论文关键词:无线传感器网络 mantisos 软件工程
论文摘要:无线传感器网络是当今信息领域新的研究方向，应用前景十分广阔。考虑无线传感器网络的应用相关性，总结无线传感器网络应用程序开发研究经验，引入软件工程思想，提出一个无线传感器网络应用开发过程模型，可以提高开发速度和开发质量;随后给出了一个在manti-sos下开发应用程序的技术模型，降低了使用mantisos的线程管理机制开发多任务应用程序可能出现的线程上下文切换开销。
0引言
无线传感器网络(wireless sensor network, wsn)就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络在军事、环境监测和预报、医疗、农业、采矿及智能家居、城市交通等领域的应用前景非常广阔，已经成为近年来信息网络的一个研究热点。
无线传感器网络操作系统实现对物理资源的抽象，并管理有限的内存、处理器等资源，是无线传感器网络领域的一个研究重点。目前，具有代表性的无线传感器网络操作系统有tinyos ,mantisos ,sos ,contiki ,eyesos等，其中，tinyos是实际上的传感器网络节点操作系统标准，tinyos和基于tinyos的应用基本上用nesc语言编写，把组件化、模块化的思想和基于事件驱动的执行模型结合起来，提高了应用开发的方便性和应用执行的可靠性。LOCalhOSTmantisos的内核和api用标准的c语言编写，对于应用程序开发人员来讲，不需要学习新的语言。但由于没有开发模型可供参考，给开发人员带来很大的不便。将无线传感器网络应用开发的特点和具体的开发环境结合起来，提出了一个基于mantisos的wsn应用开发模型，由一个融人软件工程思想的通用的开发过程模型和一个基于mantisos的单线程多任务技术模型组成。
1mantisos
美国科罗拉多大学开发的mantisos是一个以易用性和灵活性为目标的无线传感器操作系统，支持快速、灵活地搭建无线传感器网络原型系统。在易用性方面，mantisos以很小的内存需求实现了典型的分层操作系统结构(如图1所示)，支持多线程、抢占式调度和同步信号量、设备驱动的典型服务，并使用c语言作为整个内核及api的编程语言，从而获得良好的跨平台开发和代码重用支持，降低了原型开发的难度。mantisos的网络协议栈采用用户线程的形式，充分考虑了性能和灵活性的折中。目前，一个包含多线程可抢占调度器、标准vo同步支持以及网络协议栈的mantisos内核，对ram的需求不到soobyte(不包括线程栈)，对flash的需求约4kb。


2wsn应用程序开发模型
2. i开发平台及工具
wsn应用程序开发的硬件平台包括传感器节点，如mica2, mica2dot, nymph等，传感器板，编程板，pc机及串口连接线等。如图2所示。其中，传感器节点上集成了处理器和flash存储器，传感器板上集成了通用的传感技术，用于采集温度、光线等环境数据，编程板用来将应用程序导人节点，pc机通过串口连接线读取节点的数据，然后对节点数据进行分析。
wsn应用程序开发的软件平台是在unix/linux环境中下载mantisos工具包及mantisos系统源码进行解压安装，并设置相应的系统环境变量。应用程序代码编写工具可用记事本、文本编辑器等。

2. 2开发过程
依据软件工程的思想，结合无线传感器网络及嵌人式系统开发的特征，总结在开发无线传感器网络应用过程中的经验，形成了如图3所示的wsn应用程序开发过程，遵循这个过程，可以提高开发速度和提升开发质量。整个开发过程分为分析、设计、实现和测试四个阶段。

2. 2. 1分析阶段
整个开发过程始于分析阶段，这个阶段显示系统应该做什么。系统分析员定义需求，指出系统要实现的目标，wsn应用程序的系统分析阶段有三个步骤:定义应用环境、定义要求、定义系统需求。无线传感器网络是应用相关的，不同的应用背景对传感器网络的要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议必然会有很大差别，在开发传感器网络应用中，更关心传感器网络的差异川。因此，在分析阶段，要分析具体的应用背景及用户或用户代表对系统的期望，并给出明确的定义，在此基础上分析员要能够准确地定义系统的需求。只有让系统更贴近应用，才能做出最高效地目标系统。例如要开发一个防火监控系统，应对节点能耗、报警及安全等问题作出明确定义。
2. 2. 2设计阶段
设计阶段定义系统怎样完成在分析阶段所定义的需求。依据分析阶段定义的系统需求，设计选用适合目标系统的硬件平台、软件系统等。如在防火监控系统开发中，可以选用mica2节点和mantisos分别作为目标系统的传感器节点和软件平台。然后使用模块化原则，使用结构图将系统应用程序先划分为较小的部分，以便能够容易理解和处理。在模块划分的过程中，要尽量达到模块间的

[1] [2] 下一页