论文研究-无线传感器网络节点操作系统研究.pdf

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无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,而网络节点上的嵌入式操作系统是其大多数应用的基础。在综合分析大量无线传感器网络体系结构的技术文献和最新研究结果的基础上,提出了无线传感器网络嵌入式操作系统的设计目标,对通用的多任务操作系统μC/OSII和事件驱动的操作系统TinyOS进行了对比分析,指出TinyOS在一些应用中的局限性及拓展。
计算机应用研究 2006年 间是不能切换的,所以任务的堆栈是共芓的,并任务堆栈总执行,可以考虑将阓度程序模块化,这样可以根据不同的应用 是当前正在运行的任务在使用。从运行空间方面看,多任选择不同调度算法,如基于优先级、时间片轮转调度等 务系统需要为每个1下文切换预先分配空间,而事件邪动的执 (2)通过在最底层增加一个事件队列减少事件的丢失,进 行模块则可以运行在很小的空间中。因此多任务系统的上:下而増强系统的健壮性 文开销要明显高于事件系统, TinyOs更好地减少了系统对 (3)增加全局的能量控制机制,使得徽控制器可以实时监 ROM的需求量,满足了节点内存资源有限的限制 测当前电池的电压,进而控制控制器进入相应的操作模式。 3.3实时性与低功耗操作 5结束语 基于多任务的μC/OS总是运行进入就绪态任务巾优先 级最高的任务,使用的是可剥夺型内核。这样,最高优先级的 本文阐述了适用于无线传感器网络的微型嵌入式操作系 任务何时可以执行,何时就可以得到QPU的使用权,实时性统的特征,并且对某多任务的C/OSⅡ与事件驱动的Tmy 好。而在TnOs中,采用的是简单的FFO队列,不存在优先Os针对无线传感器网络进行了分析对比,TmS要C/Os 级的概念。 ∏更适合无线传感器网络。但TmO5存在一些应用的局限 事件驱动的Tmos,如果任务队列为空,则进入睡眠态,性,需要研究者对其进行必要的扩 直到有事件唤醒才郾处理事件以及与事件相关的所有任务,然参考文献 后再次进入睡眠态。閃而这种事件驱动的驱动系统,保证[1任丰原,黄海宁,林闯无线传感器网络[J.软件学报,20014 节点大多数时期都处在极低功耗的睡眠态,有效地节约了系统 (2):1148-1157 的能量消耗,延长了传感器网络的生命周期。而基于多任务的[2]马祖长,孙怡宁,梅涛无线传感器网络综述[通讯学报, 2004,25(4):114-124 uC/OSI实际上不考虑低功耗的应用。 [3]李建中,李金宝;石胜飞.传感器网络及其数据管理的概念、问题 3.4其他方面 与进展[].软件学报2003,14(10):1717-1727 uC/OⅡ适合小刑控制系统,最小内核可编译至2KB6。 [4]孙雨耕,张静,孙永进,等.无线自组传感器网络[]].传感技术学 报,2004,17(2):331-335,348. 般来说Tnos核心代码和数据大桃在400Bye右(5。[5]JnHi, Robert Szewczyk, Alec wa,ea!. System Architecture uC/OSⅡ源码绝大部分是用移植性强的ANSC写的,与微处 Directi n for Network Sensors[C]. Cambridge: Internationa Confe- 理器相关的部分是用汇编写的;而TmO代码则是由 rence on architectural support for Programming languages and opera- NC和C编写的,底层与硬件相关部分使用了大量的宏定 ting Systems, 2000 [6]LabrαseJ].μC/OSⅡ—一源码公开的实时嵌入式操作系统 义。因而μC/OSII的可移植性要好于 TinyOS。μC/OSⅡ与 [M].邵贝贝.北京:中国电力出版社,201 TinyOS的对比总结如表1所示。 [7] H Abrach S Bhatti, J Carlson, et al. Mantis: System Support for Multi 表1 TinyOS与μC/OSⅡ的对比结果 model Networks of In-Situ Sensas[ C]. Proc. of WSNA03, 2003 作系月性下心代屿量回行空问量消耗发顽唯多植性陕 [8 Jason L Hill. System architecture for Wireless sensor Networks[D] berkeley University, 2003 C/OS-I 证用 人 人不考虑 [ 9] Adam Dunkels, Bjum GrLhvall, Thiemo vagt. Conti ki: A Light- TinyOs|件驱动系统 低支持差差 weight and Flexible Operai ng System for Tiny Networked Sensas [C. Tampa: Proceedings of the lst IeEE Workshop on Embedded Networked sensors, 2004 4 Tinyos的局限性与扩展 [10]EyesProjectEb/oL].http://eYes.eu.arg,2005-04 通过以十部分的比较,事件驱动的TmO相对下多任务1 Akyldiz, w Su, Y Sankarasubramaniam, et al. a survey n Sen- sor Networks[J]. IEEE Communications Magazine, 2002, 40(8) 的μC/OSI能够更好地适用于无线传感器网络,但是它有 定的局限性。在 TinyOs中对任务的操作依赖于对一个循环队[12] David Gay, Phil Levis, Rob Von Behren,eta. The NesC Language 列的操作,仁务队列所能容纳的最大仁务数为7。前在传感器 A Holistic Approach to Networked Embedded Systems[C]. Procee 网络中需要处理的任务数量依赖于节点是发送原始数据给基 dings of Programming Language Design and Implementation( PLDI) 站还是在发送到基站之前进行数据融合和处理。在前者节点[13]黄涛,徐宏詰,陈宁,等嵌入式实时操作系统移植技术的分析与 将处理大量的路由任务,而在后者节点则需要为数据融合作更 应用[]].计算机应用,2003,23(9):88-89,9 多的本地处理,当节点的任务量超过它的处理能力时,超负荷14 Mission Statement[ EB /OL]:hp:/ ww tinyos. net,20003 将会周期性地发尘。在节点发运原始数的情况下,节点的数[15] Philip Levs, Sam Madden,, David Gay, e a!. The emergence of Net- orking Abstractions and Techni ques in TinyOS[ C]. Proceedings of 据发送率非常高或者网终节点分布密集也将导致高的网络流 the lst USENIX /ACM Symposium on Networked Systems Design and 量可能发生超负荷。而在节点发送的是融合过的数据后,本地 Implementation, NSDI, 2004 的数据处理量非常大也将发生超负荷。节点在发生超负荷仁作者简介 务后,按照先后次序,后到的任务将被丢弃而不考虑任务的重李晶(1980-),女,黑龙江人,硕士研究生,主要研究方向为传感器网络 要程度,也就是说FFO调度算法对某些应用不适合。为了增与分布式计算技术王福豹(1963-),男,山西人,教授,博士,主要研究 强 TinyoS的适用性,我们止在对 TinyOS进行以卜扩展,完善 方向为计算机网络流媒体、传感器网络等;段渭军(1962-)男,陕西 人,高工,博士,主要研究方向为流媒体、无线通信等;王建刚(1974-) 其调度部分及能量管理机制 男,陕西人,硕士研究生,主要研究方向为传感器网络分布式计算与节 (1) TinyOS冒前的调度程序是巾一个单一的C文件控制点定位技术

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