无线传感器节点基于JAVA语言的应用环境构建与开发开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

无线传感器网络（wirelesssensor network，wsn）是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统^[1]，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。目前，wsn技术已广泛使用到精准农业、工业控制、智能家居、环境监测等广泛领域^[2]。

当前，wsn研究存在两大挑战。一方面，wsn节点软硬件平台呈现多样化的特点^[3]。在软件方面，存在不同种类的操作系统，例如tinyos^[4]，contiki^[5]，sos^[6]等；在硬件方面，存在不同的硬件平台，例如micaz，sunspot, telosb^[7], xyz等。由于底层软硬件平台多样化的特点^[8]，用户需在了解底层平台细节基础上从事上层应用开发，这给wsn用户编程带来了较大的难度；因此，研究并开发一种上层应用抽象编程接口，以对wsn底层软硬件细节进行屏蔽，从而简化wsn上层应用编程复杂度，在当前wsn研究中具有重要意义。另一方面，wsn应用程序重编程复杂度较大^[9]。由于wsn节点通常部署在一些恶劣环境中工作，应用程序的重编程需通过无线传送方式进行；然而，wsn无线通信过程能量消耗量较大，若应用程序无线更新时间较长，将导致节点能量资源耗尽而无法正常工作^[10]；因此，如何优化wsn节点应用程序更新代码量，对于wsn应用功能的升级具有重要意义。

为应对上述挑战，在前期开发中，不少科研机构曾研究采用动态链接的方法对wsn的应用代码与系统代码进行分离^[11]。实现分离后，执行应用程序重编程时，仅需对应用代码部分，而非整个软件代码进行更新，从而减轻了应用程序升级的代码量，达到优化应用程序重编程的目标。然而，采用动态模块加载方法后，上层应用程序开发依然和底层平台相关^[12]，此外，用户依旧需了解底层软硬件细节以进行上层应用开发，这对wsn用户编程依然是个较大的挑战。

2. 研究的基本内容与方案

目标：

精简并移植嵌入式java虚拟机simplertj^[15]到基于arm at91sam7x处理器的wsn节点上。基于java虚拟机，一方面在节点上采用与底层软硬件平台无关的java语言进行wsn编程；另一方面，在执行应用程序重编程时，仅对java应用程序进行更新，而不需更新整个软件系统，从而优化重编程性能。

3. 研究计划与安排

(1)2016/3/8—2016/3/30: 学习并掌握simplertj系统特性，实现simplertj在arm平台上的移植。

(2) 2016/4/01-2016/4/26：在移植的simplertj平台上进行应用编程与重编程实验测试。

(3)2016/4/27—2016/5/27：撰写论文初稿；修改论文，定稿并提交论文评审；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 无线传感器网络. http://baike.baidu.com/subview/140209/5119782.htm[2] 崔学义. "WSN 的由来以及在国外的研究和发展." 射频世界 5 (2009): 45-48.[3] Liu, Xing, et al. "Real-time embedded java virtual machine for application development in wireless sensor network." Journal of Networks 9.7 (2014): 1828-1837.[4] Hill, Jason, et al. "System architecture directions for networked sensors." ACM SIGOPS operating systems review. Vol. 34. No. 5. ACM, 2000.[5] Dunkels, Adam, Bjrn Grnvall, and Thiemo Voigt. "Contiki-a lightweight and flexible operating system for tiny networked sensors." Local Computer Networks, 2004. 29th Annual IEEE International Conference on. IEEE, 2004.[6] Han, Chih-Chieh, et al. "A dynamic operating system for sensor nodes." Proceedings of the 3rd international conference on Mobile systems, applications, and services. ACM, 2005.[7] TelosB, CrossBow（柯思博）公司Telos系列节点 http://baike.baidu.com/view/4633668.htm[8] Liu X, Hou K M, Vaulx C, et al. Real-time embedded java virtual machine for application development in wireless sensor network[J]. Journal of Networks, 2014, 9(7): 1828-1837. [9] Gomes, Pedro Emanuel Rodrigues. A virtual machine for wireless sensor networks. Diss. Master’s thesis, Faculty of Science of the University of Porto, 2009.[10] Fok C L, Roman G C, Lu C. Rapid development and flexible deployment of adaptive wireless sensor network applications[C]//Distributed Computing Systems, 2005. ICDCS 2005. Proceedings. 25th IEEE International Conference on. IEEE, 2005: 653-662.[11] Duarte-Melo, Enrique J., and Mingyan Liu. "Analysis of energy consumption and lifetime of heterogeneous wireless sensor networks." Global Telecommunications Conference, 2002. GLOBECOM'02. IEEE. Vol. 1. IEEE, 2002.[12] 梁建智. 適用於感測器網路之輕量化 Java 虛擬機器[J]. 2006.[13] Karpinski M, Cahill V. High-Level Application Development is Realistic for Wireless Sensor Networks[C]//SECON. 2007, 7: 610-619.[14]Liu X, Diao X, Hou K M, et al. Java Virtual Machine Based Infrastructure for Decent Wireless Sensor Network Development Environment[C]//Ubiquitous Intelligence Computing and 9th International Conference on Autonomic Trusted Computing (UIC/ATC), 2012 9th International Conference on. IEEE, 2012: 120-127.[15] SimpleRTJ, a small footprint Java VM for embedded and consumer devices. RTJ Computing Pty. Ltd. Online at http://www.rtjcom.com/.