第15章--无线传感器网络的软件开发.ppt

第十五章无线传感器网络的软件开发;无线传感器网络软件开发概述

主要开发环境

无线传感器网络中间件设计;软件开发特点和设计要求;无线传感器网络因其资源受限、动态性强、以数据为中心等特点，对其软件系统的开发设计提出了以下要求：

1．软的实时性

由于网络变化不可预知，软件系统应当能够及时调整节点的工作状态，自适应于动态多变的网络状况和外界环境，其设计层次不能过于复杂，且具有良好的时间驱动与响应机制。

2．能量优化

由于传感器节点电池的能量有限，设计软件系统应尽可能考虑节能，这需要用比较精简的代码或指令来实现网络的协议和算法，并采用轻量级的交互机制。;无线传感器网络因其资源受限、动态性强、以数据为中心等特点，对其软件系统的开发设计提出了以下要求：

3．模块化

为使软件可重用，便于用户根据不同的应用需求快速进行开发，应当将软件系统的设计模块化，让每个模块完成一个抽象功能，并制定模块之间的接口标准。

4．面向具体应用

软件系统应该面向具体的应用需求进行设计开发，使其运行性能满足应用系统的QoS要求。

5．可管理

为维护和管理网络，软件系统应采用分布式的管理方法，通过软件更新和重配置机制来提高系统运行的效率。;无线传感器网络软件开发的本质是从如何从工程的思想出发，在软件体系结构设计的根底上开发应用软件。无线传感器网络软件设计的主要内容就是开发这些基于框架的组件，以支持下面三个层次的应用：;操作系统：操作系统由裁剪过的只针对于特定应用的软件组成，专门处理与节点硬件设备相关的任务，包括启动载入程序、硬件的初始化、时序安排、内存管理和过程管理等。

传感驱动：初始化传感器节点，驱动节点上的传感单元执行数据采集和测量工作，它封装了传感器应用，为中间件提供了良好的API接口。

中间件管理：该管理机制是一个上层软件，用来组织分布式节点间的协同工作。

模块：封装网络应用所需的通信协议和核心支撑技术。

算法：用来描述模块的具体实现算法。

效劳：包含用来与其他节点协作完成任务的本地协同功能。

虚拟机：能够执行与平台无关的程序。;3．网络应用

描述整个网络应用的任务和所需要的效劳，为用户提供操作界面来管理网络评估运行效果。网络应用层次的框架组件结构如图15.3所示。;无线传感器网络软件开发的主要技术挑战;主要开发环境;模块和配件的定义格式如下：;nesC应用程序的分析;nesC应用程序的分析;nesC程序的仿真;2．执行步骤

①翻开生成的cygwin图标〔Linux建立在Windows下的软件平台〕，在光标下进入仿真环境路径〔安装在D盘下〕。

cygdrive/d/tinyos/cygwin/opt/…/tinyos/sim—寻找软件仿真路径

②输入make，之后将生成一个执行脚本文件Tinyviz.jar。

③进入应用程序路径，在相同的路径下进入blink目录下。

④输入“makepc-”，在PC上对Blink程序进行编译、仿真，假设有相关硬件，那么输入硬件名称，如makemicaz，在blink文件下会生成一个pc文件夹，里面包含了在PC上blink主程序main.exe。

⑤翻开blink/pc路径，输入“tinyviz-runmain.exe20”〔20为传感器节点的仿真个数〕。

利用可视化Tinyviz将调用接口使Blink程序执行的仿真结果通过图形显示出来。;nesC程序的仿真;无线传感器网络中间件设计;无线传感器网络的中间件软件设计必须遵循以下的原那么：

〔1〕由于节点能量、计算、存储能力及通信带宽有限，因此无线传感器网络中间件必须是轻量级的，且能够在性能和资源消耗间取得平衡。

〔2〕传感网环境较为复杂，因此中间件软件还应提供较好的容错机制、自适应机制和自维护机制。

〔3〕中间件软件的下层支撑是各种不同类型的硬件节点和操作系统〔如TinyOS、MANTISOS、SOS等〕，因此，其本身必须能够屏蔽网络底层的异构性。

〔4〕中间件软件的上层是各种应用，因此，它还需要为各类上层应用提供统一的、可扩展的接口，以便于应用的开发。;围绕无线传感器网络在信息交互、任务分解、节点协同、数据处理和异构抽象等方面的设计目标，目前提出了众多不同的无线传感器网络中间件设计方法。主要可分为以下几类：

〔1〕基于虚拟机的无线传感器网络中间件。

〔2〕基于数据库的无线传感器网络中间件。

〔3〕基于应用驱动的无线传感器网络中间件。

〔4〕面向消息的无线传感器网络中间件。

〔5〕基于移动代理的无线传感器网络中间件。;无线传感器网络中间件设计;典型的无线传感器网络中间件软件体系结构;1．网络适配层

在该层中，网络适配器实现对网络底层〔无线传感器网络根底设施、