TinyOS無線傳感器網絡操作系統分析

0 引言

無線傳感器網絡是由部署在監測區域內的大量廉價微型傳感器節點，通過無線通信方式組成一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協同感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀測者。無線傳感器網絡技術研究涉及到多個熱點學科的前沿領域，比如傳感器技術、現代網絡技術、嵌入式計算機技術、無線通信技術等。由于無線傳感器網絡在工業監測、環境檢測、醫療監護、軍事偵察等眾多的領域都有著廣闊的應用前景，因而引起了世界各國工業界，學術界和軍事部門的重視，并且迅速成為當今世界研究的熱點之一。

1 無線傳感器網絡的主要特點

傳感器網絡節點硬件一般都由數據采集、數據處理、數據收發和電源等四個單元組成。數據采集單元通過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的核心模塊，負責協調節點各部分的工作，如對數據采集單元采集的數據進行必要的處理和保存，以及數據收發單元工作模式的設置等；數據收發單元負責數據的無線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、協議棧和應用程序共同構成一個基本的無線傳感器網絡節點，眾多的網絡節點分布在一起，就可以完成無線傳感網絡的基本功能。

在軟件設計方面，本系統以專用嵌入式實時操作系統為依托，來管理、協調傳感器節點各硬件部分的工作。上層應用以及各層的通信協議都以節能為中心，必要時可以犧牲其他的一些網絡性能指標來獲得更高的電源效率。圖1所示是一個傳感器網絡節點的基本組成。



傳統的無線網絡設計基本上都是為了同時滿足人們各種各樣的需要，如語音、視頻、圖像等。而無線傳感器網絡一般是為了某個特定的需要而設計的，它是一種基于應用的無線網絡，與移動通信網、無線局域網、Bluetooth相比，無線傳感器網絡具有以下主要特點：

(1)電源能量有限：無線網絡中，每個節點的電源都是有限的，網絡大多工作在無人區或者對人體有傷害的惡劣環境中，一般更換電源幾乎都是很困難的事。

(2)計算能力有限：傳感器網絡節點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，使傳感器節點的計算能力比較有限。

(3)無線傳感器網絡節點數量大，分布范圍廣，網絡中的傳感器節點十分密集，數量巨大，有時可能達到幾百，幾千，甚至更多。

(4)動態性拓撲：傳感器網絡的拓撲結構可能因為環境或節點電能耗盡等因素而改變，這就要求傳感器網絡系統能夠適應這種變化。