【正文】 點(diǎn)的資源十分有限，傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)難以正常有效地運(yùn)行和工作，特別對(duì)能量和內(nèi)存的需求矛盾比較突出。 nesC 語言 TinyOS 和在其上運(yùn)行的應(yīng)用程序可以看成是一個(gè)大的 “ 執(zhí)行程序 ” ，它由許多功能獨(dú)立且相互有聯(lián)系的軟件組件構(gòu)成，圖 2所示是 nesC語言的一般程序框架。 其中模塊是組件的邏輯功能實(shí)體，主要包括命令、事件、任務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)。 TinyOS 系統(tǒng)的工作原理 為了適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)， TinyOS 操作系統(tǒng)使用了四個(gè)主要技術(shù)，組件化編程、輕量級(jí)線程、主動(dòng)消息通信和事件驅(qū)動(dòng)模型。在 TinyOS 操作系統(tǒng)中，主動(dòng)消息通信被視為一個(gè)系統(tǒng)組件，它屏蔽了下層各種不同的通信硬件，從而為上層提供了一致的通信原語，可方便開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)各種功能的高層通信組件。其不僅提供了基 于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本教育，同時(shí)提供多種可以擴(kuò)展的傳感器、 RFID （無線射頻識(shí)別系統(tǒng)）及智能機(jī)器人的聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。 在 Ubuntu11 編譯并運(yùn)行 把數(shù)據(jù)發(fā)送到 tinyos ,tinyos 通過TCPServer 服務(wù)器接收數(shù)據(jù)并存入 MySQL 數(shù)據(jù)庫。接著連接傳感器取得數(shù)據(jù)。確認(rèn)消息可由主動(dòng)消息通信組件生成，這樣比在應(yīng)用層生成確認(rèn)消息包更能節(jié)省開銷，而且反饋 時(shí)間短。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中采用主動(dòng)消息機(jī)制的主要目的是使無線傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力和通信重疊。 配件通?？赏ㄟ^一系列其他組件來實(shí)現(xiàn)一個(gè)組件規(guī)范，它主要實(shí)現(xiàn)組件間的相互訪問方式。接口的提供者所實(shí)現(xiàn)的接口的一組功能函數(shù)稱為命令；接口的使用者需要實(shí)現(xiàn)的一組功能函數(shù)稱為事件。因而在經(jīng)過仔細(xì)研究和設(shè)計(jì)，并在對(duì) C 語言進(jìn)行了一定擴(kuò)展的基礎(chǔ)上，提出了支持組件化編程的 nesC 語言，該語言可以把組件化、模塊化思想和基于事件驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行模型結(jié)合起來。 (3)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，分布范圍廣，網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)十 分密集，數(shù)量巨大，有時(shí)可能達(dá)到幾百，幾千，甚至更多。數(shù)據(jù)采集單元通過傳感器采集外界數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；數(shù)據(jù)處理單元是節(jié)點(diǎn)的核心模塊，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)各部分的工作，如對(duì)數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理和保存，以及數(shù)據(jù)收發(fā)單元工作模式的設(shè)置等；數(shù)據(jù)收 發(fā)單元負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的無線傳輸以及與數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)交互。 在 Ubuntu11 編譯并運(yùn)行 把數(shù)據(jù)發(fā)送到 tinyos ,tinyos 通過TCPServer 服務(wù)器接收數(shù)據(jù)并存入 MySQL 數(shù)據(jù)庫。如果信道空閑，設(shè)備將在下一個(gè)空閑的退避時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。 子系統(tǒng) 及每一層都有很大的差別， 針對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中這種不同特性子系統(tǒng)的差別， 建模劃分的三個(gè) 層次，如表 所示 如何將模型中涉及的各子系統(tǒng)的特性與建模域?qū)?yīng)起來， 是建模過程中的難題， 表 列舉了系統(tǒng)的各個(gè)層面和建模域的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中系統(tǒng)的某一個(gè)層面可能與多個(gè)域相對(duì) 應(yīng)，建模過程中需要將幾個(gè)域結(jié)合起來。三層模型與實(shí)際 的協(xié)議、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)三層相對(duì)應(yīng)，全面反映了網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性，提供了與外部程序或系統(tǒng) 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的機(jī)制，提供協(xié)同仿真功能。 OPNET(Optimized Network Engineering Tool)[3638]是一 個(gè)面向?qū)ο蟮碾x散事件通用網(wǎng)絡(luò)仿真器， 它使用分層模型來定義系統(tǒng)的每一方面。使用時(shí)應(yīng)按照技術(shù)要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。2% 左右，甚至更高。對(duì)于要求精確控制恒溫、 恒濕的局部空間，或者需要隨時(shí)跟蹤記錄濕度變化的場合，再選用 177。所以使用者一定要量體裁衣，不宜盲目追求 “ 高、精、尖 ” 。 露點(diǎn) ：指含有一定量水蒸氣（絕對(duì)濕度）的空氣，當(dāng)溫度下降到一定程度時(shí)所含的水蒸氣就會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)（飽和濕度）并開始液化成水， 這種現(xiàn)象叫做凝露。日常生活中所指的適度為相對(duì)濕度，用 RH%表示。 濕度： 濕度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系 ,但用數(shù)量來進(jìn)行表示較為困難。 訪問仲裁過程決定一個(gè)節(jié)點(diǎn)什么時(shí)候可以 通過無線介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)，而傳輸控制過程決定節(jié)點(diǎn)可在無線介質(zhì)上不間斷傳輸數(shù)據(jù)的時(shí) 間。 如果兩個(gè)過程能有機(jī)地結(jié)合在一起，就 能很好保證通訊協(xié)議的實(shí)時(shí)性。因此，傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)中的機(jī) 制無法直接應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)傳感器通常都產(chǎn)生較大的流式數(shù)據(jù)，并 具有實(shí)時(shí)性。因此，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，傳感器、感知 對(duì)象和觀察者三者之間的路徑也隨之變化。但是，由于嵌入式處理器和存儲(chǔ)器的 能力和容量有限， 傳感器的計(jì)算能力十分有限。 因此如何在有限通信能力的條件下高質(zhì)量地完 成感知信息的處理與傳輸，是我們面臨的第 1 個(gè)挑戰(zhàn)。另外，網(wǎng)絡(luò)的自組織、微型化和對(duì)外 部世界的感知能力的三大特點(diǎn)使其在倉庫管理、交互式博物館、交互式玩具、工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線等眾多領(lǐng)域，都將會(huì)孕育出全新的設(shè)計(jì)和應(yīng)用模式 [2427]。 感知對(duì)象的信息一般通過表示物理現(xiàn)象、化學(xué)現(xiàn)象或其他現(xiàn)象的數(shù)字量來表示，如溫度、 濕度、物體的大小、物體的移動(dòng)速度等。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概述 當(dāng)前， 自織網(wǎng)的一個(gè)重要的發(fā)展方向是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)， 我們可以把無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 定義如下 [11]：無線傳感器網(wǎng)是由一組按需隨機(jī)分布的集 成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通 信模塊的微型傳感器以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)， 其目的是協(xié)作地感知、 采集和處理網(wǎng) 絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)感知對(duì)象的信息，并傳送給信息獲取者。然后在ubuntu 中編譯并運(yùn)行 Com_Sensor 程序獲取傳感器實(shí)驗(yàn)箱的數(shù)據(jù)。最后介紹了仿真平臺(tái) OPNET。 3)根據(jù)以上的理論分析，針對(duì)簡單優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法以及 DropTail 的不足，提出了一 種動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，并通過仿真對(duì)提出的動(dòng)態(tài)優(yōu)先調(diào)度算法進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)。另外 SPEED 協(xié)議無須 MAC 層提供 Qos 或?qū)崟r(shí)性支持； 最后是建立在 標(biāo)準(zhǔn)之上的 MAC 層解決方 案。 它是針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)應(yīng)用提出的一種新的體系結(jié)構(gòu)， 指出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)應(yīng)用的特點(diǎn)及需要考慮的基本 問題和基本解決方法。 2020 年中國科學(xué)院依托上海微系統(tǒng)所成立微系統(tǒng)研究與發(fā)展 中心， 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方向上陸續(xù)部署了若干重大研究項(xiàng)目， 初步建立了傳感器網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)的研究平臺(tái)，在無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器端機(jī)、移動(dòng)機(jī)站和 應(yīng)用系統(tǒng)等方面取得很大進(jìn)展。 他們提出了低級(jí)通信不依賴于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分布式系統(tǒng)技術(shù)、 支持多應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中命名數(shù)據(jù)和網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理的軟件結(jié)構(gòu)、 變換初始感知為高級(jí)數(shù)據(jù)流的層次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步的解決方法、 自組織無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)問題和解決方法、新的多路徑模式等。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本思想起源于 20 世紀(jì) 70 年代， 研究的重點(diǎn)主要放在國防項(xiàng)目上。特別是基于無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)的圖像、 視頻和流媒體等多媒體信息的傳輸需求的急劇增加， 給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 帶來了極大的挑戰(zhàn)， 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的， 由大量無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組 織的方式組成網(wǎng)絡(luò)， 節(jié)點(diǎn)的傳感器負(fù)責(zé)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)， 無線射頻收發(fā)裝置負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)之間以 及節(jié)點(diǎn)與之間數(shù)據(jù)的交互，其工作方式以及承載的業(yè)務(wù)類型都與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有著很大的區(qū) 別。 現(xiàn)在所指的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)，是一種新型的無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)各個(gè)無線節(jié)點(diǎn) (傳感器 )靜態(tài)地隨機(jī)分布于某一區(qū)域，它們協(xié)作地監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分 布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán) 境或監(jiān)測對(duì)象的信息， 并對(duì)這些信息進(jìn)行處理， 獲得詳盡而準(zhǔn)確的結(jié)果， 并最終傳送給需要這些結(jié)果的用戶。 目前傳感器技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國防、機(jī)械、電力、能源、交通等諸多領(lǐng)域。在物 理環(huán)境中結(jié)合計(jì)算處理能力的控制能力， 人與人、 人與機(jī)器以及機(jī)器與機(jī)器的交互最終統(tǒng) 一到人與自然的交互。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界與真實(shí)的物理世界融合在一起， 改變著人與自然 交互的方式。 傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展可以劃分為以下四個(gè)階段： 第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)是由具有簡單點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信號(hào)傳輸功能的傳統(tǒng)傳感器所組成的測控系 統(tǒng)，只是初步實(shí)現(xiàn)了信息的單向傳遞； 第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)是由智能傳感器和現(xiàn)場控制站組成的測控網(wǎng)絡(luò)。隨著無線通信、微處理器、微電機(jī)系統(tǒng) MEMS(Micro Electro Mechanical System)等技術(shù)的發(fā)展，使得開發(fā)小體積、低成本、低功耗的微傳感器成為可能，為無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。 本文從保證實(shí)時(shí)應(yīng)用的延遲的角度出發(fā)， 分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信延遲中節(jié)點(diǎn)內(nèi) 的排隊(duì)延遲和由于節(jié)點(diǎn)競爭信道而產(chǎn)生的鏈路級(jí)延遲，對(duì)簡單優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法、 協(xié)議中的退避算法進(jìn)行了分析， 針對(duì)其不足提出了動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法和優(yōu) 先級(jí) CSMA/CA 算法。英國、日本、意大利等國家的一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也紛紛開展了該領(lǐng)域的 研究工作。 Intel 實(shí)驗(yàn)室和大西洋學(xué)院在大鴨島上部署了傳感器網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行了 9 個(gè)月左右的監(jiān)控， 得到了大量第一手?jǐn)?shù)據(jù)。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中提供實(shí)時(shí)通信支持也面臨著挑戰(zhàn)。 第二種是實(shí)時(shí)無狀態(tài)路由協(xié)議 SPEED[7]的網(wǎng)絡(luò)層解決方案。 項(xiàng)目研究內(nèi)容 網(wǎng)絡(luò)延遲是衡量網(wǎng)絡(luò)傳輸能力和實(shí)時(shí)性能指標(biāo)之一，對(duì)于具有實(shí)時(shí)需求的應(yīng)用來說， 網(wǎng)絡(luò)的延遲不但會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)算法和協(xié)議的選擇， 而且 對(duì)應(yīng)用的成功與否起著至關(guān)重要的作 用。 主要研究內(nèi)容見圖 所示。 第四章 系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)。 第六章 設(shè)置開發(fā)環(huán)境， 首先介紹了 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)中的 CAMA/CA 道信 接入方式，并結(jié)合其工作流程進(jìn)行了分析，提出一種具有優(yōu)先級(jí)的 CSMA/CA 算法， 使數(shù)據(jù)分組可以根據(jù)其優(yōu)先級(jí)的不同而選擇不同 BE 和 CW，采用離散 Markov 鏈 模型分析了所提出算法的性能，最后進(jìn)行仿真驗(yàn)證。例如，軍隊(duì)指揮官、一個(gè)由飛機(jī)攜帶的移動(dòng)計(jì)算機(jī)都可以是 傳感器網(wǎng)的信息獲取者。 軍事應(yīng)用無 線傳感器網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，由于其特有的無需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、可快速展開、抗毀 性強(qiáng)等特點(diǎn)， 是數(shù)字戰(zhàn)場無線數(shù)據(jù)通信的首選技術(shù)， 是軍隊(duì)在敵對(duì)區(qū)域中獲取情報(bào)的重要 技術(shù)手段。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著很多鮮明的特點(diǎn) [28]，如大規(guī)模、自組織、電源能量和計(jì)算能力 有限、動(dòng)態(tài)性和以數(shù)據(jù)為中心等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中的傳感器由于電 源能量的原因 經(jīng)常失效或廢棄， 因此電源能量約束是阻礙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的嚴(yán)重問題。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)密集， 數(shù)量巨大外， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以分布在很廣泛的地理區(qū)域。 6)大 規(guī)模分布式觸發(fā)器 。 這是我們面臨的第 7 個(gè)挑戰(zhàn)。 這種方法不需要對(duì)硬件 做任何修改，但要增加新的協(xié)議軟件。 其中距離是由源節(jié)點(diǎn)和目的 節(jié)點(diǎn)的物理位置決定的。 溫濕度傳感器的簡介 由于溫度與濕度不管是從物理量本身還是在實(shí)際人們的生活 中都有著密切的關(guān)系，所以溫濕度一體的傳感器就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。用 %RH表示。溫度對(duì)絕對(duì)濕度有著直接影響，一般情況下，溫度越高，水蒸氣發(fā)得越多，絕對(duì)濕度就越大；相反，絕對(duì)濕度就小。此外，風(fēng)與空氣中的溫濕度有密切關(guān)系，也是影響空氣溫濕度變化的重要因素之一。溫度每變化 ℃ 。2%RH 的要求恐怕連校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器也難以做到，更何況傳感器自身了。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)介紹 隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和規(guī)模越來越復(fù)雜化以及網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越多樣化，單純地依靠經(jīng)驗(yàn)