[发明专利]一种基于6LowPAN的两信道数据检测与协议分析仪及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其针对于6LowPAN（IPv6 over LR_WPAN，简称6LowPAN）的无线传感器网络的数据检测、协议分析。

背景技术

随着无线通信技术在工业控制领域的快速发展，产生了一种面向设备间信息交互的工业无线通信技术。在对无线传感技术的研发和测试中，都要求对无线传感器网络中的设备之间进行数据检测和协议分析。

通讯网络协议分析设备有很多，主要是对协议进行分析，为网络系统的可靠性和稳定性提供具体的数据支持。但是当前的协议分析仪存在较多缺陷。首先，如最常用的就是嗅探器，主要是对网络状态和数据流动进行监视，并且是单一信道的监测，缺乏对无线传感网进行检测。其次，现有对无线传感网的协议主要是针对单一协议ZigBee进行检测和分析，缺乏可扩展性。再次，IPv6技术在无线传感网中的渗透，对新的无线传感网技术基于IEEE802.15.4实现IPv6通信的6LowPAN进行检测和分析，需要新的数据检测和协议分析，来为6LowPAN开发和研究提供可靠的数据支持。因此，传统的分析仪不能满足新技术的需求，需要更新数据检测和协议分析技术。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出一种基于6LowPAN的两信道数据检测与协议分析仪（以下简称“分析仪”）。该分析仪基于USB接口的多功能分析仪。该分析仪能自配置两信道，对无线传感网数据报文进行同时检测，并对协议数据报文进行解码分析。支持兼容对ZigBee协议分析和可扩展对WIA-PA、ISA100.11a报文的检测和解码分析。

本数据检测与协议分析仪，包括两部分：无线数据采集模块部分、上位机解码分析部分。无线数据采集模块由主控制器、2.4GHz无线射频接收器模块1、2.4GHz无线射频接收器模块2、USB接口模块、电源管理模块组成。上位机解码分析部分包括系统设置模块、数据处理模块和人机界面，主控制器通过同步串行端口控制器的两个串行外围设备接口进行总线操作，分别控制无线RF接收器1和无线RF收发器2，通过不断轮询持续监听信道是否有无线数据报文，并把有效的数据报文存储在各自的无线RF收发器的数据缓存中，主控制器对数据报文封装报文头和信道号，上传到上位机；上位机解码分析部分数据解析模块对检测到的数据包进行解码分析，按照其协议类型解析后，将解析的数据报文送数据显示模块，系统设置部分通过串口下发命令修改接收数据报文的信道。所述轮询持续监听信道是否有无线数据报文具体包括，通过两个无线射频接收器对16个原始信道序列表进行轮询扫描，在扫描每个信道时，当监测每个信道数据的最大时间值内仍没有数据报文，按照原始信道序列表自动切换到相邻的下一个信道号。对检测到的数据包进行解码分析具体为，上位机数据处理模块根据接收的数据报文的MAC层报文头的帧控制域中的帧类型子段确定帧类型。若接收到的MAC层报文头是MAC命令帧和信标帧，则该数据包是WIA-PA或ZigBee的数据包；若是报文头是数据帧，则是6LowPAN、ISA100.11a、WIA-PA和ZigBee中之一的数据包，则优先采用6LowPAN协议模型的协议规则逐层解析。

本发明还提出一种基于6LowPAN的两信道数据检测与协议分析方法，其特征在于，无线数据采集部分的主控制器通过同步串行端口控制器的两个串行外围设备接口进行总线操作，分别控制无线RF接收器1和无线RF收发器2，通过不断轮询持续监听信道是否有无线数据报文，并把有效的数据报文存储在各自的无线RF收发器的数据缓存中，主控制器对数据报文封装报文头和信道号，上传到上位机；上位机解码分析部分数据解析模块对检测到的数据包进行解码分析，按照其协议类型解析后，将解析的数据报文送数据显示模块，系统设置部分通过串口下发命令修改接收数据报文的信道。

本发明提出的协议分析仪，独立于无线传感网系统以外，能同时进行两信道的数据监测和协议分析，也可调整两个信道同时对一个信道检测，降低了丢包率，可以对6LowPAN进行检测和协议的解码分析，并兼容对ZigBee的协议分析和可扩展对WIA-PA、ISA100.11a进行协议解码分析。

附图说明

图1 本发明原理框图；

图2无线数据采集模块部分原理结构图；

图3上位机解码分析部分结构图；

图4 本发明工作流程图；

图5 串口数据接收流程图；

图 6 6LowPAN解析流程图。