系統(tǒng)硬件平臺a)統(tǒng)籌儀器的數(shù)量和類型；b)使得測試儀器都具備IEEE 802. Iln通信能力，對于VXI或PXI板卡式設(shè)備，采 用在零槽嵌入式計算機USB接口采用USB無線網(wǎng)卡的方式，使其支持IEEE 802. Iln協(xié)議； 對于LXI儀器，通過5類屏蔽雙絞線直接連接至無線路由器；對于GPIB設(shè)備，通過GPIB-LAN 網(wǎng)關(guān)直接連接至無線路由器；c)根據(jù)UUT的位置安排儀器，并完成儀器與UUT的通道連接，并保證阻抗、功率等 的適配；d)配置儀器的IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關(guān)和DNS服務器等；(2)建立時鐘同步a)初始化時鐘；b)通過最佳主時鐘(Best Master Clock, BMC)算法選出最優(yōu)時鐘，作為本系統(tǒng)的 時鐘同步源；c)WLXI儀器根據(jù)IEEE 1588時鐘同步協(xié)議交換同步報文并修正本地時鐘和主時 鐘間的偏差，每^中執(zhí)行一次；d)4s時間內(nèi)WLXI儀器沒有收到同步報文，則根據(jù)Kalman濾波算法估計并校正本 地時鐘；(3)編寫、調(diào)試測試程序a)編寫測試程序，根據(jù)實際需求調(diào)用觸發(fā)方式，觸發(fā)精度在ms級的選擇基于消息的觸發(fā)，而觸發(fā)精度在us級選擇基于時間的觸發(fā)；b)調(diào)試測試程序；(4)運行測試程序，執(zhí)行測試任務。總之，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有傳輸速率高、覆蓋范圍大、時鐘同步精度較高、 無線環(huán)境下的觸發(fā)能力等，且容易實現(xiàn)。本發(fā)明未詳細闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種無線分布式自動測試系統(tǒng)，其特征在于由計算機、WLXI總線、若干臺WLXI儀器 構(gòu)成，計算機作為系統(tǒng)的控制中樞，系統(tǒng)運行完成初始化后，若干臺WLXI儀器之間首先通 過WLXI總線的時鐘同步功能實現(xiàn)節(jié)點級的時鐘同步，然后計算機通過WLXI總線發(fā)送指令 控制若干臺WLXI儀器的運行，同時通過WLXI總線的觸發(fā)同步功能實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)WLXI儀器動 作的同步性，其中所述計算機是整個無線分布式自動測試系統(tǒng)的控制中樞，具有IEEE 802. Iln硬件通 信設(shè)備，支持WLXI總線，并可通過WLXI總線實現(xiàn)對WLXI儀器的查詢、管理、網(wǎng)絡配置操作， 還可根據(jù)具體的UUT編寫、調(diào)試、執(zhí)行相應的測試程序?qū)崿F(xiàn)測試功能；所述的WLXI總線基于IEEE 802. Iln協(xié)議，是計算機與WLXI儀器、WLXI儀器與WLXI儀 器之間的通信平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、時鐘同步和觸發(fā)同步三大功能，數(shù)據(jù)通信完成系統(tǒng)內(nèi)計 算機與WLXI儀器、WLXI儀器與WLXI儀器之間的數(shù)據(jù)交換功能，時鐘同步完成各個WLXI儀 器內(nèi)部時鐘的同步功能，觸發(fā)同步保證WLXI儀器的動作同步性，即任務層同步；WLXI儀器具有IEEE 802. Iln硬件通信設(shè)備，支持WLXI總線，且具有測試儀器的基本功 能，包括AD、DA、開關(guān)和計頻，WLXI儀器在計算機的控制下，執(zhí)行對UUT的激勵和信號采集任 務，并將信號采集結(jié)果回傳給計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線分布式測試系統(tǒng)，其特征在于所述WLXI總線中的數(shù)據(jù) 通信完成計算機與WLXI儀器、WLXI儀器與WLXI儀器之間的數(shù)據(jù)交互功能是基于UDP/TCP 協(xié)議實現(xiàn)的，同時定義了儀器間數(shù)據(jù)交互的數(shù)據(jù)格式，具體如下在IEEE 802. 11協(xié)議報文的基礎(chǔ)上，定義了半波探測(冊Detect)、域名(Domain)、事 # ID (Event ID)、隊列數(shù) Sequence)、時間戳(Timestamp)、IEEE 1588 時間(Epoch)、標志 字(Flag)、數(shù)據(jù)(Data) JfWLXI報文定義的各個字段的說明如下①半波探測字段用于判 斷數(shù)據(jù)包的有效性，如果該字段中包含內(nèi)容不是“W”，那么這個數(shù)據(jù)包就應該被忽略；②域 名字段用于用戶定義儀器所屬域名，WLXI儀器的域名值可以由用戶設(shè)置，如果收到的數(shù)據(jù) 包中域名值和WLXI儀器中設(shè)置的域名值不同，該數(shù)據(jù)包就會被忽略；③事件ID字段表示 WLXI總線中的事件名；④隊列數(shù)字段表示每個WLXI儀器內(nèi)部的隊列數(shù)值，，當有數(shù)據(jù)包發(fā) 送時，該隊列數(shù)加1 ；⑤時間戳字段表示事件發(fā)生的時間；⑥IEEE 1588時間字段記錄IEEE 1588時間值；⑦標志字字段定義一些特殊應用；⑧數(shù)據(jù)字段是WLXI儀器間交互的數(shù)據(jù)信 肩、ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線分布式測試系統(tǒng)，其特征在于所述的時鐘同步保證系 統(tǒng)內(nèi)WLXI儀器的動作基于相同的時基是采用基于卡爾曼(Kalman)濾波的IEEE 1588時鐘 同步協(xié)議完成的，具體為首先初始化系統(tǒng)內(nèi)的所有時鐘，并通過報文交換依據(jù)最佳主時鐘 算法選出系統(tǒng)內(nèi)的最優(yōu)時鐘作為主時鐘，而其它時鐘作為從時鐘，所有從時鐘每2秒鐘根 據(jù)IEEE 1588時鐘同步協(xié)議和主時鐘交換同步報文并修正本地時鐘和主時鐘的偏差，如果 在4秒鐘時間內(nèi)從時鐘沒有接收到主時鐘的同步報文，則從時鐘根據(jù)Kalman濾波算法估計 并校正本地時鐘，從而保證從時鐘和主時鐘的同步。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線分布式測試系統(tǒng)，其特征在于所述的觸發(fā)同步中保證 WLXI儀器的動作同步性，即任務層同步中實現(xiàn)觸發(fā)同步的方法有兩種，基于消息的觸發(fā)和 基于時間的觸發(fā)；所述基于消息的觸發(fā)是將儀器配置為軟件觸發(fā)方式后，計算機向該儀器發(fā)送觸發(fā)SCPI指令*TRG或封裝的Vpp函數(shù)來實現(xiàn)的，流程如下①定義預定義動作，設(shè)置被觸發(fā)儀器的觸 發(fā)方式為軟件觸發(fā)；②等待觸發(fā)發(fā)起者的觸發(fā)命令；③判斷是否接收到觸發(fā)指令*TRG，如 果是，執(zhí)行④；如果否，則執(zhí)行②；④執(zhí)行預定義動作；所述基于時間的觸發(fā)是預先通知儀器在某一時刻動作，待時間到達該時刻后，立即執(zhí) 行預定義動作，可通過測試儀器的COM方法函數(shù)"Trigger. Alarmst (). Configure ()設(shè)置觸 發(fā)時間和動作，而利用Trigger. SourceO方法啟動儀器的動作，實現(xiàn)流程如下①預定義 被觸發(fā)儀器的動作；②觸發(fā)發(fā)起者向被觸發(fā)儀器發(fā)送觸發(fā)時間信息；③被觸發(fā)儀器接收、 處理觸發(fā)時間信息，獲取觸發(fā)時間值；④判斷本地時間是否與設(shè)定的觸發(fā)時間值相等，如果 不相等，則執(zhí)行第⑤步；如果相等，則執(zhí)行第⑥步；⑤等待；⑥執(zhí)行預定義動作。
全文摘要
一種無線分布式自動測試系統(tǒng)由計算機、WLXI總線和WLXI儀器等構(gòu)成，其中計算機支持IEEE 802.11n協(xié)議，是系統(tǒng)的控制中樞；WLXI儀器支持IEEE 802.11n協(xié)議，實現(xiàn)具體的儀器功能如AD、DA、計頻等；WLXI總線是計算機、WLXI儀器間的通信平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、時鐘同步和觸發(fā)同步三大功能。WLXI總線的時鐘同步采用基于Kalman濾波的IEEE 1588時鐘同步協(xié)議實現(xiàn)，觸發(fā)同步則有基于消息的觸發(fā)和基于時間的觸發(fā)兩種方式。本系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，具有傳輸速率高、覆蓋范圍大、時鐘同步精度較高、無線環(huán)境下的觸發(fā)能力等，且容易實現(xiàn)。
文檔編號H04L7/00GK102122995SQ201010613259
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者秦紅磊, 邱長泉 申請人:北京航空航天大學