无线传感器网络操作系统TinyOS研究
TinyOS任务调度的研究与改进
TinyOS任务调度的研究与改进李明，丁恩杰中国矿业大学信电学院，江苏徐州（221008）E-mail：lmsiee@摘要：本文介绍了TinyOS任务调度机制，指出TinyOS调度策略的特点及不足。
采用一种改进式NPEDF算法对TinyOS的调度器进行实时性改造，并详细描述了具体改进方案。
实验测试的结果证明了这种改进策略的有效性。
关键词：TinyOS，任务调度，实时性，NPEDF中图分类号：TP316.891.引言传感器技术、嵌入式计算技术、微电子技术、无线通信技术以及半导体与微机电系统制造技术的飞速发展和相互融合使得具有感知、计算和通信能力的低功耗多功能无线传感器网络得以实现。
近年来，无线传感器网络（WSN-Wireless Sensor Networks）被广泛应用于国防军事、国家安全、环境科学、交通管理、医疗卫生、反恐、灾害监测等领域[1]。
无线传感器网络操作系统（WSNOS）是无线传感器网络的支撑技术之一。
它是WSN 应用程序的基本软件环境，核心是任务调度。
目前面向无线传感器网络的操作系统主要有TinyOS、MANTIS OS[2]、SOS、SenOS[3]、PEEROS[4]等，其中最为流行的是加州大学伯克利分校开发的TinyOS[5]。
它采用基于组件的架构方式，在传感器网络天生就严格限制内存的条件下，可以用最小代码快速来创新和实现各种应用。
目前，它已经被成功的应用到多种硬件平台上，具有很高的应用价值和研究意义。
本文主要研究了TinyOS现有的任务调度策略，在分析出应用TinyOS可能存在的问题的基础上，结合嵌入式实时操作系统的相关理论，提出了一种改进式NPEDF算法，并用这种算法对TinyOS调度器进行实时性改造。
最后，通过实验对改进前后的TinyOS进行测试，以此来验证本文采用的调度算法对无线传感器网络通信性能的影响。
2.TinyOS 2.0任务调度策略TinyOS 2.0采用任务和事件驱动相结合的两级并发模型，任务调度策略采用简单的先进先出（FIFO）算法。
基于TinyOS-2.x的无线传感器网络数据包传输机制的研究
第30卷 第5期2007年10月电子器件Ch inese Jou r nal Of Elect ro n DevicesVol.30 No.5Oct.2007Study on Messa ge Packet Communication Mechanism of Wir elessSensor N et w or k B a sed on TinyOS 22.xSU N Yi ,WA N G L ei ,D U Xi ao 2ton g(S chool of Cont rol Sci ence an d Eng ineeri ng ,S handong Uni versi t y ,J inan 250061,China)Abstract :In order to unpack and analyze t he data received by computer from Wireless Sensor Net w ork (WSN),a WSN t est platform was designed.Based on t he newest embedded operation system TinyOS 22.x ,t he wireless com 2municating mechanism was st udied by recomposi ng sound c ode of wireless data transceiver module.The key tech 2niques of message packet s transmi ssion ,t he framework of Ti nyOS ,the running mechanism and communicating mechanism were i nt roduced.T est result s showed t hat :①t he data sampled by sensor nodes was packed as MAC payloads and t ransmit ted to base station node by RF ;②the MAC packet was t hen repacked as serial message pay 2load and sent to upper computer by UART.I t were helpful for developing applications of wireless sensor network.K ey w or ds :wireless sensor net work ;framework ;running mechani sm ;communicating mechani sm ;TinyOS 22.x EEACC :7230;6150P基于TinyOS 22.x 的无线传感器网络数据包传输机制的研究孙 毅,王 雷,杜晓通(山东大学控制科学与工程学院,济南250061)收稿日期6226作者简介孙 毅(82),女,硕士研究生,主要研究测控网络,y @y 摘 要:为深入解析无线传感器网络中上位机接收到的数据包,在目前最新的无线传感器网络嵌入式操作系统TinyOS 22.x平台基础上设计了一套实验,成功读取了MAC 层的数据包.发现传感器节点采集到的数据首先作为MAC 层的有效荷载封包无线传送到基站节点,由基站节点将其作为串口消息包的有效荷载再次封包异步传送到传感器网络的上位机端.该研究对进一步理解TinyOS 的构架、运行机制和通讯机制,开发相关的应用软件具有一定参考意义.关键词:无线传感器网络;构架;运行机制;通讯机制;TinyOS 22.x 中图分类号:TP212;TP393.17 文献标识码:A 文章编号:100529490(2007)0521954205 无线传感器网络(Wireless Sensor Net work ,WSN )[122]的研究与开发是目前信息领域的热点之一,国际上许多著名的大学和公司纷纷从不同层次、不同角度对传感器网络进行了研究和开发.当前应用最广泛的传感器网络操作系统是由美国加州大学伯克利分校开发的Ti nyOS [324].Ti nyOS 是一个源代码开放、可扩展的、嵌入式操作系统,熟练的C 程序员可以利用TinyOS 发行包中已有系统组件迅速开发用户应用程序.但直接使用Ti nyOS 发行包中的应用模块,上位机接收的无线传感器网络的数据都是层层封装好的有效数据,目前无线数据包传输机制的文献资料相对较少,一定程度限制了Ti ny 2OS 的推广应用.本文以目前最新的无线传感器网络操作系统Ti nyOS 22.x [526]为平台,依托现有Ti nyOS 发行包中提供的组件,重新修改和编写了射频收发模块程序,并开发了一套实验平台,成功的对MAC 层[7]的数据包进行读取,深入解析了其消息包传输以及Tin 2yOS 的构架、运行机制和通讯机制等关键技术.1 WSN 嵌入式操作系统T iny OS 22.x 架构美国加州大学伯克利分校开发的Ti nyOS 是一:200101:191sun imi ss .种微小的、嵌入式的、基于事件驱动的无线传感器网络操作系统,与一般的嵌入式操作系统相比,Ti ny2 OS有其自身的特点:(1)基于可重用组件的体系结构,采用模块化设计思想;(2)使用事件驱动模型,通过事件触发来唤醒CPU工作.为了解决Ti nyOS21.x和其他主要嵌入式传感器操作系统对跨平台开发、应用结构及可靠性等操作方面的局限性,Ti nyO S研究小组人员在TinyOS2 1.x的基础上对其进行再设计和再实现,推出新版本TinyOS22.x(T2).在T2中,将物理层硬件抽象分为三层,称为HAA(Ha rdware Abst ract ion Ar2 chit ect ure)[829].最底层是硬件描述层(Hardware Pre se nta tion Layer,HPL),该层提供硬件层和软件层的直接接口,通过调用函数的方法来屏蔽复杂的硬件层,不仅实现了硬件层和软件层的内部通信,而且为系统其他部分提供了使用的接口.中间层是硬件适用层(Hardwa re Adapta tion Layer,HAL),位于H PL上层,该层对硬件层的定时器、模数转换器、存储器等模块原型进行较高层的抽象,可以更直接更方便地为上层软件层提供可定制的操作接口.最顶层是硬件独立层(Hardware Independent Layer,HIL)位于HAL上层,该层提供抽象的独立硬件层接口,通过隐藏硬件层来简化上层应用软件的编写,其功能类似于Window s操作系统下的AP I.2 TinyOS的运行机制[10]在Ti nyOS的总体框架中,物理层硬件为框架的最底层,在该层中,传感器、射频收发器以及时钟等硬件均能触发事件(event)的发生,交由上层组件处理;软件层中相对下层的组件也能触发事件并交由上层处理,而上层会发出命令(com mand)给下层处理.为了协调各个组件间任务的有序处理,需要操作系统采取一定的调度机制.Ti nyOS内核支持两种执行线程,提供任务(task)和硬件事件处理(hardware event handl ers)的两级调度体系,支持并发处理和执行应用程序通用后台进程.内核使用一个循环队列来维护任务列表默认情况下,任务列表大小为8其伪代码如下y f{ void(3tp)();//定义一个插入队列的任务指针 }TOSH_sche d_e ntr y_T;emun{ TOS H_MAX_TAS K S=8,//任务最多为8个 }void TOSH_wait(void);//任务等待void TOSH_sleep(v oid);//任务休眠void TOSH_sche d_init(void)//任务初始化 …bool TOS_post(void(3tp)());//任务提交 …bool TOS H_run_ne xt_task()//执行下一任务 …void TOSH_run_ta sk()//任务循环 { while(TOSH_r un_next_ta sk()); TOS H_sleep(); TOS H_wait(); }这个任务队列实际上是一个函数指针的数组,提交一个任务即是向队列里插入一个函数指针.任务提交(post)到FIFO队列中等待,当任务队列头索引号等于尾索引号时,表明任务队列为空,系统进入休眠状态并等待,直到新的事件发生,如果新的事件向队列中提交了任务,则处理器返回执行状态,否则继续休眠.3 TinyOS的通讯机制解析3.1 通信组件Ti nyOS采用基于组件式的架构形式,其通信组件[11]如图1所示:图1 多跳无线通信应用程序组件图无线收发模块是将物理硬件映射而成的硬件抽象组件,其发命令给相关I/O引脚处理比特流级的数据收发,并且发信号给事件将数据位的发送和接收通知上层的射频字节组件射频字节组件内部完成字节级数据的编码和解码工作,并以字节为单位与上层组件无线消息包交互,无线消息包组件进行5591第5期孙 毅,王 雷等:基于TinyOS22.x的无线传感器网络数据包传输机制的研究..:t pe de str uct .消息包级的数据处理,并发信号通知高层次的主动消息组件(Act ive Message).最终由主动消息组件来完成控制,路由以及数据传输等任务.3.2 实验平台设计及程序设计由于无线传感器网络中节点数量一般较大,可能达到几百、几千甚至更多,数据从其他节点接收进来,经过处理后转发出去,信息量相当庞大,故在无线传感器网络中的上位机接收的数据均是层层封装好的有效数据.在某些程度上虽减轻了冗余信息量的处理,却在深入分析研究无线传输机制时无从下手.同时,由于无线传感器网络具有广泛的应用领域,其硬件必然具有多样性,因此,直观的读取MAC层的消息包,迅速掌握无线传输过程中物理层和数据链路层的工作机制使得对于特定的硬件方案,有选择地构建具体应用、进行简单快捷的硬件平台移植开发变得相对容易.针对该问题,设计了一套实验平台,并进行了程序设计,成功的获取了整个MAC层数据包的数据,并深入解析了该数据包.在该实验具体设计过程中,布设了两个无线传感器微型节点A,B和一台PC搭建成最简无线传感器网络,如图2所示.节点A以1Hz的速率将数据无线发送出去,节点B作为基站,负责接收节点A的数据并与PC相连,将收到的数据通过串口传到PC上,并通过PC机上的串口程序将收到的数据显示出来.本实验中节点A、B均采用16位微处理器MS P430F1611为核心,结合2.4G无线收发模块CC2420设计而成的无线收发微型节点.图2 网络布设图程序实现过程中,使用Ti nyOS专用编程语言nesC[12213],nesC是一种类C的语言,它不只是一个简单的语言编译器,还包含了一种基于组件和并发的OS模型在里面,直接生成一个含OS的完整系统,将Ti nyO S已经做好的多个通讯模块接口组合起来,在Ti nyO S22.x的平台上,对其发送和接收程序作进一步改进.节点发送程序主要使用Radio Sensor ToLe d2 sAppC.nc和Radio Sensor ToLe dsC.nc两个组件模块,R S T L是个配置文件(f),它的功能是把各个需要的模块和组件按照正确的调用顺序有机联系起来,负责对整个程序的声明.RadioSensor ToL edsC.nc是个功能模块(modul e),负责具体功能的实现.其配置文件连接如图3.图3 发送组件连接图RadioSensor ToLedsC需要用户编写,其余均为Ti nyOS系统自带的模块,MainC是Ti nyOS引导程序的系统接口,将导入实现(i mplement)和系统调度、硬件资源连接.O ski T i merMilliC()负责调整整个无线传感器系统的时钟,AMSenderC,AMRe2 cei verC,负责射频发送和接收.基站接收程序使用了BaseStationC.nc和Bas2 e St ationP.nc两个组件模块,Ba seSt ationC.nc是配置文件,连接所需组件;BaseStat io nP.nc是功能模块,负责接收射频数据并通过串口程序将所收到数据封包传送到PC机上,其配置文件连接如图4.图4 接收组件连接图其中ActiveMessageC,Serial Acti veMessageC 分别负责完成射频收发和串口收发的功能.3.3 接收数据包解析Ti nyOS22.x中串口协议有自己的数据包格式,在Ti nyOS22.x的t os_msg中,定义了一个标准的消息缓存message_t[14],其格式比Ti nyOS21.x更接近于IEEE802.15.4[15]标准.typedef nx_str uct message_t{ nx_uint8_t header[sizeof(TOSRadio Header)]; nx_uint8_t data[TOSH_DATA_L ENGTH]; nx_uint8_t footer[sizeof(TOSRa dioFooter)]; nx_uint8_t meta data[sizeof(TOSRadioMetadata)]; }_;实验中,发送程序发送了十进制数据～共y,下面是通过机上串口程序接收到的一6591电 子 器 件第30卷adio ensor o edsAppC.nc co n i gu rat io nme ssage t1114 114b te PC组用16进制表示的原始数据.7E42000000F422007D5E4188F10022 F F FF0001060102030405060708090A0B 0C0D0E0F101112131415161718191A1B 1C1D1E1F202122232425262728292A2B 2C2D2E2F303132333435363738393A3B 3C3D3E3F404142434445464748494A4B 4C4D4E4F505152535455565758595A5B 5C5D5E5F606162636465666768696A6B 6C6D6E6F7071720000……000044447E 通过研究发现:①该消息缓存有一个固定的偏移量,保证在两个不同的链路层之间可以来传递一个消息缓存.②这个消息缓存中的头、尾和原数据域均不透明,较高层的组件通过接口访问它们的域.③仅有data[TO SH_DA TA_L EN GTH]是可以直接访问的透明数据.表1 解析了上述串口接收数据的意义:表1 数据包各字节释义序号字节意义描述备注07E 串口消息包的同步字节(帧头)串口消息协议1-24200串口消息包的类型(无应答的包)3-40000串口消息包的地址5F4串口消息包的长度6-72200Gro up号87D,5E M AC数据包的长度射频消息协议9-1041,88FCF,MAC帧控制域(MAC层) 11F1DSN,MAC帧序列号12-130022Detpan号,也即G roup号14-15F F FF目的地址16-170001源地址1806Type号19…n-301…72负载数据(114个数据)n-2,n-14444CRC校验n7E 串口消息包的同步字节(帧尾)串口消息协议 经过多次试验,对上位机接收到数据深入分析发现如下规律:①数据从整体上分为两部分,从第八个字节至倒数第二个字节属于MAC层消息包数据协议格式,前七个字节加上最后一个字节属于串口消息包数据协议格式;②MAC层数据包总是位于串口消息包内部相对固定位置;③串口消息包的数据格式基本保持不变,7E是串口包的帧头,4200是串口包的消息包类型,这里表示该包是无应答的消息包,是网络组号(G);④M层消息包中,第一个字节随着发送数据量的变化而变化,当发送数据长度为16进制72时,该字节为7E5D(注: 7D5E是7E与20相与产生的扩展字符,也即7E),当发送数据长度为16进制50时,该字节为5C,由7E-72=5C-50=12推断该字节表示MAC层数据长度.该长度除包含有效数据外,还包括共12个字节的MAC层包头和包尾,4188是MAC层帧控制域(FCF),F1(F2,F3……)是帧序列号,0022是网络域号,也即网络组号,FF F F是目的地址,0001是源地址,06是消息类型号,根据该消息表示类型的不同可自定义.为进一步验证上述结论,下面再了解一下IEEE802.15.4中MAC层的数据帧格式,如图5所示.图5 I EEE802.15.4的帧格式(P H Y和MAC)可以看到整个MAC数据包包括2个字节的帧控制域;1个字节的帧序号;0～20个字节的地址消息;n个字节的MAC层有效数据;2个字节的帧检验序列.TinyOS实现了IEEE802.15.4协议的物理层(P H Y)和MAC层的一部分,对比上面CC2420rxFIFO中IEEE802.15.4的帧格式和在Ti nyOS的Radio TOSMsg.h(射频消息协议)中定义的结构体及射频收发模块CC2420的头文件, typedef union TOSRadio Heade r{ cc2420_hea der_t cc2420; }TOSRadio Header;typedef union TOSRadio Foo te r{ cc2420_foote r_t cc2420; }TOSRadioFooter;typedef nx_str uct cc2420_header_t{ nx_uint8_t length; nx_uint16_t f cf; nx_uint8_t dsn; nx_uint16_t de stpan; nx_uint16_t de st; nx_uint16_t src; nx_uint8_t type; }cc2420_heade r_t;y f x__f_{ }_f_;可以发现表和图是完全对应一致的,其中7591第5期孙 毅,王 雷等:基于TinyOS22.x的无线传感器网络数据包传输机制的研究22ro up A C t pede n str uct cc2420ooter tcc2420ooter t14destpan,dest,src,type是IEEE802.15.4的MAC 帧的地址消息.因为Ti nyO S-2.x中串口协议有自己的数据包格式,射频协议也有自己的数据包格式,这就意味着我们要将节点采集到的数据信息最终传到PC机上,需要先将这些数据作为MAC层的有效荷载(payloa d)封包无线传送到基站节点,基站节点再将收到的MAC数据在按照一定的串口消息格式再次封包,发送到PC机上.4 结束语本文通过对Ti nyOS发行包中的收发模块的源代码进行了深入研究,成功的读取了MAC层数据包的数据,将通常无线传输过程被屏蔽的MAC层数据格式直观的呈现出来.研究发现:①无线传输过程中,数据从整体上分为两部分,MAC层消息包数据协议格式嵌入串口消息包数据协议格式中;②MAC层消息包总是位于串口消息包内部相对固定位置;③传感器节点采集到的数据首先作为MAC 层的有效荷载封包被无线传送到基站节点,由基站节点将MAC层数据包作为串口消息包的有效荷载再次封包异步传送到传感器网络的上位机端.同时搭建了无线网络实验平台,验证了程序设计和数据包解析的正确性,该研究进一步理解了Ti nyOS的构架、运行机制、通讯机制、对于开发相关的应用软件或进行硬件平台的移植有一定参考价值.参考文献:[1] Est ri n D,Cull er D,P i st er K,et al.The Physical W o rl d wi t hPervasive Net wor ks[J].IE EE Pervasive C o m p uti ng,2002,1(1):59269.[2] 任丰原,黄海宁,林闯.无线传感器网络[J].软件学报,2003,14(7),128221920.[3] ht tp://www.ti /tin yo s21.x/doc[EB/OL].2003.[4] Levis P,Madden S,Polast re J,et al.TinyOS:An Operat ingSyst em fo r Wireless Sen s o r Net works[M].In Ambient Int ell i2 gence,New York,N Y:S p ringer2Verlag,2004.[5] L evis P,G ay D,Handzi ski V,et al.T2:A S eco nd G enerat ionOS fo r Embedded Sensor Net wo rks[R].Techni cal Report T KN2052007,telecommu nication Net work Group,Techni sche Univers i tat Berli n.[6] Philip Levi s.Ti nyOS2.0Overview[EB/OL].ht tp://www.tin yo /ti nyos22.x/doc/ht m l/o verview.ht m l,2006.[7] Ye W,Heidemann J,Est ri n D.An Ener gy2Effici ent MACProt ocol for Wi reles s Sensor Net work s[C]//Proceedings of IEEE on INFOCOM2002,3:156721576.[8] Vl ado Handzi ski,J oseph Pol ast re,J an2Hi nrich Hauer,et al.Hardware Abs tract ion Archit ect ure[EB/OL].ht tp://www.tin yo /ti nyos22.x/doc/ht m l/tep2.ht ml.[9] Handzi ski V,Polast re J,Hauer J H,et al.Fl exi bl e HardwareAbst ractio n for W i reles s Sensor Net wor ks[C]//Pro ceedings of t he Second European W o rks hop on W i reles s Sen s o r Net wo rks (EWSN),2005:1452157.[10] 孙利民,李建中,陈渝,等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005.[11] Philip Buo nadonn,J ason Hill,Davi d Cull er.Act ive MessageC o mmunicati on for Ti ny Net wo rked Senso rs[C]//Pro ceed2i ngs of IEEE o n IN FOC OM2003,1:5552560.[12] Davi d G ay.Phil ip Levi s,Davi d Cull er,et al.Nes C1.1Lan2g uage Reference Manual[EB/OL].ht tp://nescc.source2/p apers/nes C2ref.pdf,2003.[13] Gay D,Levi s P,vo n Behren R,et al.The NesC Language:A Holi st ic Approach to Net wo rked Embedded Syst ems[C]//SI GPLAN C o nference on Prog ram m i ng Language Desi gn andIm pl em ent atio n(P L DI’03),2003,38(5):1211.[14] Ben Greenst ei n,Phil ip Levi s.seri al co mmu nicat ion[EB/OL].htt p://www.ti nyo /t inyo s22.x/doc/ht m l/t ep113.ht m l,2006.[15] IS B N0273812367725SS95127,IEEE802.15.4[S].8591电 子 器 件第30卷。
无线传感器网络操作系统TinyOS
现有的WSN操作系统
• 当前已有多个有代表性的开源的无线 传感器网络操作系统：
Tiny OS 2.1：美国加州大学伯克利分校开发 Mantis OS 0.9.5 (Multimodal Networks of Insitu Sensors) ：美国克罗拉多大学开发 SOS 1.7：美国加州大学洛杉矶分校开发
– 命令（command）：接口的提供者必须实现它们； – 事件（event）：接口的使用者必须实现它们 。
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组件，接口，命令和事件
• 接口的特点：
Provides未必一定有组件使用，但uses一定要有人提供，否则编 译会提示出错。在动态组件配置语言中uses也可以动态配置。 接口可以连接多个同样的接口，叫做多扇入/扇出。 一个module可以同时提供一组相同的接口，又称参数化接口，表 明该Module可提供多份同类资源，能够同时给多个组件分享。
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TinyOS的技术特点-3
分阶段作业（Split-Phase Operations）
TinyOS没有提供任何阻塞操作，为了让一个耗时较长的操 作尽快完成，一般来说都是将对这个操作的请求和这个操 作的完成分开来实现，以便获得较高的执行效率。
主动消息通信（Active Message）
每一个消息都维护一个应用层的处理程序。当节点收到消 息后，就会把消息中的数据作为参数，传递给应用层的处 理程序，由其完成消息数据的解析、计算处理或发送响应 消息等工作。
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TinyOS的设计理念
• 由于WSN的特殊性，研究人员在设计TinyOS系统 时就提出以下几个原则：
– 1）能在有限的资源上运行：要求执行模式允许在单一 的协议栈上运行； – 2）允许高度的并发性：要求执行模式能对事件作出快 速的直接响应； – 3）适应硬件升级：要求组件和执行模式能够应对硬件/ 软件的替换； – 4）支持多样化的应用程序：要求能够根据实际需要， 裁减操作系统的服务； – 5）鲁棒性强：要求通过组件间有限的交互渠道，就能 应对各种复杂情况； – 6）支持一系列平台：要求操作系统的服务具有可移植 性。 10
3-无线传感网操作系统特性及TinyOS系统原型
无线传感网操作系统特性及TinyOS系统原型1无线传感网操作系统特性2TinyOS系统原型操作系统Operating System （OS ）主要任务概要•使应用程序与硬件资源之间实现交互•enable applications to interact with hardware resources•是一个轻量级的软件层 a thin software layer •位于硬件与应用层软件之间•resides between the hardware and the application layer •为应用程序开发人员提供基本的编程环境•provides basic programming abstractions to application developers 分类与选择•单任务或多任务操作系统single-task/multitasking OS •单用户或多用户操作系统single-user/multiuser OS •选择OS 时需考虑的因素：功能性因素、非功能性因素•The choice of a particular OS depends on several factors; typically functional and non-functional aspects功能性因素Functional Aspects •数据类型Data Types•调度Scheduling•堆栈Stacks•系统调用System Calls•中断处理Handling Interrupts•多线程Multithreading•基于线程的或基于事件的编程Thread-based or Event-based Programming•内存分配Memory Allocation非功能性因素Non-Functional Aspects •分离关注点Separation of Concern–操作系统内核+ 库或服务，通过连接的方式构建应用–目的：提供灵活高效的重编程和重配置•系统开销System Overhead–操作系统消耗的资源即系统的开销•可移植性Portability•动态重编程Dynamic Reprogramming–WSN部署完成后，部分应用程序或操作系统的重写有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）2. TinyOS系统原型TinyOS是开源的TinyOS维护较积极注：图片来源于/和https:///tinyos/tinyos-main2. TinyOS系统原型TinyOS操作系统TinyOS概要•TinyOS是WSN中应用最广泛的一种操作系统•TinyOS构成：一个调度器和一个系列的组件；组件分为配置组件和模块–配置组件：指定两个或多个模块如何彼此连接–模块：是TinyOS程序中的基本构建块•TinyOS consists of a scheduler and a set of components,which which are classified into:–configuration components -"wiring" (howmodels are connected with each other)–modules -the basic building blocks of a TinyOSprogramTinyOS的组件•由框架、命令处理程序、事件处理程序及一组非抢占式任务组成• A component is made up of a frame,commandhandlers, event handlers, a set of non-preemptive tasks•分层结构，通过命令和事件互相通信：高层组件发出命令到低层组件，低层组件向高层组件传递事件信息•Components are structured hierarchically andcommunicate with each other through commands andevents：higher-level components issue commands tolower-level components; lower-level components signalevents to higher-level components2. TinyOS系统原型TinyOS 中组件交互示例•路由组件：负责建立和维持网络•routing component -establishing and maintaining the network•传感器应用程序组件：负责感知和处理•sensor application -responsible for sensing andprocessing组件可实现高层和低层组件间的逻辑区分Logical distinction between low-level and high-level components 路由组件传感器应用程序组件应用层组件通过主动消息相互通信，并且，可与低级别组件进行异步通信有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）2. TinyOS 系统原型TinyOS 中组件之间的逻辑结构及组件的配置示例•组件A 通过提供接口C 声明服务，接口C 又提供命令D1和信号事件D2•Component A declares its service by providing interface C, which in turn provides command D1 and signals event D2•组件B 通过声明调用命令D1和提供事件处理程序来处理事件D2，以表示对接口C 感兴趣•Component B expresses interest in interface C by declaring a call to command D1 and by providing an event handler to process event D2•通过配置E ，建立组件A 与组件B 之间的联系• a binding between Component A and Component B is established through the Configuration E配置（或绑定）B 和A暴露接口C ，可供其它组件使用使用A 的接口C （注：类似于JAVA 语言中的import ）2. TinyOS系统原型TinyOS运行环境中的基本构建块任务Tasks•任务是从开始到结束的完整独立的处理过程monolithic processes•可被事件中断，但不能被其它任务中断是TinyOS支持并发且确保任务不相互干扰或破坏对方数据的机制•可分配堆栈来存储上下文信息•可调用低层的命令、可以发送消息给更高层的事件或为其它任务安排调度次序•TinyOS中的调度基于FIFO原则命令Commands•是由高层组件向低层组件的不可阻断请求•Non-blocking requests made by higher-level components tolower-level components•TinyOS采用分段操作：调用函数立即返回，被调用的函数当任务完成时通知主叫方•Split-phase operation: a function call returns immediately，thecalled function notifies the caller when the task is completed负责一个框架内的组件之间的有效通信事件Events •事件由组件的事件处理器来处理•events are processed by the event handler•事件处理器对事件发生的反应方式是多样化的•an event handler may react to the occurrence of an event in different ways小结12无线传感网操作系统特性•是轻量级的软件层，实现应用程序与硬件资源之间的交互•选择OS 时需考虑的因素：功能性因素、非功能性因素TinyOS 系统原型•由一个调度器和一系列组件构成•组件之间采用分层结构组织，通过命令和事件通信•TinyOS 特征：–事件编程模式：分段操作、主动消息–基本构建块：任务、命令和事件–调度：FIFO –内存分配：静态内存分配–系统调用：不支持–最小系统开销：332 Bytes –分离关注点：无此机制（限制了TinyOS 的适应性，自身无法动态下载和去除组件）–动态重编程：需要额外的软件支撑–可移植性：高操作系统有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）!。
基于TinyOS的无线传感器网络应用程序开发技术
的方式进行调度 ， 轻量级线程之间不允许抢 占； 而硬件处理
Ｋｅ ｒ ｓ ｍｂ ｄ ｅ ｐ ｒ ｔ ｇ ｓ ｓｅ ；ｐ ｏ ｒ ｍ ｅ ｅｏ ｉｇ；ｗ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｅ ｅ ｄ ｄ ｏ ｅ ａｉ ｙ ｔｍ ｎ ｒ ｇ ａ ｄ ｖ ｌ ｐｎ ｉ ｅ ｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅｗｏｋ
０ 引 言
语言 的特点人手 ， 绍了基 于 ＴｎＯ （ ： 介 ｉ Ｓ 注 笔者所用 ＴｎＯ ｙ ｉ Ｓ ｙ 版本为 Ｔｎ Ｏ ． ） ｉｙ Ｓ１ １ 的应 用程序 的开发 过程 ， 并给出了开发
实例 。
１ Ｔｎ Ｏ ｉｙ Ｓ和 ｎｓ ｅＣ语言简介
１ １ Ｔｎ Ｏ ． ｉｙ Ｓ特 点 １ 轻量 级线 程技术及 两层调度 方式 ：ｉｙ Ｓ提供任 务 ） ＴｎＯ
和硬件事件处理两级调度体系。轻量级线 程（ａｋ 即 Ｔｎ． ｔ ， ｉｙ ｓ Ｏ Ｓ中的任务 ） 比一般的线程 更为简单 ， 此种线程按照 ＦＦ ＩＯ
在无线传感器网络中 ， 单个传感器节点 内存 、 能量资源 有 限， 处理器 、 设备速度低 ， 通信 又需要进 行较复 杂 的任 务
调度与管理 ， 系统需要 一个 微型化 的操 作系 统。为此 ， Ｃ Ｕ Ｂ ｒｅｅ ｅｋｌ ｙ分校的研究 人员设计 了 ＴｎＯ ｉｙ Ｓ操作 系统 。ＴｎＯ ｉ Ｓ ｙ 操作系统是 目前无线传感器网络中应 用较 为广 泛的操作 系 统 。ＴｎＯ 操作 系统 采用 的轻量级 线程技术 、 层调度 方 ｉ Ｓ ｙ 两
Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ ｆａ ｐｌ ａ ｉ ｎ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ａ ｅ ｎ Ｔｉ ｙ Ｓ ｃ ｏ ｏ ｙ ｏ ｐ ｉ ｔｏ ｅ ｅｏ ｉ ｇ ｂ ｓ ｄ ｏ ｎ Ｏ ｃ
ｉ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒ ｎｅ ｗｏ ｋ ｎ ｗｉ ｅｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｔ ｒ
CC2530与无线传感器网络操作系统TinyOS应用实践
CC2530与无线传感器网络操作系统TinyOS应用实践（内附光盘1张）李外云编著的《CC2530与无线传感器网络操作系统TinyOS应用实践(附光盘)》第1章简要地介绍了物联网特点、体系结构以及802．15．4网络通信协议标准。
第2、3章分别介绍了TinyOS的安装方法和基于windows操作系统的TinyOS集成开发环境的配置、交叉编译开发工具的使用方法。
第4章介绍了本书所有应用程序开发的硬件平台的组成、软件编程和调试方法。
第5章简要地介绍了TinyOS操作系统架构、基于TinyOS操作系统平台的搭建以及CC22530移植的过程和方法。
第6、7章详细地介绍了CC2530芯片的内部资源和外设接口等硬件功能模块，以及各功能模块在TinyOS操作系统下的驱动组件的编程方法和应用测试程序。
第8、9章详细地剖析了CC22530的无线通信功能、基于TinyOS的主动无线通信消息机制组件的构建，并对CC2530无线通信的发送功率、信道选择、RSSI以及点对点和点对多点无线通信组件的测试过程进行了介绍。
第10章以光敏传感器、DS18820温度传感器、SHTxx 温湿度传感器和超声波传感器为例，详细地介绍了在基于TinyOS操作系统的物联网系统中不同类型传感器的驱动编程方法以及测试过程。
第11章介绍了TinyOS操作系统的小数据分发协议和汇聚协议的基本原理、组件构成以及多跳路由协议的应用开发。
作者:李外云编著出版社:北京航空航天大学出版社2章TinyOS开发环境的安装与配置第3章TinyOS在Windows环境下的集成开发工具第4章enmote物联网开发平台介绍第5章TinyOS操作系统与nesC语言编程第6章CC2530基本接口组件设计与应用第7章CC2530外设组件接口开发第8章CC2530射频通信组件设计第9章CC2530射频通信组件应用第10章TinyOS传感器节点驱动与应用第11章TinyOS-2.x网络协议与应用TinyOS实用编程——面向无线传感网节点软件开发者:李鸥，张效义，王晓梅，等著出版社:机械工业出版社出版时间:2013年7月介绍了利用TinyOS开发无线传感器网络应用系统应具备的基础知识，包括TinyOS系统的特点、体系结构、安装与常用命令、简单实例等；详细介绍了TinyOS的编程语言nesC（包括组件、接口、模块、配件与连接、参数化接口、通用组件等），TinyOS系统并发执行模型，驱动程序与硬件抽象，系统主要功能模块，TinyOS典型应用；剖析了应用程序运行过程，对应用程序的仿真、调试和编程提示进行了描述；最后结合应用实例进行系统分析以提高读者对于TinyOS的系统认识。
#基于tinyos的无线传感器网络路由协议的研究与实现2
基于tinyos的无线传感器网络路由协议的研究和实现【2】孔庆云董湘麟第二章无线传感器网络中路由算法的研究无线传感器网络具有和传统网络不同的特点，它和使用紧密相关。
传统网络路由协议不能有效地用于无线传感器网络，因而人们研究了众多的无线传感器网络路由协议。
本章对几种典型的无线传感器网络路由协议做一些分析介绍，比较他们的优劣，为后面要设计的路由提供理论基础。
§2.1 无线传感器网络路由协议的分类和性能指标无线传感器网络中信道非常复杂，节点所处的环境无法预测，因此给无线传感器网络带来了很多不确定因素，对无线传感器网络中的路由协议的研究是一项极负挑战性的工作。
根据不同的分类标准无线传感器网络中的路由协议可进行多种分类，比如：1、根据使用要求，传感器网络可分为：能量感知路由、基于查询的路由、地理位置路由和可靠性路由。
2、根据数据收集方式又可分为传统的当需要时再建立路径的按需路由机制比如动态源路由(On-Demand Source Routing protocol , DSR)和基于数据驱动的主动路由机制比如定向扩散路由(Directed diffusion, DD)以及后面本文提出混合路由机制——动态扩展多路径路由机制。
3、根据传输过程中采用的路径的跳数，可分为单路径路由和多路径路由。
4、根据路由是否考虑Qos约束，可分为保证Qos的路由协议和不保证Qos的路由协议。
保证Qos的路由协议是指在路由建立的时候综合考虑时延、误码率等Qos 参数，从多条路由中选出一条适合Qos约束的最佳路径。
5、根据节点路由过程是否有层次结构，节点在选路过程中所起到的作用又可分为平面路由和层次路由。
平面路由结构简单，健壮性好，适应传感器节点计算功能不强、存储能力低以及信道复杂多变的特点，但是维护路由的开销大，扩展性不好，数据传输跳数多，适合小型网络。
层次路由扩展性好，适合大型网络，但是对于簇的维护开销大，算法复杂，对节点功能要求高。
第三章 无线传感器网络操作系统
3.3
TinyOS简介
3.3.1 TinyOS的安装——手动安装
图3-7 Graphviz安装界面
3.3
TinyOS简介
3.3.1 TinyOS的安装——手动安装
图3-8 Graphviz安装路径选择
3.3
TinyOS简介
3.3.1 TinyOS的安装——手动安装
⑤下载并安装TinyOS包。需要下载的TinyOS包含的文件有：nesc-1.11w.cygwin.i386.rpm、 tinyos-tools-1.1.0-1.cygwin.i386.rpm、tinyos-1.1.01.cygwin.noarch.rpm、avarice-2.0.20030825cvs-1w.cygwin. i386.rpm、avrbinutils-2.13.2.1-1w.cygwin.i386.rpm、avr-gcc-3.3tinyos-1w.cygwin.i386.rpm、 avr-insight-pre6. 0cvs. tinyos-1w.cygwin.i386.rpm和avr-libc-20030512cvs1w.cygwin.i386.rpm。前三个文件可以从http:// /tos/dist1.1.0/tinyos/windows寻找，后五个文件可以从 /tos/dist -1.1.0/tools/windows寻找。下载后，将它 们放置到C:\Program Files\cygwin\home\Administrator文件夹下。并使用 “rpm --ignoreos -ivh *.rpm”命令进行安装，如图3-9所示。
3.3
TinyOS简介
3.3.1 TinyOS的安装——使用wizard向导安装
图3-10 安装类型和目标路径选择
tinyos
基于T iny os 的传感器网络程序实例开发张西红,角阳飞,高彦彦(军械工程学院,河北石家庄050003)摘 要:T iny os 操作系统采用的轻量级线程技术、两层调度方式、事件驱动模式、主动消息通信技术及组件化编程等有效地提高了传感器节点CPU 的使用率,在T iny os 中采用NesC 语言进行应用程序开发,有很多问题值得研究和探讨。
从NesC 语言基于组件化编程的特点入手,讨论基于T iny os 的应用程序的开发过程。
分析了编程语言NesC 的应用程序结构,结合实例给出完整的T iny os 中用T ossim 模拟器模拟应用程序的过程,说明了应用程序开发的步骤及运行方法。
关键词:无线传感器网络;T iny os ;NesC ;程序开发中图分类号:T N711 文献标识码:A 文章编号:1003-3114(2009)01-55-3R esearch on Program Development B ased on Tinyosin Wireless Sensor N etw orksZH ANG X i 2hong ,J I AO Y ang 2fei ,G AO Y an 2yan(Ordnance Engineering C ollege ,Shijiazhuang Hebei 050003,China )Abstract :T iny os operating system has effectively increased the CPU utilization rate of sens or nodes by using the lightweight thread technology ,tw o 2layer schedule m ode ,event 2driven pattern ,active message communication technology ,com ponent programming and s o on.There are still many problems w orth further research and discussion while developing applications based on NesC language in T iny os.S tarting from the characteristic of NesC based on com ponent programming ,the paper discusses the process of program development based on T iny os ,and analyses the structure of the programs based on programming language NesC.C ombined with the piratical exam ple ,the paper finally gives a com plete procedure simulating programs with T issim simulator ,which explains the development steps of the application and the way it w orks.K ey w ords :wireless sens or netw orks ;T iny os ;NesC ;program development基金项目:国家自然科学基金项目(60672143)收稿日期:2008-10-19作者简介:张西红(1964-),男,博士,副教授,硕士生导师。
无线传感器网络课程报告_TinyOS节点-节点通信实验
5
}
implementation { ... App.Receive -> AMReceiverC;
}
4
1
topo.txt
3
1
2
test.py
#!/usr/bin/python from TOSSIM import * import sys
Receive Packet AMPacket AMSend Packet AMPacket PacketAcknowledge
AMSnooperC
Receive Packet AMPacket
AMSnoopingReceiverC
Receive Packet AMPacket
ActiveMessageAddressC
{ if (len == sizeof(radio_count_msg_t))
{ radio_count_msg_t* rcm = (radio_count_msg_t*)payload; call Leds.set(btrpkt->counter);
} return bufPtr;
}
Receive
SplitControl
Radio
RadioCountToLedsC.nc
AMSend Packet message_t
module RadioCountToLedsC {
2
... uses interface Packet; uses interface AMSend; uses interface SplitControl as AMControl; }
TinyOS
无线传感器网络是当前国际上备受关注的、多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究技术，其核心技术Tinyos被誉为是“无线嵌入式系统”。
Tinyos是一个开源的嵌入式操作系统，他由加州大学的伯利克分校开发出来，越来越多的无线传感器网络通信协议正不断被开发并加入Tinyos系统组件中，并应用于技术研究和系统开发中。
无线传感器网络通常利用无线技术在某个区域内实时部署一个专用的无线局域网络。
传输传感器上采集到的数据是无线传感器网络的主要目标。
在无线传感器网络的部署过程，Web服务器是确立网络部署和监控通信传输的关键。
由于嵌入式操作系统具有高可靠性，在恶劣环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作，系统中的软件代码一般都固化在只读存储器中。
因此，要求在恶劣环境中仍然能高稳定工作的无线传感器网络可以采用嵌入式操作系统作为其实现平台，这其中包括：嵌入式Linux，Windows CE，Windows XP Embedded，VxWorks，μCOSⅡ，QNX，FreeRTOS，还有定制版的NetBSD和FreeDOS等多种移植平台。
本文主要采用Windows XPEmbedded设计平台。
Tinyos应用操作系统，将GENE-8310作为无线传感器网络中的远程服务器，实现无线网络与有线网络的跨网段传输和远程网络监控。
GENE-8310是研扬科技研制的第三代无风扇解决方案，与以往的3.5 in单板电脑相比GENE-8310在低功耗和高性能方面都有很大的改进，对于客户在低功耗控制下的优秀处理能力等更高需求方面都是最好的选择。
1 嵌入式Tinyos移植嵌入式Tinyos移植方案方框图如图1所示：首先，在开发机PC上，利用Microsoft Windows Embedded Studio工具套件中的组件设计器开发出网关MIB520的驱动组件，并结合第三方工具Dependencywalker，InCtr15开发出应用程序cygwin.bat的组件，之后把构建完成的驱动组件和应用程序组件通过工具套件中的组件数据库管理器导入到组件数据库中，以便开发操作系统时添加。
tinyos资料
TinyOS是一个开源的嵌入式操作系统，它是由加州大学的伯利克分校开发出来的，主要应用于无线传感器网络方面。
它是基于一种组件（Component－Based）的架构方式，使得能够快速实现各种应用。
TinyOS的程序采用的是模块化设计，所以它的程序核心往往都很小（一般来说核心代码和数据大概在400 Bytes左右），能够突破传感器存储资源少的限制，这能够让TinyOS很有效的运行在无线传感器网络上并去执行相应的管理工作等。
TinyOS 本身提供了一系列的组件，可以很简单方便的编制程序，用来获取和处理传感器的数据并通过无线电来传输信息。
TinyOS是一个开源的嵌入式操作系统，它是由加州大学的伯利克分校开发出来的，主要应用于无线传感器网络方面。
它是基于一种组件（Component－Based）的架构方式，使得能够快速实现各种应用。
TinyOS的程序采用的是模块化设计，所以它的程序核心往往都很小（一般来说核心代码和数据大概在400 Bytes左右），能够突破传感器存储资源少的限制，这能够让TinyOS很有效的运行在无线传感器网络上并去执行相应的管理工作等。
TinyOS本身提供了一系列的组件，可以很简单方便的编制程序，用来获取和处理传感器的数据并通过无线电来传输信息。
TinyOS在构建无线传感器网络时，它会有一个基地控制台，主要是用来控制各个传感器子节点，并聚集和处理它们所采集到的信息。
TinyOS 只要在控制台发出管理信息，然后由各个节点通过无线网络互相传递，最后达到协同一致的目的，比较方便。
1. tinyos和普通的os的不同点它们的应用场景不一样，tinyos是一个开源的构件化操作系统,它采用构件化描述语言nesC 进行开发,主要针对资源非常有限的无线传感器网络节点而设计。
与一般的嵌入式操作系统相比，TinyOS有其自身的特点：采用模块化设计，所以核心尺寸小(一般来说核心代码和数据大概在400Bytes左右)，可突破无线传感器网络存储资源少的限制；基于可重用组件的体系结构；使用事件驱动模型，通过事件触发来唤醒CPU工作；单一任务栈；内核非常简单，甚至在严格意义上说，称不上内核；没有进程管理和虚拟存储。
无线传感器网络操作系统_TinyOS
第15卷,第4期2008年12月 中国传媒大学学报自然科学版JOURNAL OF C OMMUN I C ATI O N UN I V ERSI TY OF CH I N A(SC I E NCE AND TECHNOLOGY)Vol.15,No.4Dec.,2008无线传感器网络操作系统-TinyOS赵得斌1,陈远知1,杨仕勇2(11中国传媒大学 广播电视数字化工程中心,北京100024;21北京比特威尔科技有限公司,北京100085)摘要:无线传感器网络(W S N)综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术,是备受关注的新兴前沿研究热点。
本文将对其专用操作系统Tiny OS的特点,框架结构,运行机制三个方面进行阐述,为更好地了解传感器网络操作系统和开发其应用软件提供了参考和依据。
关键词:无线传感器网络;操作系统;Tiny OS中图分类号:T N929 文献标识码:A 文章编号:1673-4793(2008)04-0071-05The O pera ti n g Syste m O f W i reless Sen sor Net2T i n y O SZHAO De2bin1,CHEN Yuan2zhi1,Y ANG Shi2yong2(11Engineering Center of D igital Audi o&V ideo,Communicati on University of China,Beijing100024;21Bejing B it W are Technol ogy Co1L td,Beijing100085)Abstract:Combined with the technol ogy of sens ors,e mbedded syste m,mesh work and wireless co mmuni2 cati ons,W S N is a ne w research hots pot1This paper p resents the features,fra me structure and operating mechanis m of the dedicated operating syste m2Tiny OS t o p r ovide reference and basis f or understanding sens or net w ork operating syste m and devel op ing app licati on s oft w are1Key words:W ireless Sens or Net w orks;Operating Syste m;Tiny OS1 引言无线传感器网络(W S N)综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络、无线通信技术及分布式信息处理技术,是备受关注的新兴前沿研究热点,可以实现人与自然物以及物与物对话的无处不在的通讯和计算。
无线传感器网络节点操作系统TinyOS综述
通信机制方面，TinyOS支持多种无线通信协议，如ZigBee、IEEE 802.15.4 等。它采用了轻量级的通信协议栈，实现了高效、可靠的无线通信，并降低了功 耗。
TinyOS应用程序开发来自使用TinyOS开发应用程序需要对TinyOS的编程模型有一定的了解。TinyOS 应用程序的基本结构包括硬件配置、任务定义、事件处理和通信协议等几个部分。
3、AI集成：人工智能技术在无线传感器网络中的应用前景广阔。未来 TinyOS可以集成AI算法和模型，实现对传感器数据的智能分析和处理，提高无线 传感器网络的智能化水平。
4、低功耗优化：低功耗一直是无线传感器网络追求的重要指标之一。未来 TinyOS可以通过进一步优化事件驱动机制、节能策略等方面来降低节点功耗，延 长网络寿命。
2、组件化：TinyOS采用基于组件的架构，提供一系列可复用的组件（包括 传感器驱动、通信协议、数据处理等），方便开发者根据具体应用需求进行定制 和扩展。
3、事件驱动：TinyOS采用事件驱动的编程模型，通过中断和事件处理机制 实现异步和并发任务，有效降低能耗并提高系统响应速度。
4、灵活的通信协议：TinyOS支持多种无线通信协议，如Zigbee、IEEE 802.15.4等，方便构建多跳、自组织的无线传感器网络。
TinyOS操作系统的应用实例
TinyOS操作系统在无线传感器网络中具有广泛的应用实例。例如，在智能家 居领域，TinyOS可以通过无线通信技术将各种智能设备连接起来，实现家居环境 的实时监测和智能控制。在环境监测领域，TinyOS可以部署在无人值守的野外环 境，对大气、土壤、水质等进行长期、稳定的数据采集和传输。
4、调试和测试：通过仿真或实际测试来验证代码的正确性和性能。 5、部署：将编写的应用程序部署到WSN节点上，并监控其运行情况。
基于TinyOS操作系统的无线传感器网络自组网研究
4、安全性：需要考虑网络安全问题，如信息泄露、恶意攻击等。
参考内容
引言
随着物联网技术的快速发展，无线传感器网络在许多领域的应用越来越广泛。 无线传感器网络由大量微型传感器节点组成，这些节点可以实时地监测、感知和 采集各种环境参数，如温度、湿度、光照、气压等，并将这些数据通过无线通信 网络传输到数
然而，TinyOS也存在一些不足之处。例如，其体系结构和协议算法相对固定， 对于不同应用场景的适应性有待进一步提高；此外，TinyOS的编程接口相对较为 复杂，不利于开发者快速上手和应用扩展。
结论
总的来说，TinyOS作为一种轻量级、开源的无线传感器网络操作系统，在无 线传感器网络领域具有重要的地位和应用价值。虽然TinyOS已经取得了一定的研 究成果，但仍存在一些不足之处需要进一步改进和完善。未来研究方向可以包括 以下几个方面：一是
背景
无线传感器网络技术自20世纪90年代出现以来，已经得到了广泛的应用和发 展。随着微电子技术和无线通信技术的不断进步，传感器节点的功耗和成本不断 降低，使得大规模部署和长时间工作成为可能。在此背景下，许多无线传感器网 络操作系统应运而
生，TinyOS是其中之一。TinyOS最早由美国加州大学伯克利分校提出，经过 不断的发展和完善，已经成为一种成熟、流行的无线传感器网络操作系统。
三、基于TinyOS的无线传感器网 络自组网方案
基于TinyOS的无线传感器网络自组网方案需要考虑以下关键因素：
1、网络规模：由于无线传感器网络的节点数量通常较大，因此需要选择合 适的路由协议以支持大规模网络的运行。
2、能效管理：需要制定精细的能源管理策略，以最大限度地延长网络的寿 命。
3、协同工作：需要制定分布式协同工作模式，以提高网络的容错性和性能。
支持无线网络传感器的OS操作系统若干关键软件技术的研究和实现
此外，为了应对意外情况，如断电、硬件故障等，操作系统还应提供备份和 恢复机制。当发生意外情况时，系统可以自动切换到备份节点或恢复失效节点的 正常工作状态。
五、安全与隐私保护
无线网络传感器在许多应用中涉及到敏感信息，如个人隐私、商业机密等。 因此，操作系统的安全与隐私保护至关重要。
首先，操作系统应具备访问控制机制，限制对传感器节点和数据的访问权限。 只有经过授权的用户或应用程序才能访问和处理数据。
重点难点分析
1、传感器节点的能量有效性
传感器节点的能量有效性是无线传感器网络的关键问题之一。由于传感器节 点体积小、携带能量有限，因此如何提高节点的能量利用率是无线传感器网络面 临的重要挑战。针对这一问题，可以从以下几个方面进行研究：优化路由协议， 减少能量消耗；设计低功耗硬件，降低能耗；采用能量收集技术，为节点提供持 续能源。
可扩展性是指系统能够灵活地适应新增功能或设备的接入。为了实现这一目 标，操作系统应采用模块化设计方法，将不同功能和设备封装为独立的模块。这 样，当需要增加新的功能或设备时，只需添加相应的模块并集成到系统中即可。
可维护性是指系统能够方便地进 行升级、修复和扩展。
参考内容
引言
无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由一组低功耗、微 型、廉价的传感器节点组成的网络，通过无线通信技术实现对环境和物体的感知、 监测和控制。无线传感器网络的出现为许多领域的监测和决策提供了新的解决方 案，如环境监测、智能交通、农业智能化等。本次演示将介绍无线传感器网络中 的几个关键技术，包括路由、定位、数据融合等，并针对实际应用中的重点和难 点进行分析和探讨。
一、操作系统架构设计
对于支持无线网络传感器的操作系统，首先需要设计一个适合传感器节点和 网络特点的架构。该架构应该包括传感器节点、网关节点和控制中心等关键组件。
基于嵌入式操作系统的无线传感器网络研究的开题报告
基于嵌入式操作系统的无线传感器网络研究的开题报告1.研究背景和意义现代传感技术的快速发展催生了无线传感器网络（WSN）的兴起。
无线传感器网络是由大量分布在监测区域内的自组织、自治的节点构成的网络，节点间互相通信并共同完成集体任务。
无线传感器网络在环境监测、农业、交通监测、医疗健康、智能家居等领域发挥着越来越重要的作用。
由于无线传感器网络节点具有功耗低、体积小、成本低等特点，因此嵌入式操作系统在这种网络中的应用十分广泛。
嵌入式操作系统能够提供高度优化的资源管理与调度、通信支持和功耗管理等功能，能够有效地保证网络的高效稳定和延长节点寿命，因此嵌入式操作系统在无线传感器网络领域中的应用也备受关注。
2.研究内容本文将结合无线传感器网络及其在嵌入式系统中的应用，对高效稳定的无线传感器网络系统进行研究，以实现对无线传感器网络制定科学的优化建议。
具体研究内容包括：（1）嵌入式操作系统的概述及其在无线传感器网络中的应用；（2）基于ZigBee无线传感器网络的构建技术，并分析其通信协议特点；（3）基于ZigBee无线传感器网络的误码率分析及优化建议；（4）针对低功耗要求的无线传感器网络节点设计低功耗睡眠算法；（5）无线传感器网络节点数据处理算法设计。
3.研究方法本研究将采用文献调研和实验方法。
文献调研是对当前嵌入式操作系统在无线传感器网络中的应用情况进行归纳和总结，在了解传感器网络节点特点、传感器网络数据传输协议等基础上，提出优化建议。
实验方法将基于zibgee无线传感器网络平台进行实际测试，验证算法的效果，比较不同算法的效率以及实现方式。
4.预期成果本文旨在研究基于嵌入式操作系统的无线传感器网络技术，主要预期成果有以下几点：（1）对于无线传感器网络中的嵌入式操作系统进行了全面系统介绍，深入分析并总结了嵌入式操作系统在无线传感器网络中的应用情况；（2）基于ZigBee无线传感器网络的构建技术，并分析其通信协议特点；（3）通过误码率分析，提出了优化建议（4）设计了低功耗睡眠算法，提高了无线传感器网络节点的寿命；（5）设计了有效的数据处理算法，提高了传感器网络数据处理率。