基于支持无线网络传感器的γOS操作系统若干关键软件技术的研究和实现

张　静

(陕西国际商贸学院，陕西 咸阳 712000)

基于支持无线网络传感器的γOS操作系统若干关键软件技术的研究和实现

张静

(陕西国际商贸学院，陕西 咸阳 712000)

摘要：随着计算机技术的不断发展，无线网络传感器在结合了执行、传感和通信等功能后，在各行各业得到了广泛应用。和传统的通信设备相比，无线网络传感器具有携带方便和耗能低等优良特性，因此受到了人们的普遍欢迎。在结合了无线网络传感器若干软件技术后，研究和实现了基于支持无线网络传感器的γOS操作系统若干关键软件技术的开发。

关键词：无线网络传感器；γOS操作系统；若干关键软件技术

计算机技术给人们的生活带来了巨大的变化。目前，无线网络传感器技术在各行各业中得到了广泛的应用，这种无线传感设备可以进入到人们无法进入的环境中进行工作，并可以实现自动操作[1]；同时无线网络传感设备还可以进行实时跟踪和监测，从而有效实现了以往不可能完成的目标。随着科学技术的不断进步，无线网络传感技术得到了快速的发展。

1无线网络传感器的γOS操作系统研究

1.1集成化与微型化设计要求

在操作系统硬件设计的过程中，大多数情况下提供的相关硬件设备都非常有限，因而在对无线网络传感器的γOS操作系统进行设计时，应有效地实现操作系统微型化，以满足现阶段对硬件设备的要求。微型化操作系统的硬件设计还应有效地实现对无线网络传感器相关硬件设备的具体要求，从而在硬件设备的物理层面上最大限度地实现物理控制的并行性分析。在对无线网络传感器的γOS操作系统进行设计的过程中，还应满足紧凑性的集成性设计目标，从而使无线网络传感器的γOS操作系统中的硬件和软件能够实现模块之间交叉性质的结合，并为传感、通信以及执行这3种事件之间的集成化设计提供相应的可能性[2]。

1.2对操作系统设计的通用化要求

现阶段，在对无线网络操作系统进行设计的过程中，由于受到设计资源的高度限制，无线网络传感器在设计的过程中难以实现对操作系统通用化的设计要求；因此，在对无线网络传感器的γOS操作系统进行设计时，应针对系统设计中对特定组件的集成设计要求，从而有效地实现组件设计的高度集成化。为了实现这一目的，应针对系统化的编程语言在组件设计中进行有效设计。

1.3对环境驱动的设计要求

和传统计算机技术的设计要求不同，在对无线网络传感器的γOS操作系统进行设计时，由于无线传感器常常被用在一些恶劣的环境中，因而其主要是应用无线传感器对环境现场的数据进行采集和控制。针对无线网络传感器的γOS操作系统的特定设计要求，在对其进行设计时，应注意如下问题：1)无线网络传感器的γOS操作系统的驱动不是和人之间进行相互驱动，而是依据环境的因素来进行驱动，无线网络传感器在大多数情况下都是由具体的事件来作为其驱动的诱因，而且会依据环境的具体变化来做出具体的反应；2)事件的达到以及针对事件的数据处理过程是同时进行的，因而这就需要在对无线网络传感器的γOS操作系统进行设计时，找出一个恰当的方法从而实现对这一并发控制的需求，而这种并发控制的设计，大多数情况下很容易使系统中存在数据竞争的漏洞。

1.4对系统可靠性的设计要求

一些无线网络系统由于长时间的使用，会导致网络传感器的部分零件发生损坏，例如：一些针对环境进行监测的无线网络设备，在大多数情况下都是连续几个月在无人的操作环境中进行数据的采集工作；因而，有效地避免无线网络传感器系统在运行过程中出现的错误，对数据采集工作来说就变得非常重要[3]。同时，由于环境的不断变化，而且在大多数情况下是一些非常恶劣的环境，很容易导致传感器的节点受到相应的干扰，从而使数据采集工作出现错误。面对这样的工作环境，这就要求在对无线网络传感器的γOS操作系统进行设计时，应充分保证其系统的可靠性。

2无线网络传感器的γOS操作系统的实现

2.1对组件实现功能化的设计

为了有效地实现系统功能的通用性，无线网络传感器的γOS操作系统通过组件功能化的方式实现了对这一需求的设计，其中功能化的组件设计主要是由硬件抽象组件、核心调动组件、基本应用组件和系统功能组件等相关的组件设计而成[4]。无线网络传感器的γOS操作系统框架示意图如图1所示。

图1　无线网络传感器的γOS操作系统框架示意图

硬件抽象化组件主要负责对无线网络传感器中的基本硬件设计进行驱动的组件设计，其中还包括对系统中最底层的传感、通信、执行以及电源等设计进行控制。硬件抽象化组件通过具体命令来实现对硬件设备的信息处理工作。硬件抽象化组件对上层的具体功能以及在底层中有关硬件的具体细节进行了有效地隔离，从而为操作系统实现功能化设计提供了必要的硬件设计接口，也给实现硬件的平台设计提供了相应的独立性。

系统化的功能组件还能有效地实现在操作系统中基本化功能的设计，其中具体包括对动态化的电源管理的DPM有关组件的设计和对动态化电压调整中DVS有关组件的设计[5]。系统功能组件的设计有效地实现了为上层设计中的有关组件提供相应的操作系统化的具体服务类接口，同时也可以依据不同的组合和裁剪形式设计出具体的功能，从而有效地提高了系统化功能平台设计的灵活性。

基本应用组件实现了对有关操作系统中接口的设计，其中包括传感、通信以及执行等功能化的组件的设计。在对传感组件进行设计的过程中，针对传感器的设备进行了有效地控制，同时又相应增加了对信息采集和处理的功能。

2.2自定义组件模型的设计

一个良好的组件模型是有效地实现无线网络传感操作系统实施组件化功能所需的良好基础。在对无线网络传感器软件进行设计的过程中，面向对象的有关设计是实现高质量软件编程的最好方式之一[6]，因而在对无线网络传感器的γOS操作系统组件模型进行研究的过程中，就充分考虑到了这一设计的思想，设计并研究出了目前在设计过程中较为流行的面向对象的设计的组件模型以及相应的编程模式，而且通过对无线网络传感器的γOS操作系统中的相关编程语言支持之后，有效地实现了对AntC这一编译过程。无线网络传感器的γOS操作系统结构示例如图2所示。

图2　无线网络传感器的γOS操作系统结构示例

从图2可以看出，γOS操作系统组件的设计是在参考了Java/C++语言结构设计之后，并充分利用标签来对内部函数以及公有函数进行区分的，还对“event”事件标签进行了重新区分和定义，同时，γOS操作系统的组件模型设计还具有如下几方面的特点。

1)通过对任务进行设计，可以有效地完成对有关组件功能的实现。γOS操作系统组件中的有关任何形式的静态功能函数的设计都是一种对任务的设计，这也可以保证在γOS操作系统中实现多个任务同时进行的目的[7]。

2)γOS操作系统组件可以对外提供各种类型的接口设计，同时也可以使用外部接口和内部的接口。γOS操作系统组件还可以提供对组件接口进行描述的具体功能，同时γOS操作系统在对组件设计接口进行描述的过程中，能给使用者提供具体的功能，还能对那些完成任务需要的具体功能进行描述。

3)γOS操作系统中的组件在设计的过程中使用了双向接口的设计，因而可以清楚地定义对系统中命令处理以及事件处理的有关概念。这样，通过γOS操作系统中的1个接口能描述出2个不同组件之间具有的复杂关系。

4)在γOS操作系统中的各个组件之间，通过对有关接口进行静态的连接的概念，可以有效地提高系统的设计以及运行的效率，并对程序的静态分析具有一定的促进作用。

γOS操作系统是在组件设计的基础之上建立起来的，基于γOS操作系统温度传感器的设计模型示意图如图3所示。1个组件可以包括4个相互关联的部分：命令处理函数集、事件处理函数集、组件变量集以及任务集。采用这样的方式进行设计，可以有效地划分γOS操作系统中具有的层次性。

图3　基于γOS操作系统温度传感器的设计模型示意图

3结语

随着计算机技术以及科学技术的不断发展，无线网络传感技术以其自身特有的优势在工程设计、科学研究以及数据监测和采集的工作中取得了突破性的进展。本文基于γOS操作系统实现了无线网络传感技术的又一突破性的研究，对未来的无线网络传感技术的发展具有一定的参考价值。

参考文献

[1] Puschner P, Burns A. A review of worst-case execution-time analysis[J]. Real-Time Systems, 2000, 18(2/3): 115-128.

[2] Ghosh S, Melhem R, Mossé D, et al. Fault-tolerant rate-monotonic scheduling[J]. Real-Time Systems, 1998, 15(2): 149-181.

[3] Chen M, Lin K. Dynamic priority ceilings: A concurrency control protocol for real-time systems[J]. Real-Time Systems, 1990, 2(4): 325-346.

[4] Ghazalie T M, Baker T P. Aperiodic servers in a deadline scheduling environment[J]. Real-Time Systems, 1995, 9(1): 31-67.

[5] 汪淑丽.基于支持向量机的无线传感器网络的入侵检测系统[J].传感器与微系统,2012(7)：73-76.

[6] 赵炜,唐振民,纪淑标,等.基于网络编码的传感网多径路由模型分析[J].计算机工程与设计,2012(3)：875-879.

[7] Banimelhem O, Khasawneh S. GMCAR: Grid-based multipath with congestion avoidance routing protocol in wireless sensor networks[J]. Ad Hoc Networks, 2012, 10(7):1346-1361.

责任编辑郑练

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

作者简介：张静(1979-)，女，硕士研究生，主要从事计算机技术等方面的研究。

中图分类号：TP 316；TP 212.9

文献标志码:A