無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的構件化軟件開(kāi)發(fā)

　　隨著(zhù)移動(dòng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )將是下一代網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的大趨勢。而移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的重要子網(wǎng)之一無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能夠大大擴展互聯(lián)網(wǎng)的觸角。由于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )低功耗、低成本、分布式和資源有限等特點(diǎn)，使得開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的相關(guān)協(xié)議成為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)因素之一。傳統的軟件開(kāi)發(fā)方法顯然已經(jīng)不適合無(wú)線(xiàn)傳感器協(xié)議的開(kāi)發(fā)，而近來(lái)興起的新的開(kāi)發(fā)模式是基于構件化的軟件開(kāi)發(fā)方法。

　　基于構件化的軟件開(kāi)發(fā)(CBSD,comp onent-based SOFTWARE development)方法是一種可以提供軟件復用性的開(kāi)發(fā)方法。構件是用于進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)、復用和軟件組裝的基本單元。在面向構件的技術(shù)里，一個(gè)應用軟件不是通過(guò)大量的代碼來(lái)描述，而是通過(guò)數量有限的構件來(lái)描述，如圖1(a)所示。與傳統的嵌入式軟件不同，構件化的嵌入式軟件是由一組軟件構件構成的，這些構件的一個(gè)或者幾個(gè)組合成一個(gè)完整的應用；而且新的應用也可以使用已有構件，從而提高軟件復用性。傳統模式下開(kāi)發(fā)出來(lái)的嵌入式軟件提供的是專(zhuān)用服務(wù)，軟件與應用是一一對應的，如圖1(b)所示。整個(gè)過(guò)程中代碼量大，復雜度高，代碼重用性小，并且更新困難，不適應無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)資源有限的要求。

　　TinyOS是一種基于構件化的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )操作系統，該系統本身就是一個(gè)構件庫。其開(kāi)發(fā)語(yǔ)言nesC 提供了對軟件構件技術(shù)的支持。通過(guò)靈活組裝各個(gè)固定功能的芯片級構件可以方便地搭建起不同硬件平臺級構件。因此在TinyOS 系統下開(kāi)發(fā)構件化的無(wú)線(xiàn)傳感器協(xié)議的方法已被廣泛使用。但是，目前由于開(kāi)發(fā)者過(guò)度依靠現有的集成構件，導致開(kāi)發(fā)出來(lái)協(xié)議性能并不理想。

圖1 構件化的嵌入式軟件與傳統嵌入式軟件

1 現有開(kāi)發(fā)方法描述

　　系統為了簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)難度，對各芯片的底層構件進(jìn)行了構件化包裝。調用硬件底層構件所提供的最基本功能接口，來(lái)組合實(shí)現一些功能模塊，如配制芯片模塊、發(fā)送數據模塊、接收數據模塊等。系統對各芯片的硬件抽象層的集成化操作基本是一樣的，圖2 是CC2420系統集成構件調用硬件抽象層構件的關(guān)系。

圖2 系統集成構件和硬件抽象層構件關(guān)系

　　由圖2 可以看出，系統集成構件起到一個(gè)橋梁作用，使開(kāi)發(fā)者簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)工作。但是，系統集成構件在調用硬件抽象構件實(shí)現自身功能的時(shí)候出現重復調用問(wèn)題。并且構件CC2420SpiC 在不同的層(系統集成層和硬件抽象層)都有使用，這本身使得系統集成層和物

　　理抽象層關(guān)系變得模糊和復雜，加大開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)難度。

　　根據構件化系統編程可知，調用構件的接口需要實(shí)現提供接口構件中的event 事件。如果多個(gè)構件重復使用同一個(gè)構件的同一個(gè)接口，每個(gè)使用該接口的構件都需要將該接口中的event 事件執行一次。系統集成構件同時(shí)調用相同的硬件抽象層構件中的接口命令時(shí)，完成命令的signal 事件會(huì )通知每個(gè)使用該接口的構件。這就導致了構件化系統下編程常見(jiàn)問(wèn)題：扇出(fan-out)。系統為了解決這一問(wèn)題不得不將構件性質(zhì)改為generic 類(lèi)型。而這會(huì )引入新的構件調用模式。所有這些使得系統集成構件對硬件抽象層構件的調用變得比實(shí)際要復雜，代碼的執行效率大大降低。

2 直接調用底層構件方法描述

　　對系統集成構件的研究發(fā)現，應用層構件在調用系統集成構件時(shí)最終調用了硬件抽象層構件，只是系統集成構件將硬件抽象層構件重新整合到某個(gè)大的集成構件中，方便用戶(hù)查找接口。實(shí)際上，由于嵌入式軟件和硬件結合性高、硬件資源有限等特點(diǎn)，為了使得軟件系統性能達到最高，嵌入式軟件開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)之前對硬件已經(jīng)非常熟悉。在這種情況下沒(méi)有必要在硬件抽象層之上硬性加上系統抽象層。對開(kāi)發(fā)者而言，直接調用底層硬件抽象層構件會(huì )更直觀(guān)、簡(jiǎn)單。

　　具體實(shí)現方法如圖3 所示，在構件操作上對沒(méi)有引入新功能的構件在配線(xiàn)構件配線(xiàn)時(shí)候可以跨過(guò)整個(gè)系統集成構件，而不會(huì )影響系統功能，并可以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高運行效率。以下將這一方法簡(jiǎn)稱(chēng)為直接調用法。

圖3 構件簡(jiǎn)化過(guò)程