شبكة استشعار لاسلكية
نظام التشغيل وبيئة العمل

أنظمة التشغيل المدمجة
المهام التقليدية لنظام التشغيل هي التحكم وحماية الوصول إلى الموارد (بما في ذلك دعم المدخلات / المخرجات) وإدارة تخصيصها لمختلف المستخدمين وكذلك دعم التنفيذ المتزامن لعدة عمليات والاتصال بين هذه العمليات. غير أن هذه المهام مطلوبة جزئيا فقط في نظام مضمن مثل التنفيذ.الرمز هو أكثر تقييدا بكثير وعادة ما يكون أفضل بكثير من المواءمة في نظام للأغراض العامة.
أيضا، كما أظهرت وصف متحكم، هذه الأنظمة بشكل واضح لم يكن لديها الموارد اللازمة لدعم نظام التشغيل الكامل.
بدلا من ذلك، نظام التشغيل أو بيئة التنفيذ - ربما المصطلح الأكثر تواضعا هوالأكثر ملاءمة - بالنسبة إلى الشبكات الساتلية العالمية ينبغي أن تدعم الاحتياجات المحددة لهذه الأنظمة.
خاصه، فإن الحاجة إلى التنفيذ الموفرة للطاقة تتطلب دعما لإدارة الطاقة، على سبيل المثال، في شكل الإغلاق المراقب للمكونات الفردية أو ديناميكية التحجيم لجهد التقنيات. أيضا، ينبغي التعامل مع المكونات الخارجية - أجهزة الاستشعار، مودم الراديو، أو أجهزة توقيت بسهولة وكفاءة، على وجه الخصوص، المعلومات التي تصبح متاحة بشكل غير متزامن (في أي نقطة تعسفية في الوقت المناسب). كل هذا يتطلب نموذج البرمجة المناسبة، طريقة واضحة لهيكلة كومة البروتوكول، والدعم الصريح لإدارة الطاقة - دون أن تفرض عبئا ثقيلا على الشح موارد النظام مثل الذاكرة أو وقت التنفيذ. يتم التعامل مع هذه الموضوعات الثلاثة في ما يلي أقسام، مع دراسة حالة استكمال اعتبارات نظام التشغيل.
برمجة النماذج واجهات برمجة التطبيقات البرمجة المتزامنه
واحدة من الأسئلة الأولى لنموذج البرمجة هو كيفية دعم التزامن. هذا الدعم للتنفيذ المتزامن أمر بالغ الأهمية لعقد
شبكة الاستشعار اللاسلكية ، كما لديهم لمعالجة البيانات كومونينغ من مصادر تعسفية - على سبيل المثال، أجهزة استشعار متعددة أو جهاز الإرسال والاستقبال الراديوي - في نقاط تعسفية في زمن. على سبيل المثال، يمكن للنظام استطلاع جهاز استشعار لتحديد ما إذا كانت البيانات متاحة وعملية البيانات على الفور، ثم استطلاع جهاز الإرسال والاستقبال للتحقق ما إذا كانت حزمة متاحة، وبعد ذلك وعلى الفور معالجة الحزمة، وهلم جرا. سيتم تشغيل هذا النموذج المتسلسل البسيط حال فقدان البيانات أثناء معالجة حزمة أو فقدان حزمة عندما تكون معلومات الاستشعار.تمت معالجت هذا الخطرالكبير بشكل خاص إذا أخذت معالجة بيانات الاستشعار أو الحزم الواردة كميات كبيرة من الوقت، والتي يمكن أن تكون بسهولة الحال. وبالتالي، بسيطة، برمجة متتابعة نموذج غير كاف بشكل واضح
التزامن القائم على العملية
معظم أنظمة التشغيل الحديثة والأغراض العامة تدعم التنفيذ المتزامن (على ما يبدو موازيا)
من عمليات متعددة على وحدة المعالجة المركزية واحدة. وبالتالي، فإن مثل هذا النهج القائم على العملية سيكون أول مرشح لدعم التزامن في عقدة الاستشعار كذلك؛ في حين بل إن هذا النهج يعمل من حيث المبدأ، ويحدد نموذج التنفيذ هذا من العمليات المتزامنة إلى عقدة استشعار يظهر، مع ذلك، أن هناك بعض عدم التطابق تحبب وظائف بروتوكول الفردية أو طبقات مع العمليات الفردية تنطوي على ارتفاع النفقات العامة في التحول من عملية إلى أخرى. هذه المشكلة شديدة بشكل خاص إذا كان يجب أن تكون المهام في كثير من الأحيان المنفذة التي هي صغيرة فيما يتعلق النفقات العامة المتكبدة للتبديل بين المهام – التي هو الحال عادة في شبكات الاستشعار. أيضا، كل عملية تتطلب مساحة المكدس الخاصة بها في الذاكرة، الذي يناسب مريض مع قيود الذاكرة الصارمة من العقدالاستشعار.
البرمجة القائمة على الحدث
ولهذه الأسباب، يبدو أن نموذج البرمجة المختلف إلى حد ما أفضل. والفكرة هي احتضان الطبيعة التفاعلية لعقدة الشبكات الفضائية العالمية ودمجها في تصميم التشغيل النظام. النظام ينتظر أساسا لأي حدث أن يحدث، حيث حدث عادة يمكن أن يكون وتوافر البيانات من أجهزة الاستشعار، وصول حزمة، أو انتهاء الموقت. مثل هذا ثم يتم التعامل مع الحدث من خلال سلسلة قصيرة من التعليمات التي يخزن فقط حقيقة أن هذا الحدث قد حدث وتخزين المعلومات اللازمة - على سبيل المثال، بايت وصوله إلى حزمة أو قيمة المستشعر - في مكان ما. لا تتم المعالجة الفعلية لهذه المعلومات في هذه الحالة إجراءات المعالج، ولكن بشكل منفصل، فصل من المظهر الفعلي للأحداث. هذا الحدث القائم برمجة.
يمكن لمثل هذا المعالج الحدث يقطع معالجة أي رمز عادي، ولكن كما هو بسيط جدا وقصيرة، يمكن أن يكون مطلوبا لتشغيل إلى الانتهاء في جميع الظروف دون إزعاج ملحوظ رمز آخر. يتعذر على معالجات الأحداث مقاطعة بعضها البعض (لأن هذا بدوره يتطلب تعقيدا إجراءات معالجة المكدس) ولكن يتم تنفيذها ببساطة واحدا تلو الآخر. ونتيجة لذلك، يميز هذا النموذج البرمجة القائم على الحدث بين اثنين مختلفة «سياقات»: واحدة لمعالجات الحدث الحرجة الوقت، حيث لا يمكن انقطاع التنفيذ والسياق الثاني لمعالجة التعليمات البرمجية العادية، والتي يتم تشغيلها فقط من قبل معالجات الحدث. نموذج البرمجة القائم على الحدث يختلف قليلا عن ما يستخدمه معظم المبرمجين ويتطلب عادة بعض التعود على. هو في الواقع قابلة للمقارنة، على بعض المستويات، لوالتواصل، ومدد آلات الدولة محدودة، والتي تستخدم في بروكوريسمز تصميم البروتوكول كما وكذلك في بعض نماذج البرمجة المتوازية. فإنه يوفر مزايا كبيرة. لي وآخرون. مقارنة الأداء القائم على العملية ونموذج البرمجة القائم على الحدث (باستخدام تينيوس الموضحة أدناه) على نفس الجهاز وجدت أن الأداء تحسن من قبل أ عامل من 8، تم تخفيض متطلبات الذاكرة / تعليمات / البيانات بعوامل من 2 و 30، على التوالي، وانخفض استهلاك الطاقة بعامل قدره 12.
واجهات لنظام التشغيل
بالإضافة إلى نموذج البرمجة المنصوص عليه، إن لم يكن في الواقع فرض، من قبل التشغيل النظام، فمن الضروري أيضا لتحديد بعض واجهات لكيفية الدولة الداخلية للنظام يمكن أن يكون واستفسر وربما مجموعة. كما التمييز الواضح بين كومة البروتوكول وبرامج التطبيق تتلاشى إلى حد ما في الشبكات وس، ينبغي أن تكون هذه الواجهة قابلة للوصول من تطبيقات البروتوكول وينبغي أن تسمح هذه التطبيقات بالوصول إلى بعضها البعض. ترتبط هذه الواجهة أيضا ارتباطا وثيقا مع بنية مداخن البروتوكول التي نوقشت في القسم التالي. وتشمل واجهة برمجة التطبيقات هذه (أبي)، بشكل عام، «واجهة وظيفية، تجريدات الكائن، ودلالات السلوك التفصيلية». التجريدات هي وصلات لاسلكية، العقد، وما إلى ذلك وهلم جرا؛ وتشمل المهام الممكنة التحقيق الدولة والتلاعب، وإرسال ونقل والبيانات، والوصول إلى الأجهزة (أجهزة الاستشعار، والمشغلات، وأجهزة الإرسال والاستقبال)، ووضع السياسات، على سبيل المثال، مع فيما يتعلق بمقايضات الطاقة / الجودة. في حين أن مثل هذه واجهة برمجة التطبيقات العامة ستكون مفيدة للغاية، لا يوجد حاليا معيار واضح – أو حتى مناقشة متعمقة - الناشئة عن الأدب. بعض الخطوات الأولى في هذا الاتجاه هي أكثر المعنية بنية التشبيك ، وليس كثيرا مع الوصول إلى وظائف على أ عقدة واحدة. وحتى هذه التغييرات، سيستمر استخدام المعايير الفعلية ومن المرجح أن تخدم بشكل معقول. ويصف القسم 2-3-5 معيارا من هذا القبيل بحكم الأمر الواقع.
2.3.3 هيكل نظام التشغيل وكدس البروتوكول
النهج التقليدي للبنية بروتوكول الاتصالات هو استخدام طبقات: الفردية يتم تكديس البروتوكولات فوق بعضها البعض، كل طبقة فقط باستخدام وظائف الطبقة مباشرة
48 معمارية العقدة الواحدة أدناه. هذا النهج الطبقات له فوائد كبيرة في الحفاظ على كومة البروتوكول بأكمله يمكن التحكم فيها، في احتواء التعقيد، وفي تعزيز النمطية وإعادة الاستخدام. ولأغراض الشبكة الفضائية العالمية، ومع ذلك، ليس من الواضح ما إذا كان مثل هذا النهج الطبقات بدقة كافية.
وكمثال على ذلك، ينبغي النظر في استعمال المعلومات المتعلقة بقوة الإشارة المستلمة من شريك اتصال. يمكن استخدام هذه المعلومات الطبقة المادية للمساعدة في الربط الشبكي بروتوكولات لتقرير التغييرات في التوجيه (تصبح الإشارة أضعف إذا تحركت العقدة بعيدا ربما لم تعد تستخدم قفزة المقبل)، لحساب معلومات الموقع من خلال تقدير أو المسافة من قوة الإشارة، أو لمساعدة بروتوكولات طبقة الوصلة في القناة التكييفية أو الهجينة فيك / أرق. ومن ثم، يمكن استخدام مصدر وحيد للمعلومات لمصلحة الكثيرين والبروتوكولات الأخرى غير المرتبطة مباشرة بمصدر هذه المعلومات. هذا تبادل المعلومات عبر الطبقات هو مجرد وسيلة لتخفيف القيود الصارمة لل نهج الطبقات. كما أن الشبكات النسائية ليست هي السبب الوحيد وراء طلب هذه التحريات. حتى في سيناريوهات الشبكة التقليدية، واعتبارات الكفاءة، والحاجة إلى دعم الشبكات السلكية بروتوكولات في الأنظمة اللاسلكية (على سبيل المثال تكب عبر اللاسلكي)، والحاجة إلى ترحيل الوظائف إلى العمود الفقري على الرغم من وصفات الإنترنت من نهاية إلى نهاية نموذج، أو الرغبة في دعم وآليات التسليم بواسطة معلومات الطبقة المادية في الشبكات الخلوية جميعها خلقت ضغوطا كبيرة من أجل طريقة مرنة وقابلة للإدارة وفعالة للهيكلة والتنفيذ بروتوكولات الاتصال. هيل وكولر مناقشة بعض الأمثلة الأخرى التي عبر الطبقات والتحسين هو مفيد بشكل خاص في وسن.
عند الخروج من العمارة الطبقات، والاتجاه السائد هو استخدام نموذج مكون. يتم تقسيم طبقات كبيرة نسبيا، متجانسة تصل إلى الصغيرة، ومكونات "بذاتها"، "بناء" كتل "أو" وحدات "(تختلف المصطلحات). هذه المكونات فقط تلبية واحدة محددة جيدا على سبيل المثال، حساب فحص التكرار الدوري – والتفاعل مع بعضها البعض على واجهات واضحة. والفرق الرئيسي مقارنة مع بنية الطبقات هو أن هذه التفاعلات لا تقتصر على الجيران مباشرة في علاقة أعلى / أسفل، ولكن يمكن يكون مع أي عنصر آخر. هذا النموذج المكون ليس فقط يحل بعض المشاكل هيكلة لمداخن البروتوكول، فإنه كما يناسب بشكل طبيعي مع نهج القائم على الحدث لبرمجة العقد الاستشعار اللاسلكية. التفاف الأجهزة، أوليات الاتصالات، وظائف في الشبكة تجهيز جميع يمكن أن يكون مريح وتصميمها وتنفيذها كمكونات.
أحد الأمثلة الشائعة لنظام التشغيل الذي يتبع هذا النهج هو تينيوس بالتفصيل في وقت لاحق. ويستخدم مفهوم الأسلاك صريحة من المكونات للسماح تبادل الحدث لاتخاذ مكان بينهما. في حين أن هذا مفيد لأنواع «دفع» من التفاعلات (الأحداث أكثر أو أقل توزعا على الفور على عنصر الاستقبال)، فإنه لا يخدم حالات أخرى جيدة حيث لا بد من وجود نوع «سحب» لتبادل المعلومات. وبالنظر إلى حالة الإشارة المستقبلة معلومات القوة المذكورة أعلاه، قد لا تكون مهتمة تلقي عنصر تلقي كل هذه الأحداث؛ بدلا من ذلك، قد يكفي أن تكون على علم غير متزامن. حل جيد لهذا هو سبورة، استنادا إلى مبادئ النشر / الاشتراك، حيث يمكن إيداع المعلومات وتبادل مجهول، مما يسمح اقتران أكثر مرونة بين المكونات.
2.3.4 الطاقة الحيوية وإدارة الطاقة
تحويل المكونات الفردية إلى حالات النوم المختلفة أو تقليل أدائها عن طريق التحجيم وانخفاض التردد والجهد العرض واختيار التشكيل والترميز معينة كانت أمثلة بارزة نوقشت في القسم 2.2 لتحسين كفاءة الطاقة. للسيطرة على هذه الاحتمالات، يجب اتخاذ القرارات من قبل نظام التشغيل، من قبل كومة البروتوكول، أو يحتمل من قبل تطبيق عند التحول إلى واحدة من هذه الدول. إدارة الطاقة الديناميكية (دبم) جرا مستوى النظام هو المشكلة في هان
واحدة من العوامل المعقدة ل دبم هو الطاقة والوقت اللازم للانتقال من المكون بين أي ولايتين. إذا كانت هذه العوامل لا تذكر، فمن الواضح أنه سيكون الأمثل ل دائما وعلى الفور الذهاب إلى وضع مع أدنى استهلاك الطاقة ممكن. كما هو وليس هو الحال، مطلوب خوارزميات أكثر تقدما، مع الأخذ بعين الاعتبار هذه التكاليف، ومعدل وتحديث قرارات إدارة الطاقة، وتوزيع الاحتمالات الزمنية حتى الأحداث المستقبلية، وخصائص الخوارزميات المستخدمة. وفي الواقع، فإن هذا المجال واسع جدا ولا يمكن إلا لعدد قليل من الأمثلة يمكن مناقشتها هنا - للحصول على نظرة عامة.
سياسات احتمالية انتقال الدولة
سينها وتشاندراكاسان النظر في مشكلة السياسات التي تنظم الانتقال بين حالات النوم المختلفة. أنها تبدأ من خلال النظر في أجهزة الاستشعار موزعة بشكل عشوائي أكثر من منطقة ثابتة وتفترض أن الأحداث تصل مع بعض التوزيعات الزمنية (عملية بواسون) والتوزيعات المكانية. وهذا يسمح لهم بحساب الاحتمالات في الوقت المناسب للحدث التالي، بمجرد معالجة الحدث (حتى بالنسبة للأحداث المتحركة). يستخدمون هذا الاحتمال لتحديد وأعمق حالة النوم من العديد من تلك الممكنة التي لا تزال تلبي متطلبات عتبة المعادلة. وبالإضافة إلى ذلك، فإنها تأخذ في الاعتبار إمكانية الأحداث المفقودة عندما استشعار على هذا النحو يتم إيقاف أيضا في وضع السكون. هذا يمكن أن يكون مقبولا لبعض التطبيقات، وسينها وتشاندراكاسان إعطاء بعض القواعد الاحتمالية حول كيفية اتخاذ قرار ما إذا كان للذهاب إلى مثل هذا عميق وضع السكون.