基于支持無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)若干關鍵軟件技術的研究和實現(xiàn)

張　靜

(陜西國際商貿學院，陜西 咸陽 712000)

基于支持無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)若干關鍵軟件技術的研究和實現(xiàn)

張靜

(陜西國際商貿學院，陜西 咸陽 712000)

摘要：隨著計算機技術的不斷發(fā)展，無線網(wǎng)絡傳感器在結合了執(zhí)行、傳感和通信等功能后，在各行各業(yè)得到了廣泛應用。和傳統(tǒng)的通信設備相比，無線網(wǎng)絡傳感器具有攜帶方便和耗能低等優(yōu)良特性，因此受到了人們的普遍歡迎。在結合了無線網(wǎng)絡傳感器若干軟件技術后，研究和實現(xiàn)了基于支持無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)若干關鍵軟件技術的開發(fā)。

關鍵詞：無線網(wǎng)絡傳感器；γOS操作系統(tǒng)；若干關鍵軟件技術

計算機技術給人們的生活帶來了巨大的變化。目前，無線網(wǎng)絡傳感器技術在各行各業(yè)中得到了廣泛的應用，這種無線傳感設備可以進入到人們無法進入的環(huán)境中進行工作，并可以實現(xiàn)自動操作[1]；同時無線網(wǎng)絡傳感設備還可以進行實時跟蹤和監(jiān)測，從而有效實現(xiàn)了以往不可能完成的目標。隨著科學技術的不斷進步，無線網(wǎng)絡傳感技術得到了快速的發(fā)展。

1無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)研究

1.1集成化與微型化設計要求

在操作系統(tǒng)硬件設計的過程中，大多數(shù)情況下提供的相關硬件設備都非常有限，因而在對無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)進行設計時，應有效地實現(xiàn)操作系統(tǒng)微型化，以滿足現(xiàn)階段對硬件設備的要求。微型化操作系統(tǒng)的硬件設計還應有效地實現(xiàn)對無線網(wǎng)絡傳感器相關硬件設備的具體要求，從而在硬件設備的物理層面上最大限度地實現(xiàn)物理控制的并行性分析。在對無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)進行設計的過程中，還應滿足緊湊性的集成性設計目標，從而使無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)中的硬件和軟件能夠實現(xiàn)模塊之間交叉性質的結合，并為傳感、通信以及執(zhí)行這3種事件之間的集成化設計提供相應的可能性[2]。

1.2對操作系統(tǒng)設計的通用化要求

現(xiàn)階段，在對無線網(wǎng)絡操作系統(tǒng)進行設計的過程中，由于受到設計資源的高度限制，無線網(wǎng)絡傳感器在設計的過程中難以實現(xiàn)對操作系統(tǒng)通用化的設計要求；因此，在對無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)進行設計時，應針對系統(tǒng)設計中對特定組件的集成設計要求，從而有效地實現(xiàn)組件設計的高度集成化。為了實現(xiàn)這一目的，應針對系統(tǒng)化的編程語言在組件設計中進行有效設計。

1.3對環(huán)境驅動的設計要求

和傳統(tǒng)計算機技術的設計要求不同，在對無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)進行設計時，由于無線傳感器常常被用在一些惡劣的環(huán)境中，因而其主要是應用無線傳感器對環(huán)境現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行采集和控制。針對無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)的特定設計要求，在對其進行設計時，應注意如下問題：1)無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)的驅動不是和人之間進行相互驅動，而是依據(jù)環(huán)境的因素來進行驅動，無線網(wǎng)絡傳感器在大多數(shù)情況下都是由具體的事件來作為其驅動的誘因，而且會依據(jù)環(huán)境的具體變化來做出具體的反應；2)事件的達到以及針對事件的數(shù)據(jù)處理過程是同時進行的，因而這就需要在對無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)進行設計時，找出一個恰當?shù)姆椒◤亩鴮崿F(xiàn)對這一并發(fā)控制的需求，而這種并發(fā)控制的設計，大多數(shù)情況下很容易使系統(tǒng)中存在數(shù)據(jù)競爭的漏洞。

1.4對系統(tǒng)可靠性的設計要求

一些無線網(wǎng)絡系統(tǒng)由于長時間的使用，會導致網(wǎng)絡傳感器的部分零件發(fā)生損壞，例如：一些針對環(huán)境進行監(jiān)測的無線網(wǎng)絡設備，在大多數(shù)情況下都是連續(xù)幾個月在無人的操作環(huán)境中進行數(shù)據(jù)的采集工作；因而，有效地避免無線網(wǎng)絡傳感器系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的錯誤，對數(shù)據(jù)采集工作來說就變得非常重要[3]。同時，由于環(huán)境的不斷變化，而且在大多數(shù)情況下是一些非常惡劣的環(huán)境，很容易導致傳感器的節(jié)點受到相應的干擾，從而使數(shù)據(jù)采集工作出現(xiàn)錯誤。面對這樣的工作環(huán)境，這就要求在對無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)進行設計時，應充分保證其系統(tǒng)的可靠性。

2無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1對組件實現(xiàn)功能化的設計

為了有效地實現(xiàn)系統(tǒng)功能的通用性，無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)通過組件功能化的方式實現(xiàn)了對這一需求的設計，其中功能化的組件設計主要是由硬件抽象組件、核心調動組件、基本應用組件和系統(tǒng)功能組件等相關的組件設計而成[4]。無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)框架示意圖如圖1所示。

圖1　無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)框架示意圖

硬件抽象化組件主要負責對無線網(wǎng)絡傳感器中的基本硬件設計進行驅動的組件設計，其中還包括對系統(tǒng)中最底層的傳感、通信、執(zhí)行以及電源等設計進行控制。硬件抽象化組件通過具體命令來實現(xiàn)對硬件設備的信息處理工作。硬件抽象化組件對上層的具體功能以及在底層中有關硬件的具體細節(jié)進行了有效地隔離，從而為操作系統(tǒng)實現(xiàn)功能化設計提供了必要的硬件設計接口，也給實現(xiàn)硬件的平臺設計提供了相應的獨立性。

系統(tǒng)化的功能組件還能有效地實現(xiàn)在操作系統(tǒng)中基本化功能的設計，其中具體包括對動態(tài)化的電源管理的DPM有關組件的設計和對動態(tài)化電壓調整中DVS有關組件的設計[5]。系統(tǒng)功能組件的設計有效地實現(xiàn)了為上層設計中的有關組件提供相應的操作系統(tǒng)化的具體服務類接口，同時也可以依據(jù)不同的組合和裁剪形式設計出具體的功能，從而有效地提高了系統(tǒng)化功能平臺設計的靈活性。

基本應用組件實現(xiàn)了對有關操作系統(tǒng)中接口的設計，其中包括傳感、通信以及執(zhí)行等功能化的組件的設計。在對傳感組件進行設計的過程中，針對傳感器的設備進行了有效地控制，同時又相應增加了對信息采集和處理的功能。

2.2自定義組件模型的設計

一個良好的組件模型是有效地實現(xiàn)無線網(wǎng)絡傳感操作系統(tǒng)實施組件化功能所需的良好基礎。在對無線網(wǎng)絡傳感器軟件進行設計的過程中，面向對象的有關設計是實現(xiàn)高質量軟件編程的最好方式之一[6]，因而在對無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)組件模型進行研究的過程中，就充分考慮到了這一設計的思想，設計并研究出了目前在設計過程中較為流行的面向對象的設計的組件模型以及相應的編程模式，而且通過對無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)中的相關編程語言支持之后，有效地實現(xiàn)了對AntC這一編譯過程。無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)結構示例如圖2所示。

圖2　無線網(wǎng)絡傳感器的γOS操作系統(tǒng)結構示例

從圖2可以看出，γOS操作系統(tǒng)組件的設計是在參考了Java/C++語言結構設計之后，并充分利用標簽來對內部函數(shù)以及公有函數(shù)進行區(qū)分的，還對“event”事件標簽進行了重新區(qū)分和定義，同時，γOS操作系統(tǒng)的組件模型設計還具有如下幾方面的特點。

1)通過對任務進行設計，可以有效地完成對有關組件功能的實現(xiàn)。γOS操作系統(tǒng)組件中的有關任何形式的靜態(tài)功能函數(shù)的設計都是一種對任務的設計，這也可以保證在γOS操作系統(tǒng)中實現(xiàn)多個任務同時進行的目的[7]。

2)γOS操作系統(tǒng)組件可以對外提供各種類型的接口設計，同時也可以使用外部接口和內部的接口。γOS操作系統(tǒng)組件還可以提供對組件接口進行描述的具體功能，同時γOS操作系統(tǒng)在對組件設計接口進行描述的過程中，能給使用者提供具體的功能，還能對那些完成任務需要的具體功能進行描述。

3)γOS操作系統(tǒng)中的組件在設計的過程中使用了雙向接口的設計，因而可以清楚地定義對系統(tǒng)中命令處理以及事件處理的有關概念。這樣，通過γOS操作系統(tǒng)中的1個接口能描述出2個不同組件之間具有的復雜關系。

4)在γOS操作系統(tǒng)中的各個組件之間，通過對有關接口進行靜態(tài)的連接的概念，可以有效地提高系統(tǒng)的設計以及運行的效率，并對程序的靜態(tài)分析具有一定的促進作用。

γOS操作系統(tǒng)是在組件設計的基礎之上建立起來的，基于γOS操作系統(tǒng)溫度傳感器的設計模型示意圖如圖3所示。1個組件可以包括4個相互關聯(lián)的部分：命令處理函數(shù)集、事件處理函數(shù)集、組件變量集以及任務集。采用這樣的方式進行設計，可以有效地劃分γOS操作系統(tǒng)中具有的層次性。

圖3　基于γOS操作系統(tǒng)溫度傳感器的設計模型示意圖

3結語

隨著計算機技術以及科學技術的不斷發(fā)展，無線網(wǎng)絡傳感技術以其自身特有的優(yōu)勢在工程設計、科學研究以及數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集的工作中取得了突破性的進展。本文基于γOS操作系統(tǒng)實現(xiàn)了無線網(wǎng)絡傳感技術的又一突破性的研究，對未來的無線網(wǎng)絡傳感技術的發(fā)展具有一定的參考價值。

參考文獻

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責任編輯鄭練

A Number of Key Software Technology Research and Implementation

based on the Support of the Wireless Sensor Network Gamma OS Operating System

ZHANG Jing

(Shaanxi Institute of International Trade, Xianyang, 712000, China)

Abstract：With the continuous development of computer technology, wireless sensor network in combination with the execution, sensing and communication has been widely used in all walks of life. Compared with the traditional communication equipment, wireless sensor network has the characteristic of easy carrying and low energy consumption, so it has been widely accepted. In combination with a number of the wireless sensor network software technology, research and realize some key software based on support wireless sensor gamma OS operating system.

Key words:wireless sensor network, gamma OS operating system, some key software technology

收稿日期：2015-01-13

作者簡介：張靜(1979-)，女，碩士研究生，主要從事計算機技術等方面的研究。

中圖分類號：TP 316；TP 212.9

文獻標志碼:A