第15章 无线传感器网络的软件开发
无线传感器网络的设计和实现
无线传感器网络的设计和实现近年来，随着物联网技术的不断发展，无线传感器网络也越来越受到人们的关注。
无线传感器网络是由多个节点组成的，每个节点通过传感器采集周围环境的参数，并通过无线协议将这些参数传输到其他节点或者基站，从而实现网络通信和数据采集。
本文将探讨无线传感器网络的设计和实现。
一、无线传感器网络的系统架构无线传感器网络的系统架构主要包括节点、中间件和应用程序三部分。
节点是无线传感器网络的基本组成单元，每个节点由传感器、存储器、处理器、无线收发器等组件构成。
中间件是无线传感器网络的管理平台，主要负责网络拓扑管理、节点部署和配置、网络监测和控制等工作。
应用程序则是无线传感器网络最终服务的实现，可以是数据采集、环境监测、智能控制等。
二、无线传感器网络的通信协议无线传感器网络的通信协议必须满足网络低能耗、低成本、小规模、低速率等特点。
目前，常用的无线传感器网络通信协议主要有以下几种。
1、ZigBee协议ZigBee是一种低功耗、低数据速率无线通信协议，最初被设计用于自组织和自适应无线网络。
它主要用于简单的、低功耗的自组织网络，例如家庭自动化系统或者智能楼宇控制。
2、Bluetooth协议Bluetooth是一种短距离的无线通信协议，通常用于设备间的数据传输。
它支持低功耗模式，可以用于确保无线传感器网络中的节点低功耗运行。
3、WiFi协议WiFi协议支持高速数据传输，适用于数据密集场景。
它可以用于需要大规模数据传输和网络覆盖范围较大的无线传感器网络。
三、无线传感器网络的系统优化为了优化无线传感器网络的系统性能，需要从多个方面进行优化。
1、节点能耗优化节点能耗优化是无线传感器网络中最重要的系统优化措施。
通过优化节点工作控制策略，尽量减少节点工作时间和能量消耗，可以提高节点的工作寿命，并降低节点维护成本。
2、网络拓扑优化网络拓扑优化是无线传感器网络中另一个重要的系统优化措施。
通过优化网络节点的部署和位置，可以减少节点之间的通信距离和网络拥堵程度，提高网络的传输效率和稳定性。
无线传感器网络的设计方案
无线传感器网络的设计方案无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由多个分布式、自组织的传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的物理或化学参数。
在各种应用领域，例如环境监测、智能交通、无人机控制等，无线传感器网络都发挥着重要的作用。
为了确保无线传感器网络的高效运行和可靠性，设计一个合理的网络架构和通信方案至关重要。
本文将介绍一个设计方案，以实现一个具有高性能和可靠性的无线传感器网络。
一、网络拓扑结构设计为了达到高效的通信和资源利用，无线传感器网络通常采用多层、分布式的拓扑结构。
其中，典型的拓扑结构包括星型、网状和集簇等。
在设计网络拓扑结构时，需要考虑以下几个因素：1. 覆盖范围：根据应用需求和监测区域大小，选择合适的网络拓扑结构。
对于大范围的监测区域，可以采用星型或网状结构；而对于局部区域监测，可以采用集簇结构。
2. 能量消耗：无线传感器节点通常由电池供电，因此在设计网络拓扑结构时，需要考虑节点能量消耗的均衡。
合理选择节点的位置，减少能量消耗不均衡现象，延长整个网络的寿命。
3. 通信效率：网络拓扑结构的设计应该确保节点之间的距离尽量接近，以提高通信效率。
同时，避免冗余的节点连接，减少通信负载。
二、节点通信协议设计在无线传感器网络中，节点之间的通信是通过协议来实现的。
设计一个高效的通信协议可以提高网络的可靠性和传输效率。
以下是设计节点通信协议时需要考虑的几个因素：1. 数据传输方式：根据应用需求和传输特性，选择合适的数据传输方式。
例如，可以采用直接传输方式、多跳传输方式或基于路由的传输方式。
2. 路由选择算法：根据网络拓扑结构和节点分布情况，设计合适的路由选择算法。
例如，可以采用最短路径算法、最小代价算法或基于能量消耗的路由算法。
3. 数据压缩和聚合：为了减少能量消耗和网络带宽占用，可以设计数据压缩和聚合技术。
将相似的数据进行压缩和聚合，减少无用数据的传输。
无线传感器网络技术的操作教程
无线传感器网络技术的操作教程无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由大量互联的无线传感器节点组成的网络，用于实时监测和收集环境中的各种信息。
WSN的应用涵盖了智能家居、农业、环境监测以及工业自动化等领域。
本文将为读者介绍无线传感器网络技术的操作教程，包括无线传感器节点的选择与安装、网络拓扑结构的规划、传感器数据的采集与传输、以及网络性能的优化。
一、无线传感器节点的选择与安装在构建无线传感器网络之前，首先需要选择合适的无线传感器节点。
选择节点时应考虑节点的功耗、传输距离、传感器类型以及网络协议等因素。
常见的无线传感器节点有ZigBee、LoRa以及Wi-Fi等。
安装无线传感器节点时需要注意选择合适的位置，以确保节点能够正常工作且能够达到预期的监测效果。
节点的安装高度、安装角度以及通信距离都会对节点的信号接收和传输产生影响。
二、网络拓扑结构的规划网络拓扑结构对于无线传感器网络的表现起着重要作用。
常见的无线传感器网络拓扑结构包括星型、树状和网状结构。
星型结构是最简单的无线传感器网络拓扑结构，所有节点都直接连接到中心节点。
树状结构是一种层次化的结构，各级节点通过父-子关系连接，数据从叶子节点上传输到根节点。
网状结构是一种多对多的结构，节点之间可以直接通信。
选择适当的拓扑结构要根据具体的应用需求和环境条件来确定。
根据节点之间的距离、节点数量以及数据传输需求等因素，选择合适的网络拓扑结构可以提高无线传感器网络的性能和可靠性。
三、传感器数据的采集与传输无线传感器网络通过节点采集环境中的各种信息并将数据传输到目标设备。
传感器数据的采集包括温度、湿度、压力、光照等多种参数。
采集传感器数据时需要注意传感器节点的采样频率和数据精度的选择。
过高的采样频率会增加功耗，而过低的采样频率会导致数据丢失。
同时，还需要考虑数据的压缩和编码算法，以减少数据传输的开销。
数据传输可以通过无线通信方式实现，如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
《无线传感器网络设计与应用》课程标准
《无线传感器网络设计与应用》课程标准课程名称：无线传感器网络设计与应用总学时：60学分：4开课单位：电气信息工程学院课程类别：专业拓展课授课方式：教、学、做一体化适用专业：电子信息工程技术专业、应用电子技术专业一、课程性质《无线传感器网络设计与应用》是电子信息工程技术专业、应用电子技术专业的一门专业拓展课。
二、课程设计思路《无线传感器网络设计与应用》课程采用“基础理论——项目化实践”的组织结构组织课程教学内容。
首先，通过基本理论的教学，使同学们了解无线传感器网络的发展历程、特征、关键技术以及应用方向。
其次，通过师生共同完成一系列完整项目的形式开展教学活动。
教师边示范，边讲解，边指导，学生边学、边做、边实践。
实现在“教中学”，在“学中做”，在“做中学”，教、学、做合一。
使学生在项目实施过程中收获知识，提高技能，掌握方法，感受实际工作过程。
三、课程基本目标本课程培养目标分为方法能力、专业能力和社会能力：1、方法能力（1）掌握搜集、整理、应用“无线传感器网络”相关学习资源的方法；（2）掌握无线传感器网络应用系统功能需求分析、系统设计、软硬件联合调试的方法；2、专业能力（1）了解无线传感器网络体系结构、路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位技术、时间同步、安全技术、协议标准；（2）掌握IAR Embedded Workbench软件的使用；（3）掌握以TI CC2530 SoC芯片为CPU的应用系统硬件电路设计；（4）掌握TI CC2530 SoC芯片祼机软件开发；（5）掌握基于CC2530硬件平台和IAR软件平台的Zigbee Zstack协议栈应用开发。
3、社会能力（1）具有良好的职业道德和社会责任感、工作责任心，能主动参与到工作中；（2）具有团队协作精神，能主动与人合作、交流和协商；（3）具有群体意识和劳动组织能力。
（4）具有诚实守信的品质，树立环保、节能和安全意识。
四、先修课程《无线传感器网络设计与应用》课程的先修课程有《程序设计基础》、《传感器的选择与应用》、《单片机应用设计与制作》。
使用LabVIEW进行无线传感器网络开发
使用LabVIEW进行无线传感器网络开发无线传感器网络（WSN）是一种由多个分布式传感器节点组成的网络系统，利用无线通信技术实现数据的采集、传输和处理。
LabVIEW 是一款强大的集成开发环境（IDE），可用于构建和管理WSN系统。
本文将介绍如何使用LabVIEW进行无线传感器网络开发，并探讨其在各个方面的应用。
一、LabVIEW简介LabVIEW是由美国国家仪器公司（NI）开发的一款图形化编程语言。
其独特的数据流图形编程环境使得传感器网络的开发更加直观和易于理解。
LabVIEW不仅支持多种硬件平台和操作系统，还提供了大量的工具包和开发模块，以满足各种应用需求。
二、无线传感器网络开发的基本步骤1. 硬件准备在进行无线传感器网络开发之前，需要准备合适的硬件设备。
这包括传感器节点、无线模块、基站等。
LabVIEW支持与各种传感器和硬件设备对接，因此可以根据具体需求选择合适的硬件。
2. 网络拓扑规划在搭建无线传感器网络之前，需要对网络拓扑进行规划。
这包括确定传感器节点的布局、节点之间的通信方式、网络拓扑结构等。
LabVIEW提供了强大的拓扑规划工具，可以帮助开发人员优化网络性能。
3. 程序设计使用LabVIEW进行无线传感器网络开发需要进行程序设计。
LabVIEW采用数据流图形编程的方式，通过拖拽和连接可视化的函数块来搭建程序结构。
开发人员可以根据需求设计传感器数据采集、传输和处理的流程。
4. 程序调试与优化在完成程序设计后，需要进行调试和优化。
LabVIEW提供了丰富的调试工具和分析功能，可以帮助开发人员检测和修复程序中的错误，并提高程序的性能和稳定性。
5. 程序部署与运行完成程序调试后，可以将LabVIEW程序部署到相应的硬件平台上，并进行实际运行测试。
LabVIEW支持与各种硬件设备的对接，可以方便地与传感器节点、基站等进行通信，并实时监测和控制网络状态。
三、LabVIEW在无线传感器网络开发中的应用案例1. 环境监测无线传感器网络在环境监测领域有广泛的应用。
无线传感器网络的设计及应用
无线传感器网络的设计及应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是指由大量的互联小型节点构成的分布式自组织网络，这些节点通过无线信道相互通信，收集、处理、传输、储存各种信息，从而搭建起一个具有智能感知和数据融合能力的网络系统。
WSN可以实现对周围环境的实时监测、控制和调节，被广泛应用于环境监测、智能交通、仓库管理、生产控制、健康医疗等领域。
本文将从WSN的基本框架、节点构造、通信技术、能源管理、安全机制、应用场景等方面进行探讨。
一、WSN的基本框架WSN的基本组成部分包括：传感器节点、基站、协议栈和应用程序。
传感器节点是WSN的核心，它包括感应元件、处理器、无线模块、存储器和电源等组件，能够实时采集感知信号、处理数据、通信传输和控制决策。
基站是WSN的中心控制器，它负责收集各个节点的数据、协调节点之间的通信、处理数据、与外部网络进行交互等。
协议栈是WSN实现各种功能的基础软件，它包括网络层、传输层、应用层等多个协议，用于提供节点间通信的协议规则、数据传输的可靠性和效率保证、应用数据的传输和处理等功能。
应用程序是WSN针对特定应用领域开发的功能模块，它能够利用WSN提供的数据资源，实现数据分析、决策和控制。
二、WSN节点构造WSN节点一般由感应元件、微控制器、无线模块、电源等组成。
感应元件主要用于采集周围环境的各种参数，包括温度、湿度、压力、光照、声音等，不同应用领域需要的感应元件类型不同。
微控制器是节点的核心处理器，负责处理数据、协调节点之间的通信、控制节点的运行等。
无线模块是节点与其他节点或基站之间进行通信的重要组成部分，它需要支持一定的通信协议、信道类型和传输速率等。
电源是节点的能源来源，由于节点需要长时间进行自主运行，因此电源的设计对其寿命和可靠性具有重要影响。
三、WSN的通信技术WSN节点之间的通信是通过无线信道进行的，其通信技术主要包括：传输介质、调制解调、频率选择和协议等。
无线传感器网络课程设计
无线传感器网络课程设计一、课程设计简介无线传感器网络是由多个节点组成的自组织网络，节点之间通过无线信号相互通信，用于监测和控制目标区域内的环境变量。
本课程设计旨在通过设计基于无线传感器网络的温度监测系统，让学生掌握无线传感器网络系统的基本原理和应用开发技能。
二、课程设计目标本课程设计旨在通过以下目标让学生掌握无线传感器网络的基本原理和应用开发技能：•理解无线传感器网络系统的组成结构和通信原理；•学习使用无线传感器网络开发工具和开发环境；•掌握无线传感器网络的应用开发技能；•实现基于无线传感器网络的温度监测系统。
三、课程设计内容3.1 硬件配置本课程设计采用Nordic nRF52840开发板和温度传感器作为无线传感器网络系统的硬件配置。
其中，nRF52840开发板支持蓝牙、Zigbee和Thread等无线通信协议，且集成了低功耗蓝牙（BLE）和ANT无线技术，具有较低的功耗和较高的稳定性。
3.2 软件设计本课程设计采用nRF5 SDK和Keil uVision 5软件进行软件开发。
其中，nRF5 SDK是Nordic公司提供的用于开发nRF系列芯片的软件开发包，包括了驱动程序、协议栈、示例代码等，可大大加快开发进程。
Keil uVision 5则是一款嵌入式系统开发工具，集成了编译器、调试器等开发工具，可为无线传感器网络的开发和调试提供方便。
3.3 程序设计本课程设计主要分为三个模块：传感器节点、中继节点和APP客户端。
其中，传感器节点用于采集温度数据并通过无线传感器网络传输到中继节点；中继节点用于接收传感器节点的数据并将其转发给APP客户端；APP客户端用于接收并显示温度数据。
3.3.1 传感器节点程序设计传感器节点程序设计主要包括以下内容：1.初始化温度传感器；2.等待触发采样（可通过定时器定时采样或按键触发采样）；3.读取温度数据，并通过无线传感器网络将其发送给中继节点。
3.3.2 中继节点程序设计中继节点程序设计主要包括以下内容：1.初始化无线传感器网络；2.接收传感器节点的数据；3.将传感器节点的数据转发给APP客户端。
无线传感器网络技术
无线传感器网络技术无线传感器网络技术（Wireless Sensor Network, WSN）是一种具有众多传感器节点的分布式网络系统，通过无线通信实现节点之间的信息传递和数据共享。
该技术在物联网、环境监测、农业、智能交通等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍无线传感器网络技术的基本原理、应用场景以及发展趋势。
一、无线传感器网络技术的基本原理无线传感器网络技术是将传感器节点分布在一定的区域内，通过无线通信实现节点之间的数据传输和协同工作。
该技术包括传感器节点和基站两个主要组成部分。
1. 传感器节点传感器节点是无线传感器网络的基本单位，它包括多个传感器、处理器、存储器和通信设备等组件。
传感器负责采集环境参数，如温度、湿度、光照等，并将采集到的数据进行处理和存储。
传感器节点之间通过无线通信实现数据的传递和共享。
2. 基站基站是无线传感器网络中的中心节点，负责与传感器节点进行通信，并接收、处理和存储传感器节点采集到的数据。
基站通常由一台计算机或单片机实现，通过无线通信进行数据传输。
基站可配备有相应的软件和硬件设备，用于数据处理、存储和分析。
二、无线传感器网络技术的应用场景无线传感器网络技术具有广泛的应用场景，以下列举了几个典型的应用领域。
1. 环境监测无线传感器网络技术在环境监测领域得到广泛应用。
通过部署大量的传感器节点，可以实时监测空气质量、水质、土壤湿度等环境参数，帮助环境监测部门及时掌握环境状况，采取相应措施。
2. 农业在农业领域，无线传感器网络技术可用于智能农业监测。
通过监测土壤湿度、温度、光照以及农作物生长情况等参数，农民可以根据数据分析调整灌溉、施肥等措施，提高农作物产量和质量。
3. 智能交通无线传感器网络技术在智能交通领域也有重要应用。
通过在道路上部署传感器节点，可以实时监测交通流量、道路状况和车辆速度等信息，并将这些数据传输到交通管理中心，帮助决策者制定合理的交通管理策略。
4. 物联网无线传感器网络是物联网的重要组成部分。
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主要开发环境
TinyOS是当前无线传感器网络开发所使用的主流操作系统，在 TinyOS上编写程序使用的主要是nesC语言。 nesC是C语言的扩展，精通C语言的程序员可比较快地掌握这种语言。 与C语言的存储格式不同，用nesC语言编写的文件以“．nc”为后缀， 每个nc文件实现一个组件功能（组件化/模块化）。在nesC程序中，主要 定义两种功能不同的组件——模块（Module）和配件（Configuration）。 模块主要用于描述组件的接口函数功能以及具体的实现过程，每个模块 的具体执行都由4个相关部分组成：命令函数、事件函数、数据帧和一组 执行线程。 配件主要描述组件不同接口的关系，完成各个组件接口之间的相互连接 和调用
nesC语言结构
模块和配件的定义格式如下：
nesC应用程序的分析
Blink程序是一个简单的nesC应用程序。它的主要功能是每隔1 s的间隔亮一次， 关闭系统时红灯亮。其程序主要包括3个子文件Blink.nc、BlinkM.nc和 SingleTimer.nc。 1．Blink.nc文件 Blink.nc文件为整个程序的顶层配件文件，关键字为configuration，通过“->” 连接各个对应的接口。文件关键代码如下。 2．BlinkM.nc文件 BlinkM.nc为模块文件，关键字为module、command，通过其调用StdControl接 口中的3个命令“init”、“start”、“stop”连接接口实现Blink程序的具体功 能 3．SingleTimer.nc文件 SingleTimer.nc为一个配件文件，主要通过TimerC和StdControl组件接口实现与 其他组件之间的调用关系，配件文件还定义了一个唯一时间参数化的接口Timer。
nesC程序的仿真
2．执行步骤 ①打开生成的cygwin图标（Linux建立在Windows下的软件平台）， 在光标下进入仿真环境路径（安装在D盘下）。 cygdrive/d/tinyos/cygwin/opt/…/tinyos/sim— 寻找软件仿真路 径 ②输入make，之后将生成一个执行脚本文件Tinyviz.jar。 ③进入应用程序路径，在相同的路径下进入blink目录下。 ④输入“make pc-”，在PC上对Blink程序进行编译、仿真，若有相 关硬件，则输入硬件名称，如make micaz，在blink文件下会生成一 个pc文件夹，里面包含了在PC上blink主程序main.exe。 ⑤打开blink/pc路径，输入“tinyviz-run main.exe20”（20为传感器 节点的仿真个数）。 利用可视化Tinyviz将调用接口使Blink程序执行的仿真结果通过图形显 示出来。
4．应用业务适配层
应用业务适配层对各种应用业务进行封装，解决基础软件层的变化和接 口的不一致性问题。
软件开发的内容
3．网络应用
描述整个网络应用的任务和所需要的服务，为用户提供操作界 面来管理网络评估运行效果。网络应用层次的框架组件结构如图15.3 所示。
无线传感器网络软件开发的主要技术挑战
尽管无线传感器网络的软件开发研究取得了很大的进展，但还是有一些问题 尚未得到完全解决，总地来说，还面临着以下挑战。 1．安全问题 无线传感器网络因其分布式的部署方式很容易受到恶意侵入和拒绝服务之类的攻 击，因此在软件开发中要考虑到安全的因素，需要将安全集成在软件设计的初级 阶段，以实现机密性、完整性、及时性和可用性。 2．可控的QoS操作 应用任务在网络中的执行需要一定的QoS保证，用户通常需要调整或设置这些QoS 要求。如何将QoS要求通过软件的方式抽象出来，为用户提供可控的QoS操作接口， 是无线传感器网络软件开发所面临的又一技术挑战。 3．中间件系统 中间件封装了协议处理、内存管理、数据流管理等复杂的底层操作，用来协调网 络内部服务，配置和管理整个网络。设计具有可扩展、通用性强和自适应特点的 中间件系统也是无线传感器网络软件开发所面临的技术挑战之一。
无线传感器网络中间件设计
典型的无线传感器网络中间件软件体系结构
典型的无线传感器网络中间件软件体系结构
1．网络适配层 在该层中，网络适配器实现对网络底层（无线传感器网络基础设施、操 作系统）的封装。 2．基础软件层 基础软件层包含各种无线传感器网络中间件组件，具备灵活性、模块性 和可移植性。包括 网络中间件组件：完成无线传感器网络接入、网络生成、网络自愈合、 网络连通性服务等； 配置中间件组件：完成无线传感器网络的各种配置工作，如路由配置， 拓扑结构调整等； 功能中间件组件：完成无线传感器网络各种应用业务的共性功能，提供 功能框架接口； 管理中间件组件：完成网络应用业务实现各种管理功能，如资源管理、 能量管理、生命期管理； 安全中间件组件：完成应用业务实现各种安全功能，如安全管理、安全 监控、安全审计。
无线传感器网络中间件设计
围绕无线传感器网络在信息交互、任务分解、节点 协同、数据处理和异构抽象等方面的设计目标，目前提 出了众多不同的无线传感器网络中间件设计方法。主要 可分为以下几类：
（1）基于虚拟机的无线传感器网络中间件。
（2）基于数据库的无线传感器网络中间件。 （3）基于应用驱动的无线传感器网络中间件。 （4）面向消息的无线传感器网络中间件。 （5）基于移动代理的无线传感器网络中间件。
nesC程序的仿真
无线传感器网络中间件设计
中间件是介于操作系统（包括底层通信协议）和各 种分布式应用程序之间的一个软件层，其主要作用是建 立分布式软件模块之间互操作的机制，屏蔽底层分布式 环境的复杂性和异构性，为处于上层的应用软件提供运 行与开发环境。
无线传感器网络中间件设计
无线传感器网络的中间件软件设计必须遵循以下的原则： （1）由于节点能量、计算、存储能力及通信带宽有限，因此无 线传感器网络中间件必须是轻量级的，且能够在性能和资源消耗 间取得平衡。 （2）传感网环境较为复杂，因此中间件软件还应提供较好的容 错机制、自适应机制和自维护机制。 （3）中间件软件的下层支撑是各种不同类型的硬件节点和操作 系统（如TinyOS、MANTIS OS、SOS等），因此，其本身必须能 够屏蔽网络底层的异构性。 （4）中间件软件的上层是各种应用，因此，它还需要为各类上 层应用提供统一的、可扩展的接口，以线传感器网络因其资源受限、动态性强、以数据为中心等特点，对 其软件系统的开发设计提出了以下要求： 3．模块化 为使软件可重用，便于用户根据不同的应用需求快速进行开发，应当将软 件系统的设计模块化，让每个模块完成一个抽象功能，并制定模块之间的 接口标准。 4．面向具体应用 软件系统应该面向具体的应用需求进行设计开发，使其运行性能满足应用 系统的QoS要求。 5．可管理 为维护和管理网络，软件系统应采用分布式的管理办法，通过软件更新和 重配置机制来提高系统运行的效率。
nesC应用程序的分析
nesC程序的仿真
1．运行环境 在PC上安装TinyOS的运行平台，具体安装过程和安 装Windows系统一样。 为了避免与PC自身系统的冲突，可将安装包tinyos1.1.0.exe（软件版本以实际仿真的版本为主，现升级到 TinyOS-2.1）安装到指定路径（本仿真软件环境是安装在 D盘下）。这个安装包已经包含了Java、Cygwin、TinyOS 相关软件和编译器，同时提供像mica、micaz等硬件驱动， 并针对不同硬件编译生成可执行文件以供下载。
软件开发的内容
操作系统：操作系统由裁剪过的只针对于特定应用的软件组成，专门处理与节点硬 件设备相关的任务，包括启动载入程序、硬件的初始化、时序安排、内存管理和过 程管理等。 传感驱动：初始化传感器节点，驱动节点上的传感单元执行数据采集和测量工作， 它封装了传感器应用，为中间件提供了良好的API接口。 中间件管理：该管理机制是一个上层软件，用来组织分布式节点间的协同工作。 模块：封装网络应用所需的通信协议和核心支撑技术。 算法：用来描述模块的具体实现算法。 服务：包含用来与其他节点协作完成任务的本地协同功能。 虚拟机：能够执行与平台无关的程序。
第十五章 无线传感器网络的软件开发
第十五章 无线传感器网络的软件开发
无线传感器网络软件开发概述
主要开发环境
无线传感器网络中间件设计
软件开发特点和设计要求
无线传感器网络的软件系统 用于控制底层硬件的工作行为， 为各种算法、协议的设计提供一 个可控的操作环境，同时便于用 户有效地管理网络，实现网络的 自组织、协作、安全和能量优化 等功能，从而降低无线传感器网 络的使用复杂度。
软件开发的内容
无线传感器网络软件开发的本质是从如何从工程的思想出发，在软 件体系结构设计的基础上开发应用软件。无线传感器网络软件设计的主 要内容就是开发这些基于框架的组件，以支持下面三个层次的应用： 1．传感器应用 提供传感器节点必要的本地基本功能，包括数据采集、本地存储、硬件 访问、直接存取操作系统等。 2．节点应用 包含针对专门应用的任务和用于建立与维护网络的中间件功能，其设计 分为三个部分：操作系统、传感驱动、中间件管理。
软件开发特点和设计要求
无线传感器网络因其资源受限、动态性强、以数据为中心等特点，对 其软件系统的开发设计提出了以下要求： 1．软的实时性 由于网络变化不可预知，软件系统应当能够及时调整节点的工作状态， 自适应于动态多变的网络状况和外界环境，其设计层次不能过于复杂，且 具有良好的时间驱动与响应机制。 2．能量优化 由于传感器节点电池的能量有限，设计软件系统应尽可能考虑节能， 这需要用比较精简的代码或指令来实现网络的协议和算法，并采用轻量级 的交互机制。
典型的无线传感器网络中间件软件体系结构
3．应用开发层 应用框架接口：提供无线传感器网络的各种功能描述和定义，具体的实 现由基础软件层提供； 开发环境：是无线传感器网络应用的图形化开发平台，建立在应用框架 接口基础上，为应用业务提供更高层次的应用编程接口和设计模式； 工具集：提供各种特制的开发工具，辅助无线传感器网络各种应用业务 的开发与实现。