传感器网络操作系统并发任务处理

摘要

无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线网络连接形成的自组织网络。网络中的传感器节点具有计算、存储、感知和无线互联能力，能够实时地监测、感知和采集位于节点部署区域中观察者感兴趣的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，最终经过多跳通讯（Multi-hop）将观测信息传给观察者。
　　 由于无线传感器节点在处理能力、存储空间、通讯带宽和能源储备上都极为有限，传统的无线传感器网络节点操作系统一般采用事件驱动并发处理来处理多任务应用。
　　 然而，随着近年来各种应用对无线传感器网络安全性要求的提高，使得节点系统必须处理越来越多安全方面的任务。通常这些任务都需要较长执行时间和大量存储空间，但由于事件驱动并发处理不支持任务间抢占，这将造成系统中其他任务得不到及时处理，导致系统功能失常。
　　 针对上述问题，基于多优先级队列并发任务处理将系统中的任务按照重要程度和紧迫程度进行分类，分别赋予它们不同的队列优先级和时间因子。并在少量增加并发任务处理调度系统复杂度的基础上，引进了实时性调度算法的思想，使得重要任务能够抢占非重要任务优先执行，避免因非重要任务长时间占据处理器资源导致其他任务饿死，从而提高了系统的并发性。为实现不同重要程度任务间的抢占，基于多优先级队列并发任务处理还采用了多任务队列的堆栈管理方法，减少了因上下文切换造成内存开销。同时，基于多优先级队列并发任务处理还可在系统轻载时，按照任务时间因子的高低调度任务的执行，保证大部分紧迫任务在其截止期限内得到响应，极大的提高了无线传感器网络对实时性应用的支持。评测证明，基于多优先级队列并发任务处理可以在资源受限的条件下，合理调度任务的执行，提高系统的并发处理能力和实时响应能力。