基于TinyOS的无线传感器网络体系结构

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基于TinyOS-2.x的无线传感器网络数据包传输机制的研究

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

无线传感器网络操作系统TinyOS
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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

基于TinyOS的传感器网络节点物理层的设计与实现

基于TinyOS的传感器网络节点物理层的设计与实现
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传感器与微 系统 (r s cr dMc ss mT ho g s Ta d e a ioye e nl i ) nu n r t oe
20 年 第 2 卷 第 5 07 6 期
基 于 Tn OS的传 感 器 网络 节 点 物 理 层 的 设 计 与 实现 iy
近年来 , 网络 传输技 术与传感 器技 术等相 关学 科 随着
的发展 。 无线 传 感器 网络 ( rl ssno e o s WS s i se we e sr t r , N ) n wk
1 1 物理 层 的 功 能 需求描 述 . 当上层有 分组 要发送时 , 首先 , 需要侦 听无线信道 的忙 闲状况 , 以避免分组在无 线信 道发送 过程 中的 冲突 , 而, 因 物理层需要为 上层 提供载波侦听 的功能 。 当检 测到信道 为 闲时 。 上层 调用物理 层发送命 令并将
idc t。hsmeh rsns D dp roma c d me t erq i me t frW S . n iae ti to pe e t 0 efr n ea e s t e ur ns o Ns d n h e
Ke o d :wrl s no e o s WS s ; iy Soeai gss m;pyi lae yw rs i e ¥r t r ( N ) Tn O prt n yt ess e n wk o e hs a l r c y 0 引 育 1 物理层基本功能
庞 琳 , 晓梅 , 王 于宏毅
( 解放军信息工程大学 . 河南 郑州 4 0 0 ) 50 2
摘 要: 无线传感 器网络是一种全新的信息获取和处理技术 。基于低功耗 、 短距离 、 F R 收发 芯片 T 30 R 00 设计 的无线通信硬件平 台上 , 设计并实现 了基 于 TnO i S的 WS s y N 节点 物理层 , 提供 了无 线分组 收发 、 载波 侦听 以及休眠 与唤醒 的功能。测试结 果表明 : 该方案具有 较低的传输误码率 完全满足 了设计需求 。

基于TinyOS 2.1无线传感网的能量监测模型设计与实现

基于TinyOS 2.1无线传感网的能量监测模型设计与实现

a n ry mo i r g mo e b s d o o e i r p s d Th x e me t l r s l n iae t a h d l c n n e e g n ti d l a e n n d s p o o e . e e p r n a e u t i d c t h t t e mo e a on i s
系统结构和仿 真原理 。针 对 目前 T SI 还不支持 能量 监测这 一问题 , O SM 以一个监 测移 动物体运 动 的仿 真
程序为例 , 通过在仿真程序 中检查仿 真节 点的剩余能量 比率 的办 法 , 出一种基 于节点 的能量监 测模 型。 提
经 过 仿 真 验 证 , 模 型 能 有 效 监 测 到 全 网各 节 点 能 量 状 况 , 能 估 计 网 络 的 生 命 周 期 。 该 并
21 0 1年 第 3 0卷 第 4期
传 感 器 与 微 系 统 ( rnd cr n coytm T c nl is Ta su e dMi ss eh o g ) a r e oe
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基 于 Tn OS2 1无 线 传 感 网 的 能 量 监 测 模 型 设 计 与 实 现 iy .
徐 智 勇 袁 凌 云 , ,夏 幼明 ,谭 志 刚
( . 南 师 范 大 学 信 息 学 院 ,云 南 昆 明 6 0 3 ; 1云 5 0 1 2 云 南 师 范 大 学 研 究 生 部 , 南 昆 明 60 3 ) . 云 50 1

要 :简要介绍 TnO . iy S2 x和 Tn O . iy S1 x的联系 和主要 区别 ; 分析 了 Tn O . iy S2 1的仿真 环境 T S I O SM
b s d o n OS 2. n wie e s s ns r n t r a e n Ti y 1 i r ls e o e wo ks

无线传感器网络操作系统TinyOS综述

无线传感器网络操作系统TinyOS综述

计算机与现代化2011年第2期JISUANJI YU XIANDAIHUA总第186期文章编号:1006-2475(2011)02-0103-03收稿日期:2010-10-19作者简介:吴小娜(1987-),女,江西崇仁人,东华大学计算机科学与技术学院硕士研究生,研究方向:无线传感器网络操作系统;王漫(1967-),男,上海市计算技术研究所高级工程师,研究方向:无线传感器网络,普适计算,协同计算。

无线传感器网络操作系统TinyOS 综述吴小娜1,王漫2(1.东华大学计算机科学与技术学院,上海200051;2.上海市计算技术研究所,上海200040)摘要:TinyOS 是无线传感器网络专用的操作系统。

本文首先分析TinyOS 操作系统的关键技术———组件化结构、调度机制、通讯模型及能量管理方式,然后将TinyOS 与另外两个操作系统μCOS-II 、μT-Kernel 在内核大小、时间可确定性、低功耗等方面进行简要对比,最后总结TinyOS 操作系统的缺点和存在的问题,为学习使用TinyOS 提供指导。

关键词:无线传感器网络;TinyOS ;综述中图分类号:TP316文献标识码:Adoi :10.3969/j.issn.1006-2475.2011.02.028Review of TinyOS for Wireless Sensor Networks Operating SystemWU Xiao-na 1,WANG Man 2(1.School of Computer Science and Technology ,Donghua University ,Shanghai 200051,China ;2.Shanghai Institute of Computing Technology ,Shanghai 200040,China )Abstract :TinyOS is the specific operating system for wireless sensor networks.First ,this paper introduces the key techniques of TinyOS ,such as component-based model ,scheduling mechanism ,communication model and energy management.Then it brieflycompares with the other two operating system μCOS-II ,μT-Kernel about RAM /ROM ,realtime performance ,low power etc.Fi-nally ,TinyOS shortcomings and exist problems are summarized.Key words :wireless sensor networks ;TinyOS ;review0引言无线传感器网络(WSN )[1-4]是多个具有感知、通信和计算能力的小型无线传感器网络节点自组织而成的新型网络,能够协作实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象信息,并对这些信息进行传输处理以获得所需信息。

基于TinyOS的无线传感器网络节点设计_李远朝

基于TinyOS的无线传感器网络节点设计_李远朝

-137-/2012.11/基于TinyOS的无线传感器网络节点设计西安工程大学机电工程学院 李远朝 高晓丁 李忠欣【摘要】本文从硬件和软件两个方面分析了构建无线传感器网络节点的一般规律和方法,设计了以msp430控制芯片和D21DL无线数传电台为核心的无线传感器网络硬件平台、无线传感器网络系统软件移植了加州大学伯克利学院开发的专用于无线传感器网络的TinyOS开源系统,在此基础上进行硬件驱动以及上层通讯协议的开发。

【关键词】TinyOS;传感器网络节点;msp430;无线数传电台Design of WSN Node on TinyOS PlatformLi Yuan-chao Gao Xiao-ding(College of mechanical and electrical,Xi’an Polytechnic University,Xi’an 710048,China)Abstract:The general rules and methods of building wireless sensor network(WSN)node are analyzed from aspects of hardware and software.The wireless sensor network has been built with the msp430 MCU and wireless digital radio.And the software of wireless sensor network has been developed on the tinyOS which is developed by the California Berkeley College for WSN fi eld.Keywords:TinyOS;WSN node;msp430;wireless digital radio1.引言无线传感器网络(WSN)是传感器和无线通讯以及电子等技术的结合,起初是用于解决因监测区域范围过大、监测节点过多或者环境太恶劣等的地方。

基于TinyOS无线传感器网络的RSSI定位方法

基于TinyOS无线传感器网络的RSSI定位方法
其中, 位置信息对 传感器 网络 的节点监测 件。 Ma ” 由“ i 程序作为整体 的执行体 , i通 n Ma n 活动至关 重要 , 事件发 生的位置 或获取信 息的 过itrae n e c连接 的方式 调用 C mp n n 。n f o o e tI - 节 点位置是 传感 器 网络节 点监测 消息 中所包 t rc内容为 函数的声 明, iy S e ae r 而T n O 系统 自身 1 efc 。 o o e t i n 含的重要 信息 , 本文针 对传感 器网络节点位 置 提供 了一系 ̄] trae C mp n n 分为两类 ,
N C s e 是标 准C 的扩 展 , 应用于 传感器 网络 组织 自愈合 , 灵活 的网络拓扑 结构的开放式 的嵌 入式 系统 。 类 系统 的特 点是 内存有 限 , 和 这
无线 传感器 网络 系统结构 ; 这些研 究平台 为分 存在任务和 中断两类操作 o eC N 的语法和标准 s 析传 感器网络数据 获取 , 数据传输 , 由分析 , c 本 没 有 区 别 。 e C 序 的 基 本 组 成 是 路 基 N s程 能量 优化 等方面提 供了较为完 整的试验平 台。 Co o e t 一个 Co o e t mp n n , mp n n 是一 个}. c n 文
中 图分 类号 : P 9 . 1பைடு நூலகம்T 3 3 1
文 献标 识码 : A
文章编 号 : 6 2 3 9 ( 0 OO () 0 1 - 2 1 7 — 7 1 2 1 ) lb一 0 2 0
依托 无线传 感器 网络进 行信 息获 取是 环 式 , 得能 够 快速 实现 各 种应 用 。 i y S 使 T n O 的 1 .g : Ing 0 I A— O lr () 3 境监 测 , 建筑监测 , 公用事业 , 工业控制 自动化 程序采用 的是模块化 的设计 , 程序 核心往往较 公式 l 3 一 的左 半部 分 J P 是接 收信 号 D 等 领 域 的 一个 重要 发 展 趋 势 。 传 感 器 、 集 片 小( B 可 一般来说核心 代码 和数据大概在4 0B t 功 率 转换 为d m的表 达 式 , 以直接 写成 公 0 ye s 在 可以看作信号 传输l m远时 接收 上 系统 (o ) s c和无线通信技 术为一体的无 线传 左右)能够 突破传 感器存储资 源少的 限制 , , 这 式 , 公式中A 感 器网络( rls e s rNewo k, N) WieesS no t r WS , 能够让Tiy  ̄ n OSE有效的运 行在无线传 感器 网 信号 的功率 。 在 工业现 场各 类型数 据传输 中发 挥越 来越 重 络上 并去执 行相 应的管 理工 作等 。 i y 本 T n OS 要 的作用 。 身提供 了一系列的组件 , 可以很简单方 便的编 在无线 传感 器网络研 究领域 , h n - T e U i 制程序 , 用来 获取和处 理传感器的数据 并通过

TinyOS环境下无线传感器网络数据采集原型系统的设计与实现

TinyOS环境下无线传感器网络数据采集原型系统的设计与实现

计量单位之间的换算。本文以下将以温度传感器为 例介绍数据采样环节中需要注意的问题。
那么极有可能相邻两次抽样值是相同的。比如5个 抽样值是相同的都为498。如果不采用游程编码压 缩,这5个抽样值在数据包中如图2所示。
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图2未使用游程编码数据包格式
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后客户端应用程序可以通过数据包的结构类来获得 所需要的数据。
图4客户端应用程序运行效果图
图4为我们按照上述开发步骤设计的一个简易 的客户端应用程序在网络运行时显示的拓扑结构。 结论本文设计的数据采集原型系统通过一种 分层次的路由协议和压缩编码模块去除采集数据的 空间时间相关性。相比于以往利用平面路由协议的 数据采集原型系统能减少网络内的数据包的流量。 虽然系统在成簇时会耗费一定的能量,但是成簇后 我们对数据进行融合,减少了网络中发送数据包所 耗费的能量,这种代价的交换还是值得的。当然,该 系统在簇头选择上的算法还要提高效率,选择簇头 的依据还比较单一,我们还需要改进成簇方案。 参考文献
图1温度传感器输出端电压抽样值与开氏温度关系曲 线图
样数据只用3个字节就可以表示,其中1个字节表 示个数,两个字节表示抽样值。 3.2集中式簇头选择协议 TinyOS操作系统提供了如:LEPS(Link
mation and Parent Esti-
图1中曲线表示的是温度传感器的输出端电压 与开氏温度计量单位之间的关系。
3.2.1
集中式簇头选择协议的原理
在micaz节点上进行集中式簇头选择主要还是 根据簇头的覆盖面来选择的,也就是选出来的簇头 集合要能覆盖整个网络。这样在成簇阶段每个节点

基于TinyOS操作系统的无线传感器网络自组网研究

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。

tinyos资料

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

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

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的传感器无线通信方法[发明专利]

基于TinyOS的传感器无线通信方法[发明专利]

专利名称:基于TinyOS的传感器无线通信方法专利类型:发明专利
发明人:吕宏春
申请号:CN201611066796.6
申请日:20161128
公开号:CN106792439A
公开日:
20170531
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明是一种基于TinyOS的传感器无线通信方法,主要研究传感器节点之间的无线通信,该技术及其实施方案,使用基于TinyOS操作系统的解决方法,TinyOS作为传感器网络必要的软件支持主要进行较复杂的任务调度与管理,TinyOS的程序采用的是模块化设计,它是基于一种组件的架构方式,能够快速实现各种应用,其核心程序往往都很小(一般来说核心代码和数据大概在400bytes左右),能够突破传感器存储资源少的限制。

申请人:天津春荣合陞科技发展有限公司
地址:300384 天津市南开区华苑产业区海泰发展六道6号海泰绿色产业基地G座401室-04-31国籍:CN
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TinyOS无线传感器网络操作系统分析

TinyOS无线传感器网络操作系统分析

TinyOS无线传感器网络操作系统分析0 引言无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点,通过无线通信方式组成一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协同感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观测者。

无线传感器网络技术研究涉及到多个热点学科的前沿领域,比如传感器技术、现代网络技术、嵌入式计算机技术、无线通信技术等。

由于无线传感器网络在工业监测、环境检测、医疗监护、军事侦察等众多的领域都有着广阔的应用前景,因而引起了世界各国工业界,学术界和军事部门的重视,并且迅速成为当今世界研究的热点之一。

1 无线传感器网络的主要特点传感器网络节点硬件一般都由数据采集、数据处理、数据收发和电源等四个单元组成。

数据采集单元通过传感器采集外界数据并将其转化为数字信号;数据处理单元是节点的核心模块,负责协调节点各部分的工作,如对数据采集单元采集的数据进行必要的处理和保存,以及数据收发单元工作模式的设置等;数据收发单元负责数据的无线传输以及与数据处理单元的数据交互。

上述四大基本模块与相应的操作系统、协议栈和应用程序共同构成一个基本的无线传感器网络节点,众多的网络节点分布在一起,就可以完成无线传感网络的基本功能。

在软件设计方面,本系统以专用嵌入式实时操作系统为依托,来管理、协调传感器节点各硬件部分的工作。

上层应用以及各层的通信协议都以节能为中心,必要时可以牺牲其他的一些网络性能指标来获得更高的电源效率。

图1所示是一个传感器网络节点的基本组成。

传统的无线网络设计基本上都是为了同时满足人们各种各样的需要,如语音、视频、图像等。

而无线传感器网络一般是为了某个特定的需要而设计的,它是一种基于应用的无线网络,与移动通信网、无线局域网、Bluetooth相比,无线传感器网络具有以下主要特点:(1)电源能量有限:无线网络中,每个节点的电源都是有限的,网络大多工作在无人区或者对人体有伤害的恶劣环境中,一般更换电源几乎都是很困难的事。

基于TinyOS的通用无线传感节点设计

基于TinyOS的通用无线传感节点设计

Design of a General Wireless Sensor Node Based on
TinyOS
作者: 丁健[1];徐振峰[1]
作者机构: [1]合肥学院先进制造工程学院,安徽合肥230601
出版物刊名: 宿州学院学报
页码: 64-66页
年卷期: 2020年 第4期
主题词: TinyOS;无线传感器;CC1000;物联网
摘要:无线传感器网络是物联网感知层的重要组成部分,为方便将无线传感器网络快速应用
于多个领域,开发了一种基于TinyOS操作系统的通用无线传感器网络节点。

利用ATmega128单片机作为节点的微控制器,采用CC1000射频芯片作为系统的无线收发器件,详细介绍了系统的软
硬件设计。

从数据传输可靠性测试、通信距离测试和功耗测试这三个方面对所设计的无线传感
器节点的性能进行了验证。

相关实验结果为该传感器节点在多种领域的应用提供了参考和依据。

基于TinyOS的无线传感器网络节点设计与实现

基于TinyOS的无线传感器网络节点设计与实现

基于TinyOS的无线传感器网络节点设计与实现
翟祥伟;吴蒙
【期刊名称】《电视技术》
【年(卷),期】2015(39)3
【摘要】针对无线传感器网络节点,首先从硬件上设计了一个无线传感器节点硬件平台,采用MSP430F5438A和915 MHz射频相结合的方案,具有比一般节点更强的处理性能和更远的传输距离.软件方面,以TinyOS作为嵌入式操作系统,针对该节点平台进行移植,降低了节点应用开发难度,且具有很高的代码移植性.最后,通过组网实验和与TelosB节点、MicaZ节点的性能对比测试,验证了该节点平台的有效性和可靠性.
【总页数】4页(P57-60)
【作者】翟祥伟;吴蒙
【作者单位】南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003;南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003
【正文语种】中文
【中图分类】TN911
【相关文献】
1.基于TinyOS的无线传感器网络节点 [J], 王海;张能贵;高志刚
2.基于TinyOS的无线传感器网络节点设计 [J], 李远朝;高晓丁;李忠欣
3.基于TinyOS的传感器网络节点物理层的设计与实现 [J], 庞琳;王晓梅;于宏毅
4.基于TinyOS的无线传感器网络节点机的柔性设计 [J], 章国安;徐晨;袁红林
5.基于TinyOS的无线传感器网络节点机的柔性设计 [J], 章国安;徐晨;袁红林因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

基于TinyOS操作系统的无线传感器网络自组网研究

基于TinyOS操作系统的无线传感器网络自组网研究

基于TinyOS操作系统的无线传感器网络自组网研究
张侃侃;刘晔;艾斯喀尔·喀迪尔;陈敬后;束秀梅;陈江波
【期刊名称】《传感技术学报》
【年(卷),期】2007(020)006
【摘要】介绍了一种实用的无线传感器网络自组网的实现方法.以无线传感器的研究背景和应用方向为出发点,为实现随机分布的节点之间可以自由通信并发送数据到基栈的功能,通过对TinyOS操作系统,编程语言特点以及软件系统结构的研究,建立其自组网的设计方案,并给出在硬件平台上实现自组网的实验结果.实验结果验证了算法的可行性.
【总页数】4页(P1349-1352)
【作者】张侃侃;刘晔;艾斯喀尔·喀迪尔;陈敬后;束秀梅;陈江波
【作者单位】西安交通大学,电气工程学院,西安,710049;西安交通大学,电气工程学院,西安,710049;新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐,830008;西安交通大学,电气工程学院,西安,710049;西安交通大学,电气工程学院,西安,710049;西安交通大学,电气工程学院,西安,710049
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.6
【相关文献】
1.基于无线传感器网络的嵌入式操作系统-TinyOS [J], 韦战;施伟斌
2.无线传感器网络操作系统TinyOS的研究 [J], 王斌
3.无线传感器网络操作系统TinyOS研究 [J], 刘信新;邵明凯
4.基于MOOC与混合教学的TinyOS操作系统课程教学改革研究 [J], 刘三荣
5.无线传感器网络操作系统TinyOS的研究与实例开发 [J], 段海龙;杨丽;任淑艳;李静
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信 量 , 本 地 完 成 必 要 计 算 进 行 数 据 融 合 , 而 协 作 完 成 在 从 部署 空 问数 据 的采 集 。在 应 用 上 体 现 以 网络 为 中心 , 点 节 的功 能 通 过 网络 来 体 现 。因 而 传 统 的 嵌 入 式 设 计 思 想 在 无 线 传 感 器 网络 中遇 到许 多 挑 战 : 点 中运 行 程 序 存 在 大 节 量 并 行 和节 点 协 同计 算 。
体 实 现 , 而提 高 编程 效 率 。 从
2 3 Tn OS操 作 系统 的 实 现 . i y
Tiy n OS操 作 系 统 最 初 是 用 C 语 言 实 现 的 , 生 的 目 产 标 代 码 比较 长 。后 来 研 究 设 计 出 基 于 组 件 化 和 并 行 模 型 的 ns e C语 言 , 生 的 目标 代码 相 对较 小 。用 n s 产 eC语 言可 开 发 Tiy n OS操 作 系 统 和 其 上 运 行 的应 用 程 序 。
2 1 操 作 系统 需 求 .
从 对 节 点 结 构 分 析 不 难 看 出 , 线 传 感 器 节 点 硬 件 简 无 单 , 以直 接 在 硬 件 上 进 行 编 程 。但 这 在 工 程 实 践 中产 生 可
2 3 道 , 明 接 口具 有 的 功 表
信 , 作 完 成 指 定任 务 ; 协 节点 自身 通 过 AD 通道 来感 知 外 C 界数据 。
嘲 1 无 线 传 慰 器 节 点 构 成 框 图
本 质 上 。 线 传 感 器 节 点 就 是 一 个 网络 化 的 分 布 式 嵌 无 入式 系统 , 过 无 线 信 道 实 现 网络 间 的通 信 。为 了减 少 通 通
通 信 模 块 和 能 量 供 应 模 块 4部 分 组 成 , 个 结 构 如 图 l 整
所示。
传感器模块 处理器模块 无线通信模块
T 10 R 0 0或 C 10 0 外 加 相 应 传 感 器接 口 , 现 了无 线 传 C 00 , 实 感 器 节 点 , 图 2所 示 。 节 点 间 通 过 无 线 电 方 式 进 行 通 如
源 补 给 。节点 不 可能 采 用 太 高 的频 率 , 为 频 率 与 能 量 的 因
消 耗 是 正 相关 的 , 率高 则 能量 消 耗 大 。另 外 无 线 电 通 信 频
模 块 能 量 消耗 也 大 , 送 距 离 同 能 量 消 耗 也 是 正 相 关 的 , 传
因 而 须 在 发送 距 离 和 节点 数 之 间做 出权 衡 。
许 多 问题 : 用 程 序 开 发 的难 度 大 大 增 加 , 序 员 必 须 对 应 程
硬 件 十 分 了 解 ; 序 员 无 法 继 承 现 有 的软 件 成 果 , 长 开 程 延
能 和 事 件 通 知 能 力 是 双 向 的 , 调 用者 提供 命 令 和实 现 命 向
测 的 , 布密 度 大 且 范 畴 广 , 分 因此 必 须 低 成 本 、 功 耗 和 小 低 尺 寸 。从 现 有 技 术 条 件 来 看 , 得 考 虑 的 是 节 点 成 本 和 能 值 44 车 扭 蛊 盒鑫 . : 0 刍埔
布 线 图 , 州 大 学 伯 克 利 分 校 研 发 人员 为这 个 平 台开 发 出 加
维普资讯
1 1 1
2 节 点 上 微 型 操作 系统
无 线 传 感 器 网络 节 点 存 储 容 量 有 限 。通 过研 究 发 现 ,
要 满 足 其 自身 网络 运 行 的 需 要 , 以 使 用一 种 新 的嵌 入 式 可 系统 和 嵌 入 式 软 件 来 实 现 。
图 2 Mia节 点 实 物 图 c
Mia节 点 上 可 感 知 多 个 不 同 物 理 量 : 强 度 、 度 、 c 光 温 地 磁 强 度 等 。www. iy s n t网站 提 供 了其 实 现 的 硬 件 t o. e n
12 节点 特 点 .
无 线 传 感 器 网络 是 应 用 相 关 性 网络 , 同应 用 领 域 使 不 用不 同 的 网络 技 术 实 现 3 由 于 无 线 传 感 器 节 点 是 用 于 监
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基于 T O iy S的无线传感嚣网络体系结构 n
一 武汉 理 工 大 学 林 喜 源
关键词
Tiy n OS 无线 传 感 器 n s Mi eC c a节 点
1 节 点 组成
节 点 是 无 线 传 感 器 网 络 中部 署 到 研 究 区域 中用 于 收
微 型 操 作 系 统 Tiy n OS和 编程 语 言 n s 同 时 国 内外 很 多 e C, 大 学 和 机 构 利 用 这 一 平 台 进 行 相关 问题 的研 究 。 无 线 传 感 器 网络 与 现 在 传感 器 技术 最 大 的不 同在 于 , 将 现 有 的传 感 器 技 术 进 行 网 络 化 , 传 感 器 技 术 应 用 更 使 好 , 现在传感器技术提供更新的解决方法。 为
节 点 Mia 处理 器 芯 片 采 用 At l 司 的 AVR 系 列 ( c, me 公 TI 公 司 的 MS 4 0也是 不 错 的 选 择 ) 无 线 电 收 发 模 块 采 用 P3 ,
1 1 节 点 构 成 .
无线传感器节点 由传感器 模块 、 理器模 块 、 线 电 处 无
集 和转 发 信 息 、 作 完 成 指 定 任 务 的对 象 。每 个 节 点 上 运 协 行 的程 序 可 以是 完 全 相 同 的 , 一 不 同的 是 其 I 。 唯 D
13 Mi . c a节 点
加 州 大 学 伯 克利 分 校 主 持 开 发 的 低 功 耗 无 线 传 感 器
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