【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor networks)是一門融合了無線通信技術(shù)、微機電系統(tǒng)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式處理技術(shù)的一項新興交叉學(xué)科,它在軍事、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。 隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大,程序的編寫和調(diào)試變得十分繁瑣這些問題,我們需要對嵌入式操作系統(tǒng)進行深入的研究并且完善的微型化嵌入式操作系統(tǒng)來進行節(jié)點的任務(wù)調(diào)度以及資源管理,同時需要更多的硬件平臺來對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行開發(fā)。本文針對以上問題做了3個方面的工作。 第一,以無線網(wǎng)絡(luò)傳感器設(shè)計要求為依據(jù),在軟件設(shè)計方面進行深入的研究。對現(xiàn)有的嵌入式操作系統(tǒng)進行分類總結(jié),跟蹤了國內(nèi)外該領(lǐng)域的研究進展,重點研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)典的嵌入式操作系統(tǒng),包括組件模型、組件實例化和組合、數(shù)據(jù)模型、設(shè)計模式、進程模型、通信模型、調(diào)度策略以及編程語言并且與其他應(yīng)用廣泛的實時嵌入式操作系統(tǒng)進行了分析對比。同時為了增強適用性,分析了TinyOS的能量管理機制。在深入研究基于組件架構(gòu)的的基礎(chǔ)上,提出了硬件描述層組件設(shè)計以及處理器選擇的基本原則。 第二,在對編程語言進行研究后,設(shè)計了移植TinyOS 2.0到ARM2100上的詳細方法和步驟,包括編寫B(tài)oot Loader、編寫配置文件等等。并且根據(jù)TinyOS 2.0硬件抽象層三級結(jié)構(gòu)的要求,分層實現(xiàn)了TinyOS的基本組件的移植。并且在對嵌入式操作系統(tǒng)移植進行深入研究和對測試技術(shù)有了全面的了解的基礎(chǔ)上提出了一種通用嵌入式操作系統(tǒng)移植測試的技術(shù),其中包括了詳細的移植測試流程,涉及了移植測試過程中功能測試,實時性測試和存儲性測試。在通用的嵌入式操作系統(tǒng)移植技術(shù)的指導(dǎo)下,實現(xiàn)了在處理器ARM2100上的移植測試,進一步證實了這種通用嵌入式操作系統(tǒng)移植技術(shù)的可行性和實用性。為TinyOS更好的進行開發(fā)提供了一個新的平臺。 第三,針對TinyOS在節(jié)點任務(wù)十分繁忙的應(yīng)用環(huán)境下基于先進先出任務(wù)調(diào)度策略不能很好的適應(yīng)工作需求,在先進先出調(diào)度的基礎(chǔ)上設(shè)計了動態(tài)的優(yōu)先級非搶占式調(diào)度策略,介紹了該非搶占式調(diào)度策略的實現(xiàn)并通過仿真實驗對這個調(diào)度策略進行了驗證。 最后在對現(xiàn)有工作進行總結(jié)的基礎(chǔ)上對下一步的發(fā)展提出自己的想法和建議,展望了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用,對論文的工作進行了總結(jié)。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TP368.12
【圖文】：

加方便、快捷的技術(shù)實現(xiàn)手段�？傊�，在醫(yī)用領(lǐng)域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)前景良好，現(xiàn)臨床應(yīng)用還有一定的距離。2）軍事領(lǐng)域目標是將大量廉價的傳感器節(jié)點通過飛機播撒或者火炮發(fā)射等方式部署到戰(zhàn)周邊的各種參數(shù)，如溫度、濕度、聲音、磁場、紅外線等各種信息進行采集，感器自身構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等信道，傳回信息中心進行分監(jiān)控敵我軍情，掌握瞬息萬變的戰(zhàn)場動態(tài)。2005 年，美國軍方成功測試了ossbow 公司產(chǎn)品組建的槍聲定位系統(tǒng)[27]。

目前 TinyOS 在 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 操作系統(tǒng)領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位，已經(jīng)可以運行在很多硬件平臺之上，比如：Telos(Rev A)，Telos(Rev B)，Mica，Mica2，Mica2Dot,歐洲的EYES，Crossbow 的 MicaZ 等等[55]。（2） MANTIS OSMANTIS OS 體系結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示，是美國科羅拉多大學(xué)開發(fā)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，它的內(nèi)核和 API 采用標準的 C 語言，易用、靈活是其亮點。它的主要特點是：采用輕量級的基于搶占的多線程任務(wù)調(diào)度器；類 Unix 編程環(huán)境；整個內(nèi)核占用RAM 小于 500 字節(jié)，MANTIS OS 在邏輯上把 RAM 分成兩部分：一部分在編譯時分配給全局變量，其他部分以堆的形式管理；應(yīng)用程序線程和底層操作系統(tǒng) API 相互獨立，因此 MANTIS OS 通過提供不同平臺的 API 就可以實現(xiàn)對多個平臺的支持；提供了無線代碼發(fā)布功能，能在基站向節(jié)點發(fā)送新代碼；提供遠程 Shell 供用戶登陸到傳感器節(jié)點觀察其運行情況[56]。MANTIS OS 為上層應(yīng)用程序提供了豐富的 API，如線程創(chuàng)建、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)�。用戶利用這些 API 很容易構(gòu)建出功能強大的應(yīng)用程序。

等；事件驅(qū)動機制；內(nèi)核和應(yīng)用程序模塊中都使用動態(tài)存儲；實現(xiàn)了優(yōu)先級調(diào)度；使用標準 C 語言和編譯器[57]。SOS 體系結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示，整個系統(tǒng)是由靜態(tài)內(nèi)核和動態(tài)可加載模塊組成，其中靜態(tài)內(nèi)核實現(xiàn)了最基本的服務(wù)，包括底層硬件抽象，靈活的優(yōu)先級消息調(diào)度器，動態(tài)內(nèi)存分配等功能 ，模塊實現(xiàn)了系統(tǒng)大多數(shù)的功能，包括驅(qū)動程序，協(xié)議，應(yīng)用程序等。這些模塊都是獨立的。

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9 唐云龍;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實驗分析[A];工程設(shè)計與計算機技術(shù)：第十五屆全國工程設(shè)計計算機應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

10 杜瑞穎;徐明

本文編號：2746497