[发明专利]无线传感器网络节点任务调度方法

说明书

技术领域

本发明主要属于无线传感器网络系统软件技术领域，特指一种应用于无线传感器网络操作系统的抢占式多任务调度方法。

背景技术

无线传感器网络近年来已在各个领域得到了越来越广泛的应用。无线传感器网络通常包括了大量的传感节点和少量的基站节点，由前者采集数据，并以无线传输的方式发送到后者进行汇总和分析。传感节点通常由传感器、处理器、无线通信部件、电源等几个部分组成。其中处理器作为整个传感节点的核心，一般采用价格、能耗均较低的单片机，以降低成本、减小体积，并且能够用普通干电池驱动，便于大规模部署。作为一种典型的传感节点，美国的Crossbow公司制造的MICA2节点采用8位的ATMega128L单片机作为处理器，不支持特权指令、虚地址保护等现代微处理器的常见功能。

随着无线传感器网络的深入应用，其软件系统日趋复杂。单一任务的应用程序在很多情况下已经很难满足要求，需要有传感节点专用的操作系统，支持多任务并发执行。比如一个传感节点可能既需要执行环境监测的任务，同时还要对传感器网络自身的连通程度进行监测，两个任务相互独立，不能彼此影响。

在这种情况下，无线传感器网络中硬件的简单性和软件的复杂性形成了矛盾。传统操作系统能够很好的支持抢占式多任务调度，但需要通过硬件支持，确保时钟中断不被屏蔽，从而能够定期执行调度程序。而传感节点的处理器过于简单，传统操作系统(包括VxWorks等嵌入式操作系统)中常用的技术都不能直接应用于无线传感器网络，或者即使采用传统技术，也具有较大的局限性。

TinyOS(http://www.tinyos.net)是目前在无线传感器网络中应用最广泛的专用操作系统。TinyOS通过在编程语言层面上的封装，隐藏了多种硬件平台的细节，大大简化了无线传感器网络应用程序开发的难度。但考虑到传感节点的硬件限制，TinyOS的任务调度是非抢占式的，每个任务必须在恰当的时候主动让出执行权，否则其他任务无法得到执行。这样简单的多任务模型仅能满足最基本的要求，对于较复杂的应用，会大大增加程序开发人员的负担。

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，这篇论文试图在TinyOS的基础上增加抢占式调度的功能，各个任务可以有不同的优先级，优先级较高的任务能够抢占优先级较低的任务，但优先级最高的任务仍然无法被抢占，如果这样的任务不主动让出执行权，其他任务仍然无法得到执行。

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.