面向無線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、近年來，無線低功耗技術(shù)的發(fā)展使得無線傳感網(wǎng)絡(luò)成為一種新的計(jì)算模式，引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。無線傳感網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用于多種應(yīng)用場景，如環(huán)境監(jiān)測、軍事監(jiān)控、建筑物保護(hù)等。傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的研究是大規(guī)模傳感網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)。盡管在面向傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式操作系統(tǒng)(簡稱嵌入式傳感操作系統(tǒng))領(lǐng)域已有不少研究工作，但已有操作系統(tǒng)仍不能滿足實(shí)際應(yīng)用程序的不同需求。為此，本文首先綜述了嵌入式傳感操作系統(tǒng)的研究進(jìn)展，相關(guān)工作發(fā)表在IEEE核心期刊IEEE Co

2、mmunications Surveys and Tutorials上?；诖耍疚某橄蟪銮度胧絺鞲胁僮飨到y(tǒng)設(shè)計(jì)中的四個(gè)核心問題，并通過設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)SenSpire OS來解決上述問題。
　　 (1)靈活性問題。本文提出一個(gè)靈活的編程模型。該模型綜合了事件驅(qū)動(dòng)編程模型與多線程編程模型。SenSpire OS的混合編程模型具有如下優(yōu)點(diǎn)。第一，事件驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和多線程子系統(tǒng)具有低耦合性，因此允許表達(dá)和定制多種不同的調(diào)度策略。第二，允許事

3、件搶占，從而能有效提高事件驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。第三，提出了新的混合模型調(diào)度策略，即區(qū)分式內(nèi)核調(diào)度策略，通過使用堆棧共享技術(shù)，有效降低內(nèi)存占用。相關(guān)工作已被國際期刊IEEE Transactions on Computers錄用。
　　 (2)實(shí)時(shí)性問題。本文提出了一種實(shí)時(shí)的調(diào)度機(jī)制FIT，滿足傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的需求。FIT首次在傳感節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行詳盡實(shí)時(shí)任務(wù)分析。此外，F(xiàn)IT還包括一個(gè)MTSP算法，特別針對傳感節(jié)點(diǎn)資源受限的特點(diǎn)

4、，通過優(yōu)化搶占優(yōu)先級個(gè)數(shù)，減少資源占用。通過典型實(shí)例研究，驗(yàn)證了FIT方法能保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，并能有效減小系統(tǒng)的資源開銷。相關(guān)工作發(fā)表在國際會議IEEE/ACM DCOSS2008以及國際期刊IEEE Transactions on Parallel andDistributed Systems上。
　　 (3)可擴(kuò)展性問題。本文提出了一種靈活、高效的模塊文件格式，能支持模塊的動(dòng)態(tài)加載與鏈接，從而大大提高了嵌入式傳感操作系統(tǒng)的擴(kuò)

5、展性。和前人工作相比，本文的設(shè)計(jì)具有如下優(yōu)勢。第一，本文的設(shè)計(jì)達(dá)到靈活性與高效性的合理折中，通過鏈?zhǔn)揭?、預(yù)鏈接等技術(shù)，既能大大壓縮模塊文件的大小，又允許靈活的模塊化編程和模塊間通信。第二，本文解決了模塊依賴問題，從而提高了模塊化設(shè)計(jì)的可靠性與高效性。相關(guān)工作發(fā)表在國際會議IEEE MASS2009上。借助于該模塊化思想，本文又基于 TinyOS，提出了一種新的網(wǎng)絡(luò)重編程方法Elon。該方法能有效減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇a量，大大提高網(wǎng)絡(luò)重編程

6、的生命周期。相關(guān)工作發(fā)表在國際會議ACM SIGMETRICS2010上。本文也提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的輕量級重編程協(xié)議，能大大減小在不可靠網(wǎng)絡(luò)中的傳輸開銷，相關(guān)工作已被國際期刊IEEE Transactions on Mobile Computing錄用。
　　 (4)自適應(yīng)性問題。無線傳感網(wǎng)絡(luò)通常部署在環(huán)境多樣化的野外場景中，即使在室內(nèi)的環(huán)境中，鏈路也具有動(dòng)態(tài)的特性。因此自適應(yīng)的通信機(jī)制十分重要。本文提出了一種動(dòng)態(tài)包長控制策