无线传感器网络节点操作系统研究(西北工业大学宽带网络技术研究所,陕西西安710072)摘要：无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，而网络节点上的嵌入式操作系统是其大多数应用的基础。在综合分析大量无线传感器网络体系结构的技术文献和最新研究结果的基础上，提出了无线传感器网络嵌入式操作系统的设计目标，对通用的多任务操作系统μC/OS-II和事件驱动的操作系统TinyOS进行了对比分析，指出TinyOS在一些应用中的局限性及拓展。??关键词：无线传感器网络；嵌入式操作系统；TinyOS；μC/OS-II??中图法分类号：TP316文献标识码：A：1001?菠B3695(2006)08?菠B0028?菠B03ResearchonNodeOperationSystemofWirelessSensorNetworksLI激ng,WANGFu??bao,DUANWei??jun,WANG激an??gang??(InstituteofBroadbandNetwork,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’anShanxi710072,China)Abstract:Asanovelinformationacquirementandprocessingtechnology,WirelessSensorNetworks(WSN)caninspect,apperceiveandcollecttheinformationofallkindsofenvironmentandsurveillanceobjectsinareal??timeway,andtheembeddedoperationsystemwhichisoperatedinnetworknodesisthebaseofmostofapplicationsofWSN.AftertheanalysesofthenewestproductionsofWSNarchitecture,thispaperbringsforwardthedesigntargetsofembeddedoperationsystemsofWSN,analyzesthegeneral??purposemulti??taskingOSμC/OS??IIandevent??drivenOSTinyOS,pointsoutthelimitationsofTinyOSinsomeapplications,andtheimprovementschemes.??Keywords:WirelessSensorNetworks;EmbeddedOperationSystem;TinyOS;μC/OS-II1引言微机电系统(Micro??Electro??MechanismSystem,MEMS)、无线通信和数字电子技术的发展孕育了无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,WSN）[1]。WSN是一种不需要固定网络支持，具有快速展开、抗毁性强等特点，可广泛应用于军事、工业、交通环保等领域，引起了人们广泛关注[1～4]。WSN作为一个全新的研究领域，向科技工提出了大量的挑战性研究课题，微型化的嵌入式操作系统就是其中之一。??无线传感器网络是由大量集成有传感器和无线通信的网络节点组成。网络节点除了从外界环境采集数据外，还要接收邻近节点的数据，对数据进行处理、融合、转发。为了维护这个网络的拓扑结构，节点间需要定期交互更新路由信息。而网络节点的硬件能力是非常有限的，因此节点上的嵌入式操作系统必须满足在有限的物理空间内实现对硬件的高效管理[5]。根据实现机制可以把现有的嵌入式操作分为两类，即General??purposeMulti??taskingOS通用的多任务操作系统和Event??drivenOS事件驱动的操作系统，前者多用于便携式智能设备（如手机、PDA等）和工业控制中。对于支撑几个独立的应用运行在一个虚拟机上的并行操作是高效的，在处理过程中任务的运行和挂起很好地支撑多任务或者多线程。但是，随着内部任务切换频率的增加将产生非常大的开销，典型代表如μC/OS－II[6]、嵌入式Linux、WinCE、Mantis[7]。而后者支持数据流的高效并发，并且考虑了系统的低功耗要求[8]，在功耗、运行开销等方面具有优势，因此备受关注。典型的代表如TinyOS[5]，Contiki[9]。由于无线传感器网络应用的多样性，节点的操作系统必须能够根据内存、处理器以及能量等满足应用的严格需求，也必须能够灵活地允许多种应用同时使用系统资源，如通信、计算和存储[8]。以下先就面向无线传感器网络节点的嵌入式操作系统设计目标进行讨论，据此对μC/OS??II和TinyOS两种典型操作系统进行对比分析。2无线传感器网络节点及其嵌入式操作系统设计目标2.1无线传感器网络节点在不同应用中,传感器网络节点的组成不尽相同,但一般都由数据采集单元、数据处理单元、数据存储单元、数据传输单元、电源和嵌入式操作系统等部分组成[3]，如图1所示。被监测物理信号的形式决定了数据采集单元的类型；数据处理单元通常选用嵌入式CPU,负责协调节点各部分的工作,如对数据采集单元获取的信息进行必要的处理、保存,控制数据采集单元和电源...