【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(jī)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(xiàng)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(duì)嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究并且完善的微型化嵌入式操作系統(tǒng)來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的任務(wù)調(diào)度以及資源管理,同時(shí)需要更多的硬件平臺(tái)來對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開發(fā)。本文針對(duì)以上問題做了3個(gè)方面的工作。 第一,以無線網(wǎng)絡(luò)傳感器設(shè)計(jì)要求為依據(jù),在軟件設(shè)計(jì)方面進(jìn)行深入的研究。對(duì)現(xiàn)有的嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行分類總結(jié),跟蹤了國內(nèi)外該領(lǐng)域的研究進(jìn)展,重點(diǎn)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(shí)例化和組合、數(shù)據(jù)模型、設(shè)計(jì)模式、進(jìn)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(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行了分析對(duì)比。同時(shí)為了增強(qiáng)適用性,分析了TinyOS的能量管理機(jī)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(jì)以及處理器選擇的基本原則。 第二,在對(duì)編程語言進(jìn)行研究后,設(shè)計(jì)了移植TinyOS 2.0到ARM2100上的詳細(xì)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(jí)結(jié)構(gòu)的要求,分層實(shí)現(xiàn)了TinyOS的基本組件的移植。并且在對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)移植進(jìn)行深入研究和對(duì)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(xì)的移植測試流程,涉及了移植測試過程中功能測試,實(shí)時(shí)性測試和存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)了在處理器ARM2100上的移植測試,進(jìn)一步證實(shí)了這種通用嵌入式操作系統(tǒng)移植技術(shù)的可行性和實(shí)用性。為TinyOS更好的進(jìn)行開發(fā)提供了一個(gè)新的平臺(tái)。 第三,針對(duì)TinyOS在節(jié)點(diǎn)任務(wù)十分繁忙的應(yīng)用環(huán)境下基于先進(jìn)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(jìn)先出調(diào)度的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)的優(yōu)先級(jí)非搶占式調(diào)度策略,介紹了該非搶占式調(diào)度策略的實(shí)現(xiàn)并通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)這個(gè)調(diào)度策略進(jìn)行了驗(yàn)證。 最后在對(duì)現(xiàn)有工作進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上對(duì)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(duì)論文的工作進(jìn)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TP368.12
【圖文】：

加方便、快捷的技術(shù)實(shí)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(biāo)是將大量廉價(jià)的傳感器節(jié)點(diǎn)通過飛機(jī)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(jìn)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(jìn)行分監(jiān)控?cái)澄臆娗�，掌握瞬息萬變的戰(zhàn)場動(dòng)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(yùn)行在很多硬件平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)的 C 語言，易用、靈活是其亮點(diǎn)。它的主要特點(diǎn)是：采用輕量級(jí)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(gè)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(shí)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(dú)立，因此 MANTIS OS 通過提供不同平臺(tái)的 API 就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)平臺(tái)的支持；提供了無線代碼發(fā)布功能，能在基站向節(jié)點(diǎn)發(fā)送新代碼；提供遠(yuǎn)程 Shell 供用戶登陸到傳感器節(jié)點(diǎn)觀察其運(yùn)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(qiáng)大的應(yīng)用程序。

等；事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制；內(nèi)核和應(yīng)用程序模塊中都使用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)；實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)調(diào)度；使用標(biāo)準(zhǔn) C 語言和編譯器[57]。SOS 體系結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示，整個(gè)系統(tǒng)是由靜態(tài)內(nèi)核和動(dòng)態(tài)可加載模塊組成，其中靜態(tài)內(nèi)核實(shí)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(jí)消息調(diào)度器，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配等功能 ，模塊實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)大多數(shù)的功能，包括驅(qū)動(dòng)程序，協(xié)議，應(yīng)用程序等。這些模塊都是獨(dú)立的。

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10 杜瑞穎;徐明

本文編號(hào)：2746497