專利名稱：基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式操作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是一種基于優(yōu)先級(jí)調(diào) 度的傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式操作系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有多種操作系統(tǒng)中，使用最廣泛的是TinyOS，論文號(hào)DOI 10. 1007/3-540-27139-2_7，
公開日期2005年，TinyOS :An Operating System for Sensor Networks (微操作系統(tǒng)一種傳感器網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng))。是一個(gè)開源的輕量級(jí)嵌入式操作系 統(tǒng)，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)高度模塊化、基于組件的架構(gòu)方式、快速適用于各種應(yīng)用。TinyOS 內(nèi)部采用一個(gè)循環(huán)隊(duì)列來(lái)維護(hù)任務(wù)列表。TinyOS調(diào)度模型有以下特點(diǎn)(1)任務(wù)單線程運(yùn)行 到結(jié)束，只分配單個(gè)任務(wù)棧。( 沒(méi)有進(jìn)程管理概念，對(duì)任務(wù)按照最簡(jiǎn)單的先入先出進(jìn)行調(diào) 度(3)先入先出的任務(wù)調(diào)度策略是電源敏感的，當(dāng)任務(wù)隊(duì)列為空時(shí)，處理器會(huì)休眠(4)具有 基于事件的中斷調(diào)度策略。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，TinyOS因?yàn)椴痪邆淙蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)調(diào)度，可能出現(xiàn)以 下不足之處(1)過(guò)載，當(dāng)節(jié)點(diǎn)上待處理的任務(wù)超過(guò)節(jié)點(diǎn)處理能力時(shí)，發(fā)生過(guò)載，造成的原因有 節(jié)點(diǎn)密度過(guò)大，中斷事件發(fā)生頻率過(guò)高等( 任務(wù)丟失，造成的原因是本地任務(wù)發(fā)生頻率 過(guò)高或者任務(wù)較多( 有通信吞吐量下降，如某個(gè)任務(wù)造成阻塞或者異常，影響其他任務(wù) 執(zhí)行4)實(shí)時(shí)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌 入式操作系統(tǒng)，采用基于優(yōu)先級(jí)的多任務(wù)可搶占式調(diào)度策略作為內(nèi)核調(diào)度，為應(yīng)用程序提 供了優(yōu)先級(jí)調(diào)度的接口，在任務(wù)執(zhí)行壓入隊(duì)列之前，可以先給任務(wù)分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)(使用 posttask ())，從而系統(tǒng)按照任務(wù)被分配的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行， 然后將任務(wù)壓入隊(duì)列(post)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置接口模塊、任務(wù) 調(diào)度配置組件模塊和基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊，其中任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置接口模塊與應(yīng)用 程序相連接并傳輸任務(wù)優(yōu)先級(jí)信息，任務(wù)調(diào)度配置組件模塊與系統(tǒng)內(nèi)核相連接并傳輸任務(wù) 調(diào)度信息，基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊與任務(wù)調(diào)度配置組件模塊相連接并傳輸任務(wù)優(yōu)先級(jí) 調(diào)度信息。所述的任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置與分配模塊包括任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配單元和優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)定義 單元，其中優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)定義單元與優(yōu)先級(jí)分配單元相連接并傳輸優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)信息。所述的任務(wù)調(diào)度配置組件模塊內(nèi)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度配置文件，該任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度 配置文件與任務(wù)調(diào)度模塊以及任務(wù)優(yōu)先級(jí)借口設(shè)置模塊相連，將系統(tǒng)原有任務(wù)中的任務(wù)屬 性信息替換為帶優(yōu)先級(jí)屬性的任務(wù)屬性信息，將系統(tǒng)本身的任務(wù)調(diào)度模塊替換為基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊。所述的基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊包括隊(duì)列優(yōu)先級(jí)單元、多級(jí)優(yōu)先級(jí)循環(huán)隊(duì)列 單元、其中隊(duì)列優(yōu)先級(jí)單元與多級(jí)優(yōu)先級(jí)循環(huán)隊(duì)列相連接，提供每個(gè)隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)屬性信 息，多級(jí)優(yōu)先級(jí)循環(huán)隊(duì)列單元隊(duì)列與任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配模塊相連接，將不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)接 受并存放于按不同的優(yōu)先級(jí)排列的隊(duì)列中。隊(duì)列間按照優(yōu)先級(jí)屬性調(diào)度，而各個(gè)隊(duì)列中則 按照相同優(yōu)先級(jí)任務(wù)FIFO來(lái)調(diào)度。本系統(tǒng)與傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)度機(jī)制上也有著明顯的不同比如 TinyOS系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度機(jī)制為單任務(wù)隊(duì)列，先入先出執(zhí)行，遇到事件發(fā)生，產(chǎn)生中斷。而本文 中的任務(wù)調(diào)度機(jī)制為多級(jí)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列調(diào)度機(jī)制，根據(jù)任務(wù)分配的優(yōu)先級(jí)，任務(wù)被放置在不 同運(yùn)行優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中，單個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的任務(wù)仍然采取先入先出的運(yùn)行機(jī)制， 優(yōu)先級(jí)高的隊(duì)列中的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行，保證了任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)。防止系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)載現(xiàn) 象，降低了系統(tǒng)功耗。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例發(fā)包通信吞吐量對(duì)比示意圖。圖3為實(shí)施例收包通信吞吐量對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。應(yīng)用程序場(chǎng)景有二個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)包，一個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收取數(shù)據(jù)包 作為基站，發(fā)送\接受頻率為8HZ (125ms)，下面是發(fā)送\接受節(jié)點(diǎn)二種情況下的吞吐率，一 種情況下節(jié)點(diǎn)運(yùn)行在基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的系統(tǒng)之上，發(fā)包\收包作為高優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行，一 種情況下，本地任務(wù)與發(fā)包\收包任務(wù)相同優(yōu)先級(jí)。如圖1所示，本實(shí)施例包括任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置接口模塊、任務(wù)調(diào)度配置組件模塊和 基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊，其中任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置接口模塊與應(yīng)用程序相連接并傳輸任 務(wù)優(yōu)先級(jí)信息，任務(wù)調(diào)度配置組件模塊與系統(tǒng)內(nèi)核相連接并傳輸任務(wù)調(diào)度信息，基于優(yōu)先 級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊與任務(wù)調(diào)度配置組件模塊相連接并傳輸任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度信息。所述的任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置與分配模塊包括任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配單元和優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)定義 單元，其中優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)定義單元與優(yōu)先級(jí)分配單元相連接并傳輸優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)信息。本實(shí)施例中，優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)信息被定義為高、中、低三層結(jié)構(gòu)，優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)定義單元 與優(yōu)先級(jí)分配單元相連接并傳輸所定義的優(yōu)先級(jí)三層結(jié)構(gòu)信息，任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配單元將所 需的優(yōu)先級(jí)分配給相應(yīng)任務(wù)，發(fā)包\收包任務(wù)優(yōu)先級(jí)屬性為高，而系統(tǒng)中其他的任務(wù)優(yōu)先 級(jí)屬性設(shè)置為中或者低。所述的任務(wù)調(diào)度配置組件模塊內(nèi)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度配置文件，該任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度 配置文件與任務(wù)調(diào)度模塊以及任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置與分配模塊相連，將系統(tǒng)任務(wù)中原有的任務(wù) 屬性信息替換為帶有三層結(jié)構(gòu)優(yōu)先級(jí)屬性的任務(wù)屬性信息，將系統(tǒng)本身的FIFO任務(wù)調(diào)度模塊替換為基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊。從而構(gòu)成一個(gè)不同以往的全新系統(tǒng)。所述的基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊包括隊(duì)列優(yōu)先級(jí)單元、多級(jí)優(yōu)先級(jí)循環(huán)隊(duì)列 單元，其中隊(duì)列優(yōu)先級(jí)單元與多級(jí)優(yōu)先級(jí)循環(huán)隊(duì)列相連接，提供每個(gè)隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)屬性信 息，多級(jí)優(yōu)先級(jí)循環(huán)隊(duì)列單元隊(duì)列與任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配模塊相連接，將不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)接 受并存放于按不同的優(yōu)先級(jí)排列的隊(duì)列中。如收/發(fā)包任務(wù)存放于優(yōu)先級(jí)屬性為高的優(yōu)先 級(jí)循環(huán)隊(duì)列中，其他優(yōu)先級(jí)設(shè)置為中和低的任務(wù)分別存放于相應(yīng)優(yōu)先級(jí)屬性的優(yōu)先級(jí)循環(huán) 隊(duì)列中。隊(duì)列間按照優(yōu)先級(jí)屬性調(diào)度，而各個(gè)隊(duì)列中則按照相同優(yōu)先級(jí)任務(wù)FIFO來(lái)調(diào)度。如圖2、3所示，基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的系統(tǒng)能夠顯著的提高通信吞吐量。本系統(tǒng)與傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)度機(jī)制上有著明顯的優(yōu)勢(shì)。TinyOS系統(tǒng)任 務(wù)調(diào)度機(jī)制為單任務(wù)隊(duì)列，先入先出執(zhí)行，遇到事件發(fā)生，產(chǎn)生中斷。這樣就可能造成后生 成而重要性高的任務(wù)因?yàn)榈却枚貌坏綀?zhí)行，影響系統(tǒng)效率。本文中的基于優(yōu)先級(jí)的 調(diào)度系統(tǒng)，任務(wù)生成并壓入調(diào)度器之前，就根據(jù)任務(wù)重要性分配了任務(wù)優(yōu)先級(jí)，根據(jù)任務(wù)分 配的優(yōu)先級(jí)，任務(wù)被放置在不同運(yùn)行優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中，單個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的任務(wù)仍 然采取先入先出的運(yùn)行機(jī)制，優(yōu)先級(jí)高的隊(duì)列中的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行，保證了任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度 的實(shí)現(xiàn)。防止系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)載，任務(wù)之間循環(huán)等待導(dǎo)致死鎖等現(xiàn)象，間接地降低了系統(tǒng)功耗。
權(quán)利要求
1.一種基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式操作系統(tǒng)，其特征在于，包括任務(wù)優(yōu)先 級(jí)設(shè)置接口模塊、任務(wù)調(diào)度配置組件模塊和基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊，其中任務(wù)優(yōu)先級(jí) 設(shè)置接口模塊與應(yīng)用程序相連接并傳輸任務(wù)優(yōu)先級(jí)信息，任務(wù)調(diào)度配置組件模塊與系統(tǒng)內(nèi) 核相連接并傳輸任務(wù)調(diào)度信息，基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊與任務(wù)調(diào)度配置組件模塊相連 接并傳輸任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式操作系統(tǒng)，其特征是， 所述的任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置與分配模塊包括任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配單元和優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)定義單元，其 中優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)定義單元與優(yōu)先級(jí)分配單元相連接并傳輸優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式操作系統(tǒng)，其特征是， 所述的任務(wù)調(diào)度配置組件模塊內(nèi)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度配置文件，該任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度配置文件 與任務(wù)調(diào)度模塊以及任務(wù)優(yōu)先級(jí)借口設(shè)置模塊相連，將系統(tǒng)原有任務(wù)中的任務(wù)屬性信息替 換為帶優(yōu)先級(jí)屬性的任務(wù)屬性信息，將系統(tǒng)本身的任務(wù)調(diào)度模塊替換為基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的 任務(wù)調(diào)度模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式操作系統(tǒng)，其特征是， 所述的基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊包括隊(duì)列優(yōu)先級(jí)單元、多級(jí)優(yōu)先級(jí)循環(huán)隊(duì)列單元、其 中隊(duì)列優(yōu)先級(jí)單元與多級(jí)優(yōu)先級(jí)循環(huán)隊(duì)列相連接，提供每個(gè)隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)屬性信息，多級(jí) 優(yōu)先級(jí)循環(huán)隊(duì)列單元隊(duì)列與任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配模塊相連接，將不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)接受并存放 于按不同的優(yōu)先級(jí)排列的隊(duì)列中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式操作系統(tǒng)，其特征是， 所述的隊(duì)列間按照優(yōu)先級(jí)屬性調(diào)度，而各個(gè)隊(duì)列中則按照相同優(yōu)先級(jí)任務(wù)FIFO來(lái)調(diào)度。
全文摘要
一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式操作系統(tǒng)，包括任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置接口模塊、任務(wù)調(diào)度配置組件模塊和基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊，任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置接口模塊與應(yīng)用程序相連接并傳輸任務(wù)優(yōu)先級(jí)信息，任務(wù)調(diào)度配置組件模塊與系統(tǒng)內(nèi)核相連接并傳輸任務(wù)調(diào)度信息，基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度模塊與任務(wù)調(diào)度配置組件模塊相連接并傳輸任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度信息。本發(fā)明采用基于優(yōu)先級(jí)的多任務(wù)可搶占式調(diào)度策略作為內(nèi)核調(diào)度，為應(yīng)用程序提供了優(yōu)先級(jí)調(diào)度的接口，在任務(wù)執(zhí)行壓入隊(duì)列之前，可以先給任務(wù)分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，從而系統(tǒng)按照任務(wù)被分配的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行，然后將任務(wù)壓入隊(duì)列。
文檔編號(hào)G06F9/44GK102110022SQ20111006882
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者孔令和, 尋赟, 薛廣濤, 邱爽 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)