无线传感器网络操作系统TinyOS的研究(精)

计算机与现代化

2008年第1期

J I S UANJ I Y U X I A NDA I HUA

总第149期

文章编号:100622475(20080120067204

收稿日期:2006212229

作者简介:王斌(19712,男,广西桂林人,桂林电子科技大学讲师,研究方向:现代检测技术及其自动化。

无线传感器网络操作系统Tiny OS 的研究

王斌

(桂林电子科技大学,广西桂林541004

摘要:无线传感器网络(W ireless Sens or Net w ork,简称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。本文介绍了无线传感器网络及无线传感器网络操作系统的特点,分析了具有代表性的无线传感器网络操作系统Tiny OS,最后指出Tiny OS 调度策略的不足,提出一点改进的意见。关键词:无线传感器网络;Tiny OS;事件驱动;调度策略中图分类号:T N915.9

文献标识码:A

Study on W i reless Sen sor Network O pera ti n g System T i n yO S

WANG B in

(Guilin University of Electr onic ogy,Guilin 541004,China

Abstract:W ireless sens or net w ork (W S N is an integrati on of sens or technol ogy,e mbedded computing technique,modern net 2work,wireless communicati on technol ogy and distributed inf or mati on p r ocessing technol ogy .This article intr oduces the character 2istics of wireless sens or net w ork and wireless sens or net w ork operating syste m,analyzes Tiny OS,a rep resentative wireless sens or net w ork operating syste m,pointes out the insufficiency of Tiny OS scheduling strategy,puts f or ward p r oposals f or i m p r ove ment .Key words:wireless sens or net w orks;Tiny OS;event

2driven;scheduling strategy

0引言

随着微机电技术、传感器技术、嵌入式计算技术

和无线通信技术的飞速发展和相互融合,具有感知、

计算和通信能力的微型传感器节点[1,14]

开始出现。由这些节点构成的无线传感器网络,是集信息采集、信息处理、信息传输于一体的综合智能信息系统,这些传感器节点和传统的实时嵌入式系统相比,有其显著的特点,如传感器网络节点的存储容量小、运算能力弱、节点尺寸小功耗低、支持并发密集型操作和节点的自主自治能力等。这些特点要求节点具有一个高效、可靠、节能的系统软件来很好地管理各硬件资

源以最大限度地降低运算功耗和通讯功耗[10]

。无线传感器网络的操作系统是一个典型的实时多任务嵌入式操作系统,其主要职责就是确保传感器网络节点中各项任务的调度和顺利完成。

1传感器网络的特点

无线传感器网络具有动态性、适应性和分布处理能力,它由以通讯为中心的、大量的、小型和微型数据采集设备构成。它是一种特殊的Ad -hoc 网络,相对于传统

无线网络,其特点为网络节点密度高、数据传输具有突发性和间断性、网络节点间可自组织通信、拓扑变化频繁、具备容错能力等。

传感器网络结构如图1所示,传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近,能够通过自组织方式构成网络。每个节点既要进行数据的采集,又要将采集后的数据通过多跳传递的方式传输给汇聚节点,然后通过互联网或卫星传到任务管理节点。用户通过任务管理节点对传感器网络进行配置和管理,发布监测任务以及收集监测数据。

无线传感器网络虽然与无线自组网Ad -hoc 有

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相似之处,但同时也存在很大的差别。具有很多自己

的特点[2,8]

:

图1传感器网络体系

(1传感器节点资源有限:节点电源能量、通信

能力、计算和存储能力有限。

(2节点的可靠性要求高:节点可能工作在恶劣的环境中,需要有较强的鲁棒性。

(3自组织网络:要求传感器节点具有自组织的能力,能够自动进行配置和管理,通过拓扑控制机制和网络协议自动形成网络系统。

2目前嵌入式操作系统

[3,7]

的状况

无线传感器网络节点的资源十分有限,传统的嵌入式操作系统难以正常有效地运行和工作。特别在能量和内存要求中矛盾比较突出。因此需要一种全新的嵌入式操作系统才能满足无线传感器节点的基本需求。到目前为止,已经开发出一些面向无线传感器网络的操作系统,例如由C 和汇编混合编写、支持多任务、提供基于事件的编程模型的BTnode OS,针对A t M ega128设计的、非抢占多线程、支持动态堆栈分配的Nut/OS,可抢占、支持时间片轮转的MANTI S OS [13],基于事件驱动的EYES OS [14]

,目标平台为

MSP430的DCOS 和伯克利大学的Tiny OS [4,8]

等。在传感器网络中,自身的特点决定了适合无线传感器网络的操作系统具有如下特点:

(1由于节点存储资源有限,W S NOS 应该可以根据不同的应用系统进行裁剪和扩充。

(2为了有效利用电能,降低功耗,大多数W S 2NOS 使用事件驱动模型。当没有任务需要处理时,CP U 进入睡眠状态,由外部事件(通常是硬件中断

来唤醒。

(4W S NOS 通常采用微内核结构,其核心只提供操作系统的基本功能,例如进程/线程调度与同步、中断管理、时钟管理、原子操作等。

(5W S NOS 具有可重构能力。当节点工作失常时,要求能够自我恢复和重新组织。

(6W S NOS 是一个分布式操作系统,没有中心

服务器。