TinyOS无线传感器网络操作系统分析

0 引言

无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点，通过无线通信方式组成一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协同感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观测者。无线传感器网络技术研究涉及到多个热点学科的前沿领域，比如传感器技术、现代网络技术、嵌入式计算机技术、无线通信技术等。由于无线传感器网络在工业监测、环境检测、医疗监护、军事侦察等众多的领域都有着广阔的应用前景，因而引起了世界各国工业界，学术界和军事部门的重视，并且迅速成为当今世界研究的热点之一。

1 无线传感器网络的主要特点

传感器网络节点硬件一般都由数据采集、数据处理、数据收发和电源等四个单元组成。数据采集单元通过传感器采集外界数据并将其转化为数字信号；数据处理单元是节点的核心模块，负责协调节点各部分的工作，如对数据采集单元采集的数据进行必要的处理和保存，以及数据收发单元工作模式的设置等；数据收发单元负责数据的无线传输以及与数据处理单元的数据交互。上述四大基本模块与相应的操作系统、协议栈和应用程序共同构成一个基本的无线传感器网络节点，众多的网络节点分布在一起，就可以完成无线传感网络的基本功能。

在软件设计方面，本系统以专用嵌入式实时操作系统为依托，来管理、协调传感器节点各硬件部分的工作。上层应用以及各层的通信协议都以节能为中心，必要时可以牺牲其他的一些网络性能指标来获得更高的电源效率。图1所示是一个传感器网络节点的基本组成。



传统的无线网络设计基本上都是为了同时满足人们各种各样的需要，如语音、视频、图像等。而无线传感器网络一般是为了某个特定的需要而设计的，它是一种基于应用的无线网络，与移动通信网、无线局域网、Bluetooth相比，无线传感器网络具有以下主要特点：

(1)电源能量有限：无线网络中，每个节点的电源都是有限的，网络大多工作在无人区或者对人体有伤害的恶劣环境中，一般更换电源几乎都是很困难的事。

(2)计算能力有限：传感器网络节点都采用具有嵌入式特性的处理器，但嵌入式处理器的处理能力，使传感器节点的计算能力比较有限。

(3)无线传感器网络节点数量大，分布范围广，网络中的传感器节点十分密集，数量巨大，有时可能达到几百，几千，甚至更多。

(4)动态性拓扑：传感器网络的拓扑结构可能因为环境或节点电能耗尽等因素而改变，这就要求传感器网络系统能够适应这种变化。