CN106664316A - 受限的设备和支持操作系统 - Google Patents

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CN106664316A
CN106664316A CN201580019386.3A CN201580019386A CN106664316A CN 106664316 A CN106664316 A CN 106664316A CN 201580019386 A CN201580019386 A CN 201580019386A CN 106664316 A CN106664316 A CN 106664316A
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CN
China
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function
equipment
limited
priority
storehouse
Prior art date
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Pending
Application number
CN201580019386.3A
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P·B·拉斯庞德
小V·J·利普西奥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safe Section's Fire-Fighting And Safe Corp
Tyco Fire and Security GmbH
Original Assignee
Safe Section's Fire-Fighting And Safe Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
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    • Y04S40/20—Information technology specific aspects, e.g. CAD, simulation, modelling, system security

Abstract

一种用于管理物理入侵探测/报警的联网系统，包括上层服务器设备，包括：处理器设备和与处理器设备通信的存储器，与上层服务器通信的中间层网关设备，以及包括全功能节点的下层设备，其中至少一些功能节点包括执行例程以提供节点功能的应用层，以及管理下层设备的设备，该设备实例化执行状态机的程序管理器，以控制至少一些功能节点中每一个当中的应用层。

Description

受限的设备和支持操作系统
优先权保护
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年4月2日提交且标题为“WirelessSensor Network”的临时美国专利申请61/973,962、于2014年2月28日提交且标题为“Wireless Sensor Network”的临时美国专利申请61/946,054以及于2014年8月20日提交且标题为“Constrained Device and Supporting Operating System”的实用美国专利申请14/463,754和于2015年1月23日提交且标题为“Constrained Device and SupportingOperating System”的实用美国专利申请14/603,602的优先权，这些申请的全部内容通过引用被结合于此。
背景技术
本描述涉及传感器网络的操作，诸如用于安装在商业或住宅处所的安全、入侵和报警系统的那些传感器网络。
对于企业和房主来说，具有用于探测在其处所的报警状况并向安全系统的监控站或者授权用户发信号通知这种状况的安全系统是常见的。安全系统常常包括电或无线连接到各种传感器的入侵探测面板。那些传感器类型通常包括运动探测器、相机和接近传感器(用来确定门或窗是否已经打开)。通常，这种系统从这些传感器当中一个或多个传感器接收非常简单的信号(电打开或关闭)，以指示被监控的特定条件已经改变或变得不安全。
如本文中所使用的，受限的计算设备是具有比用在探测系统中的其它计算设备、传感器等等基本上更少持久和易失性存储器的设备。目前受限的设备的例子将是具有小于大约一兆字节闪存/持久性存储器以及小于约10-20千字节的RAM/易失性存储器的设备。
在这种设备上更新固件通常涉及需要经通信接口传输整个可执行代码图像的引导加载，即使仅代码的一部分改变。
发明内容
受限的设备特征如此并且由于成本/物理配置考虑而一般以这种方式进行配置。这些类型的设备一般具有静态软件图像(即，编程到设备中的逻辑总是相同的)。传统上受限的设备被部署成具有关联的传感器并且，附加地，可以部署成具有通信接口(有线的或无线的)，以提供经由集线器和网络连接，例如互联网连接，向中央集线器(计算机/控制面板)或者向远程服务器报告作为“事件”的所收集的数据的分布式数据采集网络。
更新这种受限设备上的固件是困难的，并且当这种更新发生时，它是通过“引导加载器”的，其经由通信链路接收新固件并且在持久性存储器中存储新固件、验证新代码，然后执行特殊的重新引导过程(由引导加载器控制)，以便用新图像代替旧代码或“图像”。但是，利用传统的引导-加载来更新固件需要整个可执行代码图像经通信接口的传输，即使仅代码的一部分改变。但是，这种方法浪费宝贵的通信带宽。
因此，这种引导-加载过程有缺点，因为即使所存储的参数或计算机代码中的微小变化也需要整个图像被代替。引导加载是费时的并且对整个系统是潜在危险的，因为，如果在将新代码写到最终位置时出现任何错误(例如，掉电)，则设备会变得无用，需要工厂维修。而且引导加载必然意味着“重新引导”设备，这需要其全部外围驱动器和通信链路、网络连接的重新初始化，应用的重新配置等等。由于这些缺点，引导加载和依赖于引导加载的固件更新不应当是受限的设备的日常操作的一部分。
根据一方面，计算机程序产品有形地存储在计算机可读硬件存储设备上。计算机程序产品用于管理网络上的受限传感器设备并且包括指令，以通过根据函数相对于其它函数的可用性和优先级来调度函数以在受限的传感器设备上执行，从而使处理器管理内置到所加载的图像中或者在受限的传感器设备正常操作期间下载的用户定义的独立可执行函数或任务的动态集合。
这种动态编程技术使受限的设备改变其行为和能力，而无需耗时和有问题的引导加载过程。依赖于随着时间的情况和需要，瞬时子程序被添加和删除，有效地改变了设备包含的可执行代码。对于许多应用来说，这可能需要在几乎注意不到的情况下并且以不利于(not conductive to)传统引导加载的方式完成。例如，设备可能需要在一天中加载新代码多次，以支持应用或，更适当地说，一组相关的应用。在代码更新期间，设备可能需要可用于其它工作(例如，基于中断的收集、传感器事件的报告和与外部设备的通信)。这些考虑导致以(1)安全；(2)快速；(3)实时；(4)对正常操作没有任何干扰；(5)无需设备的重新引导的方式进行代码更新的需求。
持久性存储器的动态编程利用任何传统的实时操作系统(“RTOS”)是不可能的，并且当然利用迄今为止为受限的设备实现的任何RTOS也是不可能的。这些传统的操作系统在准备可执行代码图像时的链接的时候建立代码位置和链接(指针值、返回地址等等)。这种方法在本质上是固有地静态的并且不利于其中新的可执行代码在运行中(on the fly)被引入图像而无需重新引导的系统。
所公开的是用于受限的设备的操作系统的新方法，通过使用那个操作系统来启用受限的设备的动态编程。
根据附加的方面，有形地存储在计算机可读硬件存储设备上的计算机程序产品包括指令，以使处理器调度内置到所加载的图像中或者在受限的设备正常操作期间被下载的用户定义的独立可执行函数的动态集合，从而根据函数相对于其它函数的可用性和优先级在受限的设备上执行，其中调度的指令被配置为识别准备好执行的特定函数、确定识别出的函数是否具有比当前正在执行的函数更高的优先级，以及执行识别出的函数而不在随机存取存储器中保存当前执行的函数的寄存器值。
其它方面包括计算机实现的方法和受限的传感器设备。
传感器设备包括处理设备、用于感测物理条件的传感器元件，该传感器元件将要处理的数据发送到处理设备，处理设备对数据应用一个或多个用户定义的独立可执行函数，还包括网络接口、存储包括指令的计算机程序产品的存储设备，指令使处理器设备调度内置到所加载的图像中或者在受限的设备正常操作期间被下载的用户定义的独立可执行函数的动态集合，从而根据函数相对于其它函数的可用性和优先级在受限的设备上执行，其中调度的指令被配置为识别准备好执行的特定函数、确定识别出的函数是否具有比当前正在执行的函数更高的优先级，以及执行识别出的函数而不在随机存取存储器中保存当前执行的函数的寄存器值。
本发明的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。本发明的其它特征、目的和优点从说明书和附图，以及从权利要求书，是显而易见的。
附图说明
图1是示例性联网安全系统的示意图。
图2是受限的设备的框图。
图3对理解堆栈结构有用的框图。
图4是实时操作系统中调度器处理的流程图。
图5是对理解调度有用的框图。
图6是示出用于函数的处理的流程图。
图7是示出函数封装的框图。
图8是堆的框图。
图8A-8C是涉及堆的处理的流程图。
图9是示例联网安全系统的部件的框图。
具体实施方式
所描述的是可以在各种背景下使用的网络特征的例子，包括但不限于，安全/入侵和报警系统。示例安全系统可以包括被电或无线地连接到各种传感器的入侵探测面板。那些传感器类型可以包括运动探测器、相机和接近传感器(例如，用来确定门或窗是否已经被打开)。通常，这种系统从这些传感器当中的一个或多个传感器接收相对简单的信号(电气开或关)，以指示被监控的特定状况已经改变或变得不安全。
例如，典型的入侵系统可被设置为监控建筑物中的入口门。当门是安全的时候，接近传感器感测到磁性接触并产生电关闭电路。当门被打开时，接近传感器打开电路，并向面板发送指示报警状况已发生(例如，打开的入口门)的信号。
数据收集系统在一些应用，诸如家庭安全监控，当中变得越来越普遍。数据收集系统采用无线传感器网络和无线设备，并且可以包括基于远程服务器的监控和报告生成。如下面更详细描述的，无线传感器网络一般使用计算设备之间的有线和无线链路的组合，其中无线链路通常用于最低级的连接(例如，端节点设备到集线器/网关)。在示例网络中，网络的边缘(无线连接的)层由具有特定功能的资源受限设备组成。这些设备可以具有小至中等数量的处理能力和存储器：并且可以是电池供电的，因此要求它们通过将大量时间花费在睡眠模式下来节省能源。典型的模式是边缘设备通常形成单个无线网络，其中在该单个无线网络中每个端节点以集线器和辐条式体系架构直接与其父节点通信。父节点可以是，例如，网关上的接入点或子协调器，其又连接到接入点或另一个子协调器。
现在参考图1，示出了用于无线传感器网络(WSN)的示例性(全局)分布式网络拓扑。在图1中，分布式网络10被逻辑地划分为层或层次级的集合12a至12c。
在网络的上层或层次级12a中部署利用良好建立的联网技术，诸如互联网协议或者可以是不使用互联网或使用其部分的私有网络，联网到一起的服务器和/或运行“云计算”范例的虚拟服务器14。在那些服务器14上运行的应用利用各种协议进行通信，诸如对于Web互联网网络是XML/SOAP、RESTful的Web服务，以及其它应用层技术，诸如HTTP和ATOM。分布式网络10在设备(节点)之间具有直接链路，如图所示和下面讨论的。
分布式网络10包括第二逻辑划分的层或层次级12b，在这里被称为中间层，其涉及位于各个建筑物和结构内部中央、方便地点处的网关16。这些网关16与上层中的服务器14通信，不管服务器是独立的专用服务器和/或利用Web编程技术运行云应用的基于云的服务器。中间层网关16还被示为既具有局域网17a(例如，以太网或802.11)又具有蜂窝网络接口17b。
分布式网络拓扑还包括下层(边缘层)12c设备集合，其涉及全功能的传感器节点18(例如，包括无线设备的传感器节点，例如收发器或至少发送器，在图1中被标记为“F”)以及受限的无线传感器节点或传感器端节点20(在图1中标记为“C”)。在一些实施例中，有线传感器(未示出)可以被包括在分布式网络10的各方面中。
暂时参考图2，示出了通用的受限的计算设备20。如本文中所使用的，受限的设备20是具有比特定联网的探测/传感器/报警系统中的其它计算设备、传感器、系统基本上更少持久和易失性存储器的设备。受限的设备20包括处理器设备21a，例如，CPU和或依照操作系统执行的其它类型的控制器设备，一般具有8位或16位逻辑而不是由高端计算机和微处理器使用的32位和64位逻辑。与网络上的其它计算设备相比，受限的设备20具有相对小的闪存/持久性存储21b和易失性存储器21c。一般而言，持久性存储21b是大约一兆字节的存储或更小，并且易失性存储器21c是大约几千字节的RAM存储器或更小。受限的设备20具有将受限的设备20接口到网络10的网络接口卡21d。通常，使用无线接口卡，但是在一些情况下，可以使用有线接口。作为替代，由无线网络协议栈(例如，802.15.4/6LoWPAN)驱动的收发器芯片可被用作(无线)网络接口。这些部件经由总线结构耦合在一起。受限的设备20还包括传感器22和接口到处理器21a的传感器接口22a。传感器22可以是任何类型的传感器类型设备。典型类型的传感器包括单独或为了探测复杂事件而组合实现的温度、简单运动、1、2或3轴加速度力、湿度、压力、选择性的化学、声音/压电换能和/或众多其它类型。
所公开的受限的设备20的实现可以遵循闪存/持久性存储存储器和RAM存储器的当前限制并且小于约10-20千字节的RAM/易失性存储器，但是取决于配置并且在一些情况中取决于操作系统可以具有更多。这些受限的设备20以这种方式进行配置；一般是由于成本/物理配置的考虑。这些类型的受限的设备20一般具有静态软件图像(即，编程到受限的设备中的逻辑总是相同的)。
返回去参考图1，在典型的网络中，网络的边缘(无线连接)层主要由具有特殊功能的高度资源受限的设备组成。这些设备具有小到中等量的处理能力和存储器，而且常常是电池供电的，因此要求它们通过将大量时间花费在睡眠模式下来节省能源。典型的模式是边缘设备通常形成单个无线网络，其中在该单个无线网络中每个端节点以集线器和辐条式体系架构直接与其父节点通信。父节点可以是，例如，网关上的接入点或子协调器，其又连接到接入点或另一个子协调器。
每个网关配备有被物理附连到那个接入点并提供到无线网络中其它节点的无线连接点的接入点(全功能节点或“F”节点)。图1中所示的通信链路(由线113示出)代表设备之间的直接(单跳MAC层)连接。(可以在图1中所示的三层中每一层起作用的)正式网络层可以使用一系列这些直接链路，连同路由技术一起，经网络从一个设备向另一个设备发送消息(分段或不分段的)。
WSN 10对在下层设备18和20上运行的应用层实现状态机方法。下面讨论的是这种方法的特定实现的例子。状态机中的状态由协调执行的函数的集合组成，并且这些函数可以被单独地删除或替代或添加，以更改特定下层设备的状态机中的状态。
基于WSN状态函数的应用层使用允许各个函数(在设备引导之后)的加载和执行而无需重新引导该设备(所谓的“动态编程”)的边缘设备操作系统(未示出，但诸如在上面提到的临时申请中所公开的)。在其它实现中，边缘设备可以使用其它操作系统，假定这种系统允许优选地无需边缘设备的重新引导就启动各个函数的加载和执行(在设备引导之后)。
用于受限的设备的RTOS
参考图3，示出了用于包括无线动态编程和支持的受限的设备20的操作系统的堆栈过程细节。受限的设备20包括用于执行和以其它方式管理内置到所加载的图像中(在受限的设备上执行的软件和RTOS)或者在受限的设备20正常操作期间下载的或二者结合的用户定义的独立可执行函数或任务的动态集合的实时操作系统(“RTOS”)，其中前者(内置到图像中)用作后者(在操作期间下载的)的子程序。
堆栈管理
RTOS是用于受限的设备并且根据可用性(要运行的函数是否准备好)和优先级(该函数相对于其它函数的关键性)使用通过管理结构(例如，到函数位置的指针的数组或链表)引用的调度图像26。这个调度器26函数定期地评估当前未在受限的设备上运行的函数，例如，如在列表28中，以确定这些函数中是否有任何函数已准备好运行。此外，通过向未决的函数提供数据或者对于暂停执行的函数递减计数定时器事件31，调度器26响应于指示一个或多个函数准备好运行的(一个或多个)中断。
在任一情况下，如果识别出发现准备好运行的函数比当前在运行的函数具有更高优先级(或者如果当前函数已未决执行等待数据，则是具有相等优先级)的函数，则识别出的函数运行，而不事先将旧函数保存到RAM中的另一个地方(即，没有传统的环境切换或保存处理器的操作寄存器值)。堆栈24根据各自的优先级存储函数，例如按次序24c、24z、24d和24a。当具有最高优先级的新函数，例如24c准备好运行时，在新运行的抢占函数将其数据推到活跃函数的堆栈的顶部时，其余函数，例如24z、24d和24a的堆栈函数只是留在处理器的单个堆栈24上原地。
当新的函数完成运行并返回时，所有其堆栈使用都经由堆栈控制25被弹出并且旧函数，例如24z恢复运行，无视中断，透明地就好像传统的环境切换已发生。因此，调度器26使用单个处理器堆栈而不是正式的环境切换来保存抢占的函数的状态。
通过不具有多个堆栈来节约不算少数的RAM，从而允许更可独立执行的函数，以及节省进行正式环境切换所需的处理器时间，并且它简化了逻辑并且因此简化了与调度器26关联的代码尺寸。
动态编程
所公开的操作系统有利于动态编程，因为新函数(经由通信链路加载到设备中的可执行函数)可以通过简单地将新函数添加到管理结构(函数指针的数组或链表)、更新调度器变量中相关的就绪程度和优先级信息并且在旧和新代码之间产生任何必要的链接(返回地址、全局变量位置等等)被添加到调度器的可执行函数的列表。如果并且当不再需要动态函数时，动态函数可以简单地从管理结构中被除去并且其链接被解散并且存储器被回收。
下面所述在操作系统顶部运行的动态编程方法的使用允许受限的设备有效地多次使用一组可执行函数，该多次大于在任何单个时刻适合其存储器的次数。下面的操作系统包括方法，通过该方法，节点请求该节点需要的并且无需为了获得而拥有所述代码的可执行代码，同时还保证节点的当前可执行函数集合都具有正确的类型和版本(可执行集合自一致性)。此外，可执行代码可以在可执行代码一被受限的设备需要时就被高速缓存在便于快速传送到受限的设备的网络位置中。下面还描述了用于在受限的设备中只用于有限时间段的代码管理可执行代码的“新鲜日期”和到期的方法。
现在参考图4，示出了由操作系统的调度器26采取的动作，以管理一组根函数的优先化执行。直接由调度器26管理的函数被称为“根函数”，因为它们本身可以调用其它函数，这些其它函数又可以调用各种其它函数，并且函数调用的这种分支具有类似于树中枝干的分支的结构。
最终，所有的函数执行都回接到最初由调度器26调用(即，执行)的主/第一/根函数，就像树的分支。根函数和常规(非根函数)之间的区别是非根函数不由调度器26管理并且只能在被当前运行的函数显式调用时运行。根函数有点像标准操作系统的线程或任务。
调度器26可以作为替代简单地从优先级最高到最低循环通过根函数，执行每个准备好运行的根函数；或者调度器26可被配置为(如被推测为最有可能的场景)执行准备好运行的优先级最高的根函数并且在执行之后，再次寻求准备好运行的最高优先级的根函数，并且保持重复那个序列，直到达到并执行优先级最低的根函数。
在一些实施例中，对于功率受限的设备，最低优先级的根函数将，起动定时器并等待(进入睡眠模式)并且，当设备被某个配置的中断唤醒时，调度序列再次被执行；在非功率受限的设备中，最低优先级的函数将简单地服务看门狗定时器，或执行自检，或两者兼有，然后调度序列将重复。
因此，如图4中所示，定时器被设置42并且以控制调度器26检查根函数的集合的状态的频率为目的而运行。调度器26等待调度器定时器事件(进入睡眠模式)44。当定时器到期46时，调度器26确定48其列表中是否有任何根函数准备好运行(例如，经由与每个根函数关联的、具有“准备好运行”、“未决”、“停止”等可能值的变量)。如果有任何根函数准备好运行，则调度器26接下来需要确定所有准备好运行的根函数中哪个是具有最高优先级的函数50(其变成“被推荐的根函数”)。如果没有其它根函数在运行52，则所推荐的根函数被立即运行、运行到完成并且退出54(虽然它可以在运行的过程中通过甚至更高优先级的根函数利用这里所述过程的抢占被中断56)。
如果根函数已经在运行，则调度器26比较58当前运行的根函数和推荐的根函数的优先级。如果推荐的根函数的优先级较低，则什么都不发生并且调度器26返回到睡眠，以等待另一个调度器定时器唤醒事件。另一方面，如果所推荐的根函数的优先级更高，则调度器26立即运行60所推荐的根函数。图7中的虚线方框和箭头示出响应于新根函数的运行的处理器行为(例如，当前正在运行的根函数被推入堆栈)。当所有更高优先级的函数已完成处理时，曾被运行的函数恢复62原位。
现在参考图5，其它机制，例如这里示出的四个机制，可以生成根函数。例如，根函数可以在未来调度其本身或者调度从周期定时器的中断所生成的另一根函数的执行，其中中断是被实现的一个特殊结构；当提供有数据的阈值量时，与指向是其数据的唯一消费者的根函数的指针耦合的环形缓冲区将唤醒那个消费根函数，如果它处于未决状态的话，根函数可以直接调用另一个根函数，例如，对于该另一根函数应当处理的数据的到来，或者中断服务例程可以生成根函数的执行。在所有这些情况下，如果那个根函数与然后运行的根函数具有相等或更大优先级，则调度器26立即执行所请求的根函数以生成。否则，如果前者比后者具有更低优先级，则前者被放入允许它在被调度的下一个机会运行的“准备好运行”状态。
参考图6，对于后链接函数(即，经通信链路加载的函数)的实现80，尤其是对于后链接的根函数，提供了几种机制。例如，当函数经通信链路81被接收到时，简单的文件系统被实现为当函数经通信链路被接收到时在可擦除永久存储器(例如，闪存)82中存储后链接的函数，一旦(一个或多个)函数不再被需要，调度就删除它/它们并且维护86函数的索引并且在上电初始化时报告88加索引的所存储的根函数，使得函数可以被包括在根函数的数组中并且重组文件系统。
重组文件系统需要锁(二进制信号)，以防止执行的函数在整理后被重新定位或者在整理期间被移动的函数被执行。
后链接的函数需要附加的数据，如下面所解释的，以被利用并且，因此，它们需要与文件中的其它数据一起被打包；在这种打包器中，非根后链接函数需要一些但非常少数据，如下面所暗示的。
当后链接根函数被接收到文件系统中时，它们需要被添加到根函数数组，并且它们需要在停止使用时从数组中删除，从而需要那个数组是链表。因此，后链接的根函数被调度，完全就像利用调度器26被链接到应用中的根函数。
现在参考图7，为了在根函数的数组中，后链接的根函数需要描述符结构，就像其它根函数一样。但是，因为描述符结构需要包括地址，诸如用于根函数的可执行代码的地址，所以描述符将不必在后链接的根函数驻留在其中的文件中逐字存在，因为其位置在存储器中是未知的，直到文件管理器写入该位置。
这个问题通过包括包含函数92的文件91的打包器94来解决，一种后链接的函数的描述符可以根据其而在RAM中构造的结构96。虽然其它根函数的描述符驻留在ROM中并且永远不需要更改，但是后链接的根函数的描述符需要在该函数为了重组而被重新定位的任何时候更改并且，因此，当文件管理器96寻求重新定位该函数时，除移动包含该函数的文件之外，它还获取适当的信号97并调整描述符。
同样，不是根函数的后链接函数具有可重新定位的基地址并且在重新定位的过程中需要被锁定以防执行，并且在执行时需要被锁定以防重新定位，但是，由于没有为它构建的根函数描述符，因此其重新定位涉及根函数的重新定位的子集。
此外，操作系统还需要分配一些RAM用于后链接的函数，这些函数全都需要其ROM和RAM的基地址的存储，在下面解释和描述，并且，可选地，需要对函数的寿命在静态上持久的任何全局变量，并且对根函数以及上面描述的描述符。实时系统通常不具有动态分配的存储器，因为这将把不确定性的行为引入到系统中。
此外，调度器26由于不具有用于垃圾收集(存储器恢复)的资源而受限，这就代码尺寸和执行时间两方面而言都是昂贵的。
现在参考图8，操作系统实现专用的堆100，因此，让后链接的函数获得它们的根函数变量数据和所需的任何其它变量数据。从堆100进行分配可以只在后链接函数的初始化期间进行，然后只对每个初始化函数调用进行一次。假设设备具有单一、连续排的RAM，堆从RAM的相对端增长，就像堆栈24一样，朝着堆栈24增长，并且当最近添加的后链接函数终止时收缩回来。因为堆100的存在只是为了向后链接函数提供RAM，所以其结构可以是，并且就是，不可改变地与它存在的理由交织在一起。
从RAM中的第一个可用位置开始，每个元素100a-100n包含指向下一个有效元素的开始的指针，因为其尺寸不一定能从先前字段确定，因为后者可以反映由于后链接函数的去除而造成的洞。
现在参考图8A，这种洞利用内置到调度器26中的高优先级根函数110被清理。这个根函数使用第四个锁来相互排除112在别的地方描述的需要锁的三个条件。一旦获得了锁，变量数据就被逐片移动114，以便不长时间抑制较低优先级的根函数。根函数的数组中根函数的RAM描述符的条目需要在其被移动时改变116并且，连同数据118的某些其它块一起，需要中断的锁定来阻止在RAM看到处于不一致状态的数据，这将在调度器26中造成破坏。数据的块是函数的RAM和ROM的基地址，以便如下所述当该函数被执行时恢复根函数的描述符的RAM拷贝、由根函数的描述符指向的变量数据，以及用于根函数的局部数据。
现在参考图8B，向堆添加130元素使得以下成为必需：禁用132中断以锁定上述清理根函数、从开始遍历134堆、并且对于每个条目从当前元素的末端减去136指向4下一个元素的指针并且比较138该差值与所请求的字节数并且，如果后者小于前者，则在洞的第一未用字节开始140新条目，但是否则的话，如果遇到堆的最后一个条目142，则142检查144添加到堆不靠着堆栈紧密挤压(多接近的容限由应用配置)并且，如果是这样的话，则发生故障并记录错误146，但是否则的话，在堆结束的地方开始新条目。
对于后链接的根函数，描述符需要现在被构造并且其它RAM被初始化，为简洁起见，其细节在这里不描述。
现在参考图8C，为了从堆除去150元素，调度器26确定151元素是否在堆的末端，在这种情况下，堆的末端可以简单地被调整152，但否则的话，将在被删除的实体的指针之前的堆元素设置154成下一个堆元素，即，解除不存在的参数的元素的链接，从而在堆中产生洞，并且调用156上面引用的根函数来开始填充所产生的洞。因此，这比垃圾清理算法更简单，但是也更多地受实时需求的限制，有一些创新的复杂性。
另一个短持续时间的锁为后链接根函数实现，使得，当调度器26遍历根函数的列表时，它将绕过任何其描述符或关联的数据正在移动的过程中的函数。
操作系统还允许后链接的根函数访问链接到调度器26中的实用程序；尤其是，与其它根函数和与设备驱动程序通信的后链接根函数。由于后链接函数可能不一定知道这种函数在任何特定的构建中什么地方，因此调度器26实现向量表，用于引用后链接函数可以使用的任何和全部内部函数。
在向量表的函数当中存在到环形缓冲器的接口，可选地绑定到根函数，使得那个根函数可以从未决状态被唤醒并且还使得后链接的根函数可以发布这种队列并且其它根函数或中断服务例程可以识别出后链接函数可以从其分配的伪全局数据实例化的这种队列。发布机制涉及以链接到调度器26的指针开始的链表，该指针可以指向后链接的函数的RAM数据中为此目的保留的条目，并且后者可以指到另一个这种实体中，以此类推。链接到调度器26的任何根函数或中断服务例程都需要被编程为预期这种链接，并且任何一对预期彼此通信的后链接根函数都同样需要被编程。通过访问所述队列的函数，提供握手机制。
通过1)需要函数在结构中声明所有这种数据、2)产生指向这种结构的指针、3)不初始化那个指针，操作系统提供后链接函数来使用内部全局数据。每次当后链接函数被执行时，指向所述结构的指针由调度器26供给。
因此，当RAM清理被执行时，那个指针的值将与其之前后链接的函数被执行时的值不同，但是，由于其内容已经被移动，因此那将对后链接的函数是透明的。应当指出的是，指针本身通过根函数的数组锚定或者，对于不是根函数的后链接函数，通过由遍历堆中的条目可确定的特殊描述符锚定。
为了在不支持可重新定位代码的处理器上执行，操作系统同样提供让后链接函数通过类似的机制引用其自身的部分，例如分支函数或常量，由此指向那些部分的指针被聚集到结构等等当中，就像对于全局数据，但应当指出的是，因此在这种设备上的这种函数的作者需要经由指向分支函数的指针来调用所有该分支函数。
调度器26可以抑制被锁定的后链接根函数的执行，如上所述，但是对于在ROM中被重新定位或者其RAM被移动的其它后链接函数，调度器26只注意到这一点并且返回该情况特有的错误码并且，因此，它适于这种不使用那个特有代码的函数的实现；这还需要相同的类型由所有非根后链接函数返回。
后链接的(动态加载和执行的)函数的效用在于这样的事实：不是总是可能在设备被编程和部署的时候预见到在受限的设备中需要什么逻辑。例如，设备可以是被设计为感测、过滤和报告门、窗或移动资产(例如，手推车或小车)的非常特定的运动类型的无线传感器网络节点。因为特定的运动过滤算法/逻辑对这些对象中每一个是不同的，并且因为难以预先将特定的设备指派给特定的使用而不遇到高库存成本和供应链中设备分级(devicestaging)的问题，所以要求设备的制造商生产特定于这些非常独特的运动类型中每一种的基于固件的运动过滤器是不方便或者昂贵的。
另一种方法是产生一般足以应付所有运动事件报告的基本固件，并且利用这种通用软件在工厂编程该设备。然后，在每个节点被部署到现场(例如，在窗户或小车上)之后，所需的特定类型的运动过滤器根据每个节点的独特部署情况被发送到每个节点。特定于环境的根函数(例如，特定于运动类型的运动过滤器)与其它更通用的根函数相结合，以包括在现场的设备上运行的软件堆栈。
将肯定会不时地出现的另一种情况是运动过滤器需要基于在现场观察到的结果来“调谐”或改变其固件逻辑。一些过滤器行为可以简单地通过改变阈值和其它配置参数值而被更改，并且这当然不需要动态编程(体现新过滤逻辑的新可执行代码的加载)，但是会有当被用来实现运动过滤算法的函数形式(数学等式)需要改变的其它时候，并且这可以只通过(1)在工厂编程期间包括大的等式选项集合(这导致过大而可能不可行的代码尺寸)、或者(2)在现场利用所述方法动态编程节点来实现。后一种方法更有用，因为它可以利用迭代手段，或者甚至从机器学习和人工智能概念得出的方法，来容易地完成。
节点可以利用任何合适类型的计算设备，诸如大型机工作站、个人计算机、服务器、便携式计算设备或任何其它类型的能够执行指令、连接到网络并通过网络转发数据包的智能设备实现。节点可以执行任何适当的计算机程序，以生成、接收和发送数据包，供在网络上使用。
图9示出了具有关于图1所述的WSN的特征并且具有本文所述的各种功能的安全系统的例子。如图9中所示，关联处理从某些受限节点接收输入(但这些节点也可以是全功能节点)。这些输入可以包括凭证信息和视频信息，并且相关处理可以产生经网络发送的相关结果。背景管理处理从某些受限节点接收输入(但这些节点也可以是全功能节点)，例如，凭证信息以及视频和分组信息，并且对于经网络发送的结果执行背景处理。网络支持紧急出口指示器；紧急摄像头以及分布式规则处理和规则引擎/消息处理的操作。范围扩展器与例如网关一起使用，并且，如图所示，实时定位系统从各种传感器(例如，受限的类型)接收输入。经由云计算配置到WSN的服务器接口以及一些网络的部分可以为子网运行。
除了在传感器的范围之内的区域中探测到某物的指示，传感器还提供可被用来评估那个指示是什么的详细附加信息，而无需入侵探测面板执行对特定传感器的输入的广泛分析。
例如，运动探测器可被配置为分析在房间内移动的温暖主体的热签名，以确定该主体是人还是宠物的主体。那个分析的结果将是传达关于探测到的主体的信息的消息或数据。因此，各种传感器被用来以适当的组合感测声音、运动、振动、压力、热、图像等等，以探测在入侵探测面板处的真实或通过验证的报警条件。
辨别软件可被用来区分是人的对象和是动物的对象；进一步的面部辨别软件可以内置到摄像机中并被用来验证周边入侵是辨别出的被授权的个体的结果。这种摄像机将包括处理器和存储器和识别软件，以处理由相机(捕获的图像)的输入并产生元数据，以传达关于由摄像机捕获的个体的辨别或缺乏辨别的信息。处理还可以作为替代地或另外地包括关于在由摄像机捕获/监控的区域中的个体的特点的信息。因此，依赖于具体情况，信息将是从对到传感器的、给出周边入侵的特点的输入执行增强的分析的增强的运动探测器和摄像机接收到的元数据或者是从寻求建立对象的辨别的非常复杂的处理的元数据。
传感器设备可以集成多个传感器，以生成更复杂的输出，使得入侵探测面板可以利用其处理能力通过建立环境的虚拟图像或签名以便作出关于闯入的有效性的智能决策来执行分析环境的算法。
存储器存储由入侵探测面板的处理器使用的程序指令和数据。存储器可以是随机存取存储器和只读存储器的适当组合，并且可以托管合适的程序指令(例如，固件或操作软件)，并且配置和操作数据并且可以被组织为文件系统或其他。所存储的程序指令可以包括用于认证一个或多个用户的一个或多个认证过程。存储在面板的存储器中的程序指令还可以存储软件组件，从而允许网络通信和到数据网络的连接的建立。软件组件可以，例如，包括互联网协议(IP)栈，以及用于各种接口的驱动程序组件，包括接口和键盘。适于建立连接并跨网络进行通信的其它软件组件对于普通技术人员将是清楚的。
存储在存储器中的程序指令，连同配置数据一起，可以控制面板的整体操作。
监控服务器包括一个或多个处理设备(例如，微处理器)、网络接口和存储器(都未示出)。监控服务器可以物理地采取机架安装卡的形式并且可以与一个或多个操作者终端(未示出)通信。示例监控服务器是SURGARDTMSG-System III Virtual，或类似的系统。
每个监控服务器的处理器充当用于每个监控服务器的控制器，并且与每个服务器通信并控制每个服务器的整体操作。处理器可以包括存储器，或者与其通信，其中存储器存储处理器可执行指令，从而控制监控服务器的整体操作。合适的软件使每个监控服务器能够接收报警并导致适当的动作发生。软件可以包括合适的互联网协议(IP)栈和应用/客户端。
中央监控站的每个监控服务器可以与IP地址和(一个或多个)端口关联，它通过其与控制面板和/或用户设备进行通信，以处理报警事件等。监控服务器地址可以是静态的，并且因此总是对入侵探测面板识别监控服务器中特定的一个。作为替代，动态地址可以被使用，并且与通过域名服务解析的静态域名相关联。
网络接口卡与网络接口，以接收进入的信号，并且可以例如采取以太网网络接口卡(NIC)的形式。服务器可以是计算机、瘦客户端等等，接收到的代表报警事件的数据被传递到该服务器，用于由人类操作员处理。监控站还可以包括，或能访问，包括在数据库引擎的控制下的数据库的订阅者数据库。数据库可以包含对应于到面板，就像由监控站提供服务的面板，的各个订阅者设备/过程的条目。
本文描述的过程的全部或部分及其各种修改(以下称为“过程”)可以至少部分地经由计算机程序产品，即，有形地体现在是计算机和/或机器可读存储设备的一个或多个有形的物理硬件存储设备中的计算机程序，来实现，用于由数据处理装置，例如可编程处理器、计算机或多个计算机来执行，或者控制该数据处理设备的操作。计算机程序可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且它可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合在计算环境中使用的其它单元。计算机程序可被部署成在一个计算机上或在一个站点的多个计算机上执行或者跨多个站点分布并由网络互连。
与实现过程相关联的动作可以由执行一个或多个计算机程序以执行校准过程的功能的一个或多个可编程处理器来执行。过程的全部或部分可被实现为专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路)。
举例来说，适于计算机程序的执行的处理器包括通用和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般而言，处理器将从只读存储区或随机存取存储区域或两者接收指令和数据。计算机(包括服务器)的元件包括用于执行指令的一个或多个处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储区域设备。一般而言，计算机还将包括一个或多个机器可读存储介质，诸如用于存储数据的大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘或光盘，或者操作耦合到该一个或多个机器可读存储介质以便从其接收数据，或将数据传送到该一个或多个机器可读存储介质，或两者兼有。
适于体现计算机程序指令和数据的有形的物理硬件存储设备包括所有形式的非易失性存储器，举例来说，包括半导体存储区域设备，例如EPROM、EEPROM和闪存存储区域设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动盘；磁-光盘；及CD-ROM和DVD-ROM盘，和易失性计算机存储器，例如，诸如静态和动态RAM的RAM，以及可擦存储器，例如闪存。
此外，附图中绘出的逻辑流不要求只有所示出的特定次序或顺序次序才能达到期望的结果。此外，可以提供其它动作，或者动作可以从所描述的流程被去除，并且其它组件可被添加到或从所描述的系统中去除。同样，附图中所绘出的动作可以由不同的实体执行或者被合并。
本文所述的不同实施例的元素可以组合，以形成未在上面具体阐述的其它实施例。元素可被排除在本文所述的过程、计算机程序、网页等等之外，而不会不利地影响它们的操作。此外，各种独立的元素可被组合成一个或多个个别的元素，以执行本文所述的功能。
本文未具体描述的其它实现也在以下权利要求书的范围之内。

Claims (35)

1.一种有形地存储在计算机可读硬件存储设备上的计算机程序产品，该计算机程序产品用于管理网络上的受限的传感器设备，该计算机程序产品包括指令，以使处理器：
通过：
根据函数相对于其它函数的可用性和优先级来调度函数在受限的传感器设备上执行，
从而管理内置到所加载的图像中或者在受限的传感器设备的正常操作期间下载的用户定义的独立可执行函数或任务的动态集合。
2.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中该计算机程序产品是用于在受限的传感器设备上执行的实时操作系统。
3.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中调度指令定期评估当前未运行的函数，以确定这些函数当中是否有任何函数准备好运行。
4.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中，通过向未决的函数供给数据或者对于本身已暂停执行的函数递减计数定时器事件，中断被用来确定函数准备好运行。
5.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中堆栈具有根据相应优先级存储的函数并且，当发现具有比当前运行的函数更高优先级的准备好运行的函数时，所发现的函数被运行并且将其数据推到活动函数堆栈的顶部，而不事先将旧函数保存到RAM中另一个地方。
6.如权利要求5所述的计算机程序产品，其中，当新的函数完成运行并返回时，其所有堆栈使用都被弹出并且旧函数恢复运行。
7.一种方法，包括：
通过：
根据函数相对于其它函数的可用性和优先级来调度函数在受限的传感器设备上执行，
从而由一个或多个计算机管理内置到所加载的图像中或者在受限的传感器设备的正常操作期间下载的用户定义的独立可执行函数或任务的动态集合。
8.如权利要求7所述的方法，其中一个或多个计算机执行实时操作系统。
9.如权利要求7所述的方法，其中调度定期评估当前未运行的函数，以确定这些函数当中是否有任何函数准备好运行。
10.如权利要求7所述的方法，其中，通过向未决的函数供给数据或者对于本身已暂停执行的函数递减计数定时器事件，中断被用来确定函数准备好运行。
11.如权利要求7所述的方法，其中堆栈具有根据相应优先级存储的函数；及
确定具有比当前运行的函数更高优先级的函数是否准备好运行，
通过将所发现的函数的数据推到活动函数堆栈的顶部，而不事先将旧函数保存到RAM中另一个地方，
从而运行所发现的函数。
12.一种受限的传感器设备，包括：
处理设备；
传感器元件，用于感测物理条件，该传感器元件将要处理的数据发送到处理设备，其中处理设备对数据应用一个或多个用户定义的独立可执行函数；
存储设备，存储包括指令的计算机程序产品，以使处理设备：
通过：
根据函数相对于其它函数的可用性和优先级来调度函数在受限的传感器设备上执行，
从而管理内置到所加载的图像中或者在受限的传感器设备的正常操作期间下载的用户定义的独立可执行函数的动态集合。
13.如权利要求12所述的设备，其中计算机程序产品是用于在受限的传感器设备上执行的实时操作系统。
14.如权利要求12所述的设备，其中堆栈具有根据相应优先级存储的函数，并且当发现具有比当前运行的函数更高优先级的准备好运行的函数时，所发现的函数被运行并且将其数据推到活动函数堆栈的顶部，而不事先将旧函数保存到RAM中另一个地方。
15.如权利要求12所述的设备，其中受限的设备具有比用在探测设备中的其它计算设备、传感器等基本更少的持久和易失性存储器。
16.如权利要求12所述的设备，其中受限的设备是具有小于大约一兆字节闪存/持久性存储器以及小于约10-20千字节RAM/易失性存储器的设备。
17.一种联网的探测系统，包括：
传感器和计算设备的网络，联网包括：
一个或多个受限的传感器设备，每个包括：
第一处理设备；
传感器元件，用于感测物理条件，该传感器元件将要处理的数据发送到第一处理设备，其中第一处理设备对数据应用一个或多个用户定义的独立可执行函数；
存储设备，存储包括指令的计算机程序产品，以使处理设备：
通过：
根据函数相对于其它函数的可用性和优先级来调度函数在受限的传感器设备上执行，
从而管理内置到所加载的图像中或者在受限的传感器设备的正常操作期间下载的用户定义的独立可执行函数的动态集合；及
一个或多个全功能传感器设备，每个包括：
第二不同类型的处理设备，具有比第一处理设备更大的处理能力；
第二不同的存储器，耦合到第二不同类型的处理设备；及
网络连接，将一个或多个受限的传感器设备连接到网络。
18.一种有形地存储在计算机可读硬件存储设备上的计算机程序产品，该计算机程序产品用于管理网络上的受限的设备，该计算机程序产品包括指令，以使处理器：
根据函数相对于其它函数的可用性和优先级，来调度内置到所加载的图像中或者在受限的设备的正常操作期间下载的用户定义的独立可执行函数的动态集合以在受限的设备上执行，其中调度的指令被配置为：
识别准备好执行的特定函数；
确定识别出的函数是否具有比当前执行的函数更高的优先级；及
执行识别出的函数，而不在随机存取存储器中保存当前执行的函数的寄存器值。
19.如权利要求18所述的计算机程序产品，其中该计算机程序产品是用于在受限的传感器设备上执行的实时操作系统的一部分。
20.如权利要求18所述的计算机程序产品，其中，当识别出的函数与当前函数具有相等的优先级并且当前函数已被未决执行等待数据时，调度指令使识别出的函数执行。
21.如权利要求20所述的计算机程序产品，还包括指令：
对用于受限的设备的实时操作系统，为所有函数和任务管理处理器的单个堆栈。
22.如权利要求18所述的计算机程序产品，其中，当识别出的函数准备好执行时，在识别出的函数将其数据推到堆栈中当前执行的函数的位置顶部时，其余函数的堆栈函数在处理器的单个堆栈上保持原位。
23.如权利要求22所述的计算机程序产品，其中，当新函数完成执行并返回时，其所有堆栈使用被弹出并且当前执行的函数恢复执行。
24.一种计算机实现的方法，包括：
由处理器设备管理内置到所加载的图像中或者在受限的设备的正常操作期间下载的用户定义的独立可执行函数或任务的动态集合；
由处理器设备根据函数相对于其它函数的可用性和优先级来调度受限的设备上函数的执行，对于调度：
由处理器设备识别特定函数为准备好执行；及
当识别出的函数具有等于或高于当前执行的函数的优先级时，由处理器设备执行识别出的函数，而不在RAM中保存当前执行的函数的寄存器值。
25.如权利要求24所述的方法，其中由处理器进行管理是由在计算机中执行的实时操作系统执行的。
26.如权利要求24所述的方法，其中，当识别出的函数与当前函数具有相等的优先级并且当前函数已被未决执行等待数据时，调度指令使识别出的函数执行。
27.如权利要求26所述的方法，其中管理还包括：
对用于受限的设备的实时操作系统，由处理器为所有函数和任务管理处理器的单个堆栈。
28.如权利要求24所述的方法，其中，当识别出的函数准备好执行时，在识别出的函数将其数据推到当前执行的函数的堆栈的顶部时，其余函数的堆栈函数在处理器的单个堆栈上保持原位。
29.如权利要求28所述的方法，其中，当新函数完成执行并返回时，其所有堆栈使用被弹出并且当前执行的函数恢复执行。
30.一种受限的传感器设备，包括：
处理设备；
传感器元件，用于感测物理条件，该传感器元件将要处理的数据发送到处理设备，其中处理设备对数据应用一个或多个用户定义的独立可执行函数；
网络接口；
存储设备，存储包括指令的计算机程序产品，以使处理设备：
根据函数相对于其它函数的可用性和优先级，来调度内置到所加载的图像中或者在受限的设备的正常操作期间下载的用户定义的独立可执行函数的动态集合以在受限的设备上执行，其中调度的指令被配置为：
识别准备好执行的特定函数；
确定识别出的函数是否具有比当前执行的函数更高的优先级；及
执行识别出的函数，而不在随机存取存储器中保存当前执行的函数的寄存器值。
31.如权利要求30所述的设备，其中计算机程序产品是用于在受限的传感器设备上执行的实时操作系统。
32.如权利要求30所述的设备，其中，当识别出的函数与当前函数具有相等的优先级并且当前函数已被未决执行等待数据时，调度指令使识别出的函数执行。
33.如权利要求31所述的设备，还包括指令：
对用于受限的设备的实时操作系统，为所有函数和任务管理处理器的单个堆栈。
34.如权利要求30所述的设备，其中，当识别出的函数准备好执行时，在识别出的函数将其数据推到堆栈中当前执行的函数的位置顶部时，其余函数的堆栈函数在处理器的单个堆栈上保持原位。
35.如权利要求34所述的设备，其中，当新函数完成执行并返回时，其所有堆栈使用被弹出并且当前执行的函数恢复执行。
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