13、无线传感器网络软件的开发与测试

无线传感器网络软件的开发与测试

1. 引言

电子元件的不断小型化和现代通信技术的进步，推动了高性能自发联网和移动系统的发展。无线微传感器网络在多个领域展现出了新的应用潜力，如森林火灾检测、战场监视或人体生理数据远程监测等。数百或数千个协作的传感器节点构成了微传感器网络，它们从观测区域收集传感器数据，进行本地处理或聚合，然后将数据传输到一个或多个基站。

传感器节点可以部署在危险或偏远的环境中，从而开辟新的应用领域。一个典型的传感器节点结合了计算、通信和感知的能力，通常由处理单元、通信模块（无线电接口）以及传感和执行设备组成。例如，在环境应用领域的堤坝泄漏检测场景中，每个沙袋都配备了湿度传感器，将传感器数据传输到堤坝旁的基站，以便及时检测泄漏并更有效地协调加固行动。

2. 预备知识

传感器节点的核心是低功耗微控制器，它控制着所有功能部件。为这种微控制器开发的软件一方面需要具备资源意识，另一方面要满足诸如延迟、数据融合或压缩处理时间、路由算法或介质访问控制（MAC）技术的灵活性等服务质量（QoS）方面的要求。

传统的微控制器软件开发通常涵盖硬件抽象层（HAL）、操作系统（OS）和协议以及应用层。然而，由于资源限制和低功耗要求，抽象层（如HAL或OS）常常被省略，软件往往局限于针对特定任务优化的单片软件块。这种方式虽然能在严格的资源约束下实现高性能嵌入式系统，但开发和编程工作繁琐，且应用程序通常不具备可移植性。

对于传感器节点，更倾向于使用特定应用的微控制器而非通用微处理器，因为它们体积小、能耗低。但传感器节点的要求超出了传统微控制器及其软件的主要特性，其任务具有动态性，可根据位置、能量水平或邻域等因素改变任务。此外，传感器