[發明專利]無線傳感器網絡節點任務調度方法

無效

• 申請號: 201010163590.1
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101848549A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 褚瑞;盧錫城;彭宇行;王意潔;田甜;李東升;張一鳴;陳振邦;車永剛;王勇獻;徐傳福
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H04W72/12
• 分類號: H04W72/12;H04W84/18
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明主要屬于無線傳感器網絡系統軟件技術領域，特指一種應用于無線傳感器網絡操作系統的搶占式多任務調度方法。

背景技術

無線傳感器網絡近年來已在各個領域得到了越來越廣泛的應用。無線傳感器網絡通常包括了大量的傳感節點和少量的基站節點，由前者采集數據，并以無線傳輸的方式發送到后者進行匯總和分析。傳感節點通常由傳感器、處理器、無線通信部件、電源等幾個部分組成。其中處理器作為整個傳感節點的核心，一般采用價格、能耗均較低的單片機，以降低成本、減小體積，并且能夠用普通干電池驅動，便于大規模部署。作為一種典型的傳感節點，美國的Crossbow公司制造的MICA2節點采用8位的ATMega128L單片機作為處理器，不支持特權指令、虛地址保護等現代微處理器的常見功能。

隨著無線傳感器網絡的深入應用，其軟件系統日趨復雜。單一任務的應用程序在很多情況下已經很難滿足要求，需要有傳感節點專用的操作系統，支持多任務并發執行。比如一個傳感節點可能既需要執行環境監測的任務，同時還要對傳感器網絡自身的連通程度進行監測，兩個任務相互獨立，不能彼此影響。

在這種情況下，無線傳感器網絡中硬件的簡單性和軟件的復雜性形成了矛盾。傳統操作系統能夠很好的支持搶占式多任務調度，但需要通過硬件支持，確保時鐘中斷不被屏蔽，從而能夠定期執行調度程序。而傳感節點的處理器過于簡單，傳統操作系統(包括VxWorks等嵌入式操作系統)中常用的技術都不能直接應用于無線傳感器網絡，或者即使采用傳統技術，也具有較大的局限性。

TinyOS(http://www.tinyos.net)是目前在無線傳感器網絡中應用最廣泛的專用操作系統。TinyOS通過在編程語言層面上的封裝，隱藏了多種硬件平臺的細節，大大簡化了無線傳感器網絡應用程序開發的難度。但考慮到傳感節點的硬件限制，TinyOS的任務調度是非搶占式的，每個任務必須在恰當的時候主動讓出執行權，否則其他任務無法得到執行。這樣簡單的多任務模型僅能滿足最基本的要求，對于較復雜的應用，會大大增加程序開發人員的負擔。

C.Duffy，U.Roedig，J.Herbert，et?al.Adding?preemption?to?TinyOS.InProceedings?of?the?4th?workshop?on?Embedded?networked?sensors，pages88-92.2007.

由于TinyOS的不足，這篇論文試圖在TinyOS的基礎上增加搶占式調度的功能，各個任務可以有不同的優先級，優先級較高的任務能夠搶占優先級較低的任務，但優先級最高的任務仍然無法被搶占，如果這樣的任務不主動讓出執行權，其他任務仍然無法得到執行。

S.Bhatti，J.Carlson，H.Dai，et?al.MANTIS?OS：an?embeddedmultithreaded?operating?system?for?wireless?micro?sensor?platforms.In?MobileNetwork?Applications.10(4)：563-579，2005.

A.Dunkels，B.Gronvall，and?T.Voigt.Contiki-a?lightweight?and?flexibleoperating?system?for?tiny?networked?sensors.In?Proceedings?of?the?29thAnnual?IEEE?International?Conference?on?Local?Computer?Networks，pages455-462.2004.

A.Eswaran，A.Rowe，and?R.Rajkumar.Nano-RK：An?energy-awareresource-centric?RTOS?for?sensor?networks.In?Proceedings?of?the?26th?IEEEInternational?Real-Time?Systems?Symposium，pages?256-265，2005.