TinyOS無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )操作系統分析

0 引言

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是由部署在監測區域內的大量廉價(jià)微型傳感器節點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式組成一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò )系統，其目的是協(xié)同感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀(guān)測者。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研究涉及到多個(gè)熱點(diǎn)學(xué)科的前沿領(lǐng)域，比如傳感器技術(shù)、現代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、嵌入式計算機技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)等。由于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在工業(yè)監測、環(huán)境檢測、醫療監護、軍事偵察等眾多的領(lǐng)域都有著(zhù)廣闊的應用前景，因而引起了世界各國工業(yè)界，學(xué)術(shù)界和軍事部門(mén)的重視，并且迅速成為當今世界研究的熱點(diǎn)之一。

1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的主要特點(diǎn)

傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)硬件一般都由數據采集、數據處理、數據收發(fā)和電源等四個(gè)單元組成。數據采集單元通過(guò)傳感器采集外界數據并將其轉化為數字信號；數據處理單元是節點(diǎn)的核心模塊，負責協(xié)調節點(diǎn)各部分的工作，如對數據采集單元采集的數據進(jìn)行必要的處理和保存，以及數據收發(fā)單元工作模式的設置等；數據收發(fā)單元負責數據的無(wú)線(xiàn)傳輸以及與數據處理單元的數據交互。上述四大基本模塊與相應的操作系統、協(xié)議棧和應用程序共同構成一個(gè)基本的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，眾多的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)分布在一起，就可以完成無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的基本功能。

在軟件設計方面，本系統以專(zhuān)用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統為依托，來(lái)管理、協(xié)調傳感器節點(diǎn)各硬件部分的工作。上層應用以及各層的通信協(xié)議都以節能為中心，必要時(shí)可以犧牲其他的一些網(wǎng)絡(luò )性能指標來(lái)獲得更高的電源效率。圖1所示是一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的基本組成。



傳統的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計基本上都是為了同時(shí)滿(mǎn)足人們各種各樣的需要，如語(yǔ)音、視頻、圖像等。而無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )一般是為了某個(gè)特定的需要而設計的，它是一種基于應用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，與移動(dòng)通信網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、Bluetooth相比，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )具有以下主要特點(diǎn)：

(1)電源能量有限：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，每個(gè)節點(diǎn)的電源都是有限的，網(wǎng)絡(luò )大多工作在無(wú)人區或者對人體有傷害的惡劣環(huán)境中，一般更換電源幾乎都是很困難的事。

(2)計算能力有限：傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)都采用具有嵌入式特性的處理器，但嵌入式處理器的處理能力，使傳感器節點(diǎn)的計算能力比較有限。

(3)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數量大，分布范圍廣，網(wǎng)絡(luò )中的傳感器節點(diǎn)十分密集，數量巨大，有時(shí)可能達到幾百，幾千，甚至更多。

(4)動(dòng)態(tài)性拓撲：傳感器網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構可能因為環(huán)境或節點(diǎn)電能耗盡等因素而改變，這就要求傳感器網(wǎng)絡(luò )系統能夠適應這種變化。