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随着微机电技术和网络嵌入式系统技术的不断发展,随着信息系统与物理世界的不断融合,传感器网络系统的研究与应用越来越引起人们的关注。与传统的网络信息系统相比,传感器网络系统具有与众不同的鲜明特点。传统的网络信息系统技术难以完全满足传感器网络的特点和需要。因此,研究人员面临着新的研究课题和挑战。传感器网络嵌入式操作系统的设计实现是实施传感器网络系统的关键环节,也是该研究领域的一个核心问题。
本文介绍了传感器网络系统的特点,阐述了传统操作系统技术面向传感器网络系统需求所存在的缺陷,讨论了目前传感器网络嵌入式操作系统的研究进展和不足。基于这些分析,针对传感器网络嵌入式操作系统研究所面临的主要问题,本文提出了一种面向数据聚合的传感器网络嵌入式操作系统:SNOS系统(SensorNetworkOperatingSystem)。SNOS系统不是面向通用应用目标的操作系统,而是应用于传感器网络的嵌入式操作系统,以传感器数据聚合为核心,实现传感器网络的数据查询和信息服务。
本文论述了SNOS系统的设计目标,讨论了SNOS系统的总体结构,分析了SNOS系统的关键技术。为了支持由异构结点组成的传感器网络系统,SNOS系统采用了由硬件控制子层和硬件抽象子层组成的硬件驱动层设计;为了实现传感器网络中各种传感器数据的访问,实现网络结点的协同和数据聚合,SNOS系统设计了新型的系统资源结构和资源管理机制;为了支持动态传感器网络系统信息查询任务的实现,SNOS系统设计了动态任务运行环境。本文重点介绍了SNOS系统的系统资源和动态任务运行支持。SNOS系统以传感器、运算、聚合、消息作为系统资源的主体;围绕系统资源的创建、回收、访问控制建立系统资源管理机制;并且以任务调度控制为核心实现了动态任务运行支持环境。
本文还介绍了SNOS系统信息查询任务在GloMoSim上的模拟执行,针对特定的查询任务分析了网络结点的计算分布情况。为初步验证SNOS系统的设计和原型实现,以传感器网络硬件系统Snode为平台,进行了煤矿井下环境SNOS原型系统的初步应用测试,取得了比较理想的测试结果。
本文的研究工作不仅为传感器网络嵌入式操作系统的设计实现提供了有益的参考,也有助于推动网络化操作系统平台研究的进一步发展。