CN106843890B - 基于智能决策的传感器网络、节点及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种基于智能决策的传感器网络、节点及其运行方法，该方法包括：根据第一操作系统的第一进程调度方法采集感知数据并发送至服务节点；接收并保存服务节点发送的采用第二进程调度方法的第二操作系统；切换操作系统，运行所述第二操作系统，并将其标识为第一操作系统，将原第一操作系统标识为第二操作系统。该方法能够合理配置感知节点的资源，提高感知节点信息采集与处理的时效性、节能性，同时又具有良好的可靠性。

Description

基于智能决策的传感器网络、节点及其运行方法
技术领域
本申请涉及计算机科学技术领域，尤其涉及一种基于智能决策的传感器网络、节点及其运行方法。
背景技术
传感器网络是由大量传感器节点通过相互通信形成的网络，每个网络节点由传感模块、处理模块和电源模块组成，完成数据采集、数据收发、数据转发三项基本功能。传感器网络节点具有广泛的应用。新一代更小、更廉价的低功耗设备的产生，分布式计算带来的数据计算和处理能力的提高，通信技术的发展，以及微机电系统的发展，使得发展低成本、低功耗、多种距离的通讯的多功能传感器成为可能。传感器网络按连接形式不同分为无线传感器网络和有线传感器网络两部分。无线传感器网络不需要固定网络支持，具有快速展开、布设方便等特点，但稳定性和可靠性要劣于有线传感器网络。
在传感器网络中，嵌入式操作系统负责感知节点的全部软、硬件资源的分配、任务调度，控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面等。
C/S(Client/Server)架构是客户机和服务器结构。它通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，降低了系统的通讯开销。
ISP(In-System Programmabilit，在线可编程)是指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。
长进程这里是指嵌入式操作系统处理的数据量大、用时时间长的程序，比如视频数据采集、预处理、发送相关的业务处理。
短进程这里是指嵌入式操作系统处理的与数据量小，用时时间短的程序，比如温度、湿度、亮度、加速度等状态数据的采集、发送相关的业务处理或者与音频数据采集、预处理、发送相关的业务处理。
MPU(Microprocessor Unit，微处理器)空闲率是指在嵌入式操作系统作用下，MPU处理空闲/休眠状态的时间占总的运行时间的比率。在嵌入式操作系统作用下，MPU空闲率越高，表示整个节点能量消耗越少，感知节点工作时间越持久。
周转时间T这里是指单位时间内整个系统完成进程的周转时间Ti的平均值，即：
Figure BDA0001220238800000021
其中：Ti＝Tif-Tia，Tif表示进程完成时间，Tia表示进程到达时间。周转时间T越小意味着对整个系统来说，各相关资源的能量消耗越少，感知节点工作时间更持久。
在传感器网络中，对长进程和短进程的需求经常会发生变化，而现有的传感器网络通常是运行在预先设定好的嵌入式操作系统中，而操作系统的核心——进程调度方法也是与操作系统对应的，很难根据实际需求改变，这就容易导致系统资源无法合理地分配给需求更大的进程，使周转时间延长，造成系统资源的浪费和能源的消耗。而如果要动态更新操作系统，就会导致传感器网络长时间不能运转，造成信息数据的流失。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本申请的一个目的在于提出一种基于智能决策的传感器网络、节点及其运行方法，可以合理配置感知节点的资源，提高感知节点信息采集与处理的时效性、节能性，同时又具有良好的可靠性。
为达到上述目的，本申请实施例提出了一种基于智能决策的传感器网络运行方法，包括：根据第一操作系统的第一进程调度方法采集感知数据并发送至服务节点；接收并保存服务节点发送的采用第二进程调度方法的第二操作系统；切换操作系统，运行所述第二操作系统，并将其标识为第一操作系统，将原第一操作系统标识为第二操作系统。
为达到上述目的，本申请实施例还提出一种基于智能决策的传感器网络运行方法，包括：接收感知节点采集的感知数据；分析所述感知数据的信息特点，选择与所述信息特点匹配的第二进程调度方法；生成采用第二进程调度方法的第二操作系统，并发送至所述感知节点。
为达到上述目的，本申请实施例还提出一种基于智能决策的传感器网络感知节点，包括：进程管理模块，用于根据第一操作系统的第一进程调度方法调度进程采集感知数据并发送至服务节点；接收保存模块，用于接收并保存服务节点发送的采用第二进程调度方法的第二操作系统；系统管理模块，用于监控系统中运行的进程，并在第二操作系统更新完成后对操作系统进行切换，运行所述第二操作系统，并将其标识为第一操作系统，将原第一操作系统标识为第二操作系统。
为达到上述目的，本申请实施例还提出一种基于智能决策的传感器网络服务节点，包括：接收模块，用于接收感知节点采集的感知数据；分析匹配模块，分析所述感知数据的信息特点，选择与所述信息特点匹配的第二进程调度方法；生成采用第二进程调度方法的第二操作系统，并发送至所述感知节点。
为达到上述目的，本申请实施例还提出一种基于智能决策的传感器网络，包括至少一个上述实施例的感知节点和连接所述感知节点的服务节点。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，通过在服务节点周期性地根据感知节点采集到的环境数据判断感知环境和感知节点的进程管理适配情况，根据实际情况选择更合适的进程调度方法对感知节点的嵌入式操作系统进行更新，有效地使用感知节点有限的资源，合理地配置感知节点操作系统对进程的管理，以尽可能的提高感知节点服务品质、降低感知节点的能源消耗，保证信息采集的时效性和连续性，提高感知节点运行的稳定性。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提出的基于智能决策的传感器网络运行方法的流程示意图；
图2是本申请另一实施例提出的基于智能决策的传感器网络运行方法的流程示意图；
图3是本申请一实施例的基于智能决策的传感器网络感知节点的结构示意图；
图4是本申请另一实施例的基于智能决策的传感器网络服务节点的结构示意图；
图5是本申请另一实施例的基于智能决策的传感器网络的结构示意图；
图6是本申请一具体实施例提出的基于智能决策的传感器网络运行方法的流程示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种基于智能决策的传感器网络、节点及其运行方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本发明将传感器网络的嵌入式操作系统与基于网络的客户端/服务器(C/S)架构相结合，针对复杂环境监测提出一种节能、高效的智能传感器网络、节点及其运行方法。本发明通过服务节点、感知节点及其嵌入式操作系统的进程管理完成，可应用于复杂感知环境，实现对传感器网络感知节点中进程管理的动态优化设计，使得感知节点整体性能接近全局最优。
图1是本申请一实施例提出的基于智能决策的传感器网络运行方法的流程示意图。本实施例从感知节点的角度描述实现智能决策的运行方法，如图1所示，该方法包括：
步骤101，根据第一操作系统的第一进程调度方法采集感知数据并发送至服务节点，以使服务节点根据所述感知数据选择第二进程调度方法；
步骤102，接收并保存服务节点发送的采用第二进程调度方法的第二操作系统；
步骤103，切换操作系统，运行所述第二操作系统，并将其标识为第一操作系统，将原第一操作系统标识为第二操作系统。
其中，感知节点采用嵌入式操作系统实现底层硬件，包括MPU(MicroprocessorUnit，微处理器)、存储装置、供电装置、显示装置和各类传感器的管理；服务节点采用大型操作系统和应用程序实现对计算机、计算机集群以及数据库、数据仓库、模型库、知识库等决策资源的管理。
具体地，感知节点在初始化运行后，通过嵌入式操作系统开始建立各种进程以采集感知数据，并定期将采集到的感知数据反馈到服务节点，服务节点分析采集到的感知数据，可以根据数据的特点，例如视频数据、音频数据、温度数据等，从而根据感知数据的特点了解该感知节点的资源如何更合理地分配，并为其选择匹配的第二进程调度方法，生成采用第二进程调度方法的第二操作系统并发送到感知节点的操作系统存储区。感知节点在完成第二操作系统的更新后，将系统切换至更新后的操作系统，按照第二进程调度方法建立进程分配节点资源。
本实施例能够根据采集到的感知数据智能地选择匹配的进程调度方法来更新感知节点的嵌入式操作系统，对节点资源进行合理化分配，提高资源利用率，进而有效提高感知节点服务品质、降低感知节点的能源消耗。
根据本申请的一个实施例，所述根据第一操作系统的第一进程调度方法采集感知数据的同时，还包括记录采集数据的各个进程的管理信息和汇报信息并周期性地发送至服务节点，以使服务节点根据所述管理信息和汇报信息选择第二进程调度方法，其中，管理信息包括操作系统对一个或一批进程进行管理所必需的全部信息，汇报信息中记载进程类别和进程运行过程中的时间、电源消耗情况。具体地，感知节点可以建立SMB(系统管理模块)和PMB(进程管理模块)进行各个进程的管理信息记录，通过SRB(系统汇报模块)和PRB(进程信息汇报模块)来记录各进程的汇报信息。通过各个进程的管理信息和汇报信息可以获知感知节点在运行过程中的资源分配和利用情况，以及该感知节点的耗电情况和服务质量，进而服务节点能够根据该感知节点的实际需求选择适配的进程调度方法对感知节点的系统进行更新。
根据本申请的一个实施例，在所述切换操作系统，运行更新后的第二操作系统之前，还包括：根据所述管理信息和汇报信息中的参数配置所述第二操作系统的相应变量。具体地，在切换操作系统之前，感知节点根据现行的第一操作系统的参数配置接收到的第二操作系统，使两个系统除方法以外的其他参数和功能模块同步，从而在切换系统时能够在线平滑切换，避免了停机更新，保证数据的实时性以及系统的稳定性和可靠性。
根据本申请的一个实施例，所述第一操作系统是当前操作系统，所述第一进程调度方法是先来先服务的进程调度方法，所述第一操作系统与所述第二操作系统互为备用，当有进程在运行过程中非正常终止时，所述方法还包括：撤销已终止的进程，并将操作系统切换为备用的操作系统。具体的，感知节点可以同时存储两个操作系统，在第一操作系统运行时，第二操作系统作为备用操作系统，当第二操作系统更新完成，切换到第二操作系统后，第一操作系统则成为备用系统。进程在运行过程中，若出现了各种灾难性的错误则立即进入非正常终止。灾难性错误指的是那些使进程无法再继续执行的错误，如程序执行了非法指令，会出现算术运算的溢出，访问内存时地址越界，信息传输时奇-偶校验错等等。通过同时存储两个操作系统，可以提高感知节点运行的稳定性，即使在一个系统出错时也能通过另一个系统迅速恢复工作，同时提高信息采集的时效性和连续性。
本申请的实施例通过周期性地向服务节点反馈采集到的环境数据，以使服务节点判断感知环境和感知节点的进程管理适配情况从而选择更合适的进程调度方法对感知节点的嵌入式操作系统进行更新，有效地使用感知节点有限的资源，合理地配置感知节点操作系统对进程的管理，以尽可能的提高感知节点服务品质、降低感知节点的能源消耗，保证信息采集的时效性和连续性，提高感知节点运行的稳定性。
图2是本申请另一实施例提出的基于智能决策的传感器网络运行方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括：
步骤201，接收感知节点采集的感知数据；
步骤202，分析所述感知数据的信息特点，选择与所述信息特点匹配的第二进程调度方法；
步骤203，生成采用第二进程调度方法的第二操作系统，并发送至所述感知节点。
其中，感知节点采用嵌入式操作系统实现底层硬件，包括MPU(MicroprocessorUnit，微处理器)、存储装置、供电装置、显示装置和各类传感器的管理；服务节点采用大型操作系统和应用程序实现对计算机、计算机集群以及数据库、数据仓库、模型库、知识库等决策资源的管理。
根据本申请的一个实施例，所述分析所述感知数据的信息特点，选择与所述信息特点匹配的第二进程调度方法，进一步包括：预先建立对性能指标的要求与可选进程调度方法之间的映射关系；根据所述感知数据获取采集数据的各个相应进程的管理信息和汇报信息，并计算相应感知节点的性能指标，其中，管理信息包括操作系统对一个或一批进程进行管理所必需的全部信息，汇报信息中记载进程类别和进程运行过程中的时间、电源消耗情况；分析所述性能指标的特点，根据所述映射关系选择匹配的第二进程调度方法，其中，所述性能指标包括服务质量和/或电能消耗。
根据本申请的一个实施例，在将所述第二操作系统发送至所述感知节点之前，还包括：根据所述管理信息和汇报信息中的参数配置所述第二操作系统的相应变量。
本申请的实施例通过在服务节点周期性地根据感知节点采集到的环境数据判断感知环境和感知节点的进程管理适配情况，根据实际情况选择更合适的进程调度方法对感知节点的嵌入式操作系统进行更新，有效地使用感知节点有限的资源，合理地配置感知节点操作系统对进程的管理，以尽可能的提高感知节点服务品质、降低感知节点的能源消耗，保证信息采集的时效性和连续性，提高感知节点运行的稳定性。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种基于智能决策的传感器网络及其感知节点、服务节点，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于基于智能决策的传感器网络及其感知节点、服务节点解决问题的原理与基于智能决策的传感器网络运行方法相似，因此基于智能决策的传感器网络及其感知节点、服务节点的实施可以参见基于智能决策的传感器网络运行方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图3是本申请一实施例的基于智能决策的传感器网络感知节点的结构示意图。本实施例的感知节点可以为实现相应功能的逻辑部件构成，也可以为运行有相应功能软件的电子设备。
如图3所示，该基于智能决策的传感器网络感知节点包括：进程管理模块11、接收保存模块12和系统管理模块13。
具体地，进程管理模块11，用于根据第一操作系统的第一进程调度方法调度进程采集感知数据并发送至服务节点；
接收保存模块12，用于接收并保存服务节点发送的采用第二进程调度方法的第二操作系统；
系统管理模块13，用于监控系统中运行的进程，并在第二操作系统更新完成后对操作系统进行切换。
根据本申请的一个实施例，进程管理模块11还用于记录采集数据的各个进程的管理信息和汇报信息并周期性地发送至服务节点，以使服务节点根据所述管理信息和汇报信息选择第二进程调度方法，其中，管理信息包括操作系统对一个或一批进程进行管理所必需的全部信息，汇报信息中记载进程类别和进程运行过程中的时间、电源消耗情况。
根据本申请的一个实施例，系统管理模块13还用于在接收到第二操作系统之后，根据所述管理信息和汇报信息中的参数配置所述第二操作系统的相应变量。
根据本申请的一个实施例，所述第一操作系统的第一进程调度方法初始为先来先服务的进程调度方法，所述第一操作系统与所述第二操作系统互为备用，当有进程在运行过程中非正常终止时，所述系统管理模块13还用于撤销已终止的进程，并将操作系统切换为备用的操作系统。
本申请的实施例通过周期性地向服务节点反馈采集到的环境数据，以使服务节点判断感知环境和感知节点的进程管理适配情况从而选择更合适的进程调度方法对感知节点的嵌入式操作系统进行更新，有效地使用感知节点有限的资源，合理地配置感知节点操作系统对进程的管理，以尽可能的提高感知节点服务品质、降低感知节点的能源消耗，保证信息采集的时效性和连续性，提高感知节点运行的稳定性。
图4是本申请另一实施例的基于智能决策的传感器网络服务节点的结构示意图。如图4所示，该服务节点包括：接收模块21、分析匹配模块22和系统生成模块23。
具体地，接收模块21，用于接收感知节点采集的感知数据；
分析匹配模块22，分析所述感知数据的信息特点，选择与所述信息特点匹配的第二进程调度方法；
系统生成模块23，用于生成采用第二进程调度方法的第二操作系统，并发送至所述感知节点。
根据本申请的一个实施例，接收模块21还用于接收感知节点发送的管理信息和汇报信息，分析匹配模块22进一步用于：预先建立对性能指标的要求与可选进程调度方法之间的映射关系；根据所述感知数据获取采集数据的感知节点客户端的各个相应进程的管理信息和汇报信息，并计算相应感知节点的性能指标，其中，管理信息包括操作系统对一个或一批进程进行管理所必需的全部信息，汇报信息中记载进程类别和进程运行过程中的时间、电源消耗情况；分析所述性能指标的特点，根据所述映射关系选择匹配的第二进程调度方法，其中，所述性能指标包括服务质量和/或电能消耗。
根据本申请的一个实施例，在将所述第二操作系统发送至所述感知节点之前，系统生成模块23还用于根据所述管理信息和汇报信息中的参数配置所述第二操作系统的相应变量。
本申请的实施例通过在服务节点周期性地根据感知节点采集到的环境数据判断感知环境和感知节点的进程管理适配情况，根据实际情况选择更合适的进程调度方法对感知节点的嵌入式操作系统进行更新，有效地使用感知节点有限的资源，合理地配置感知节点操作系统对进程的管理，以尽可能的提高感知节点服务品质、降低感知节点的能源消耗，保证信息采集的时效性和连续性，提高感知节点运行的稳定性。
图5是本申请另一实施例的基于智能决策的传感器网络的结构示意图。如图5所示，该传感器网络包括至少一个如权利要求8所述的感知节点10和连接所述感知节点的如权利要求9所述的服务节点20。
在具体的实施例中，传感器网络节点按功能可分为两类：感知节点和服务节点。服务节点主要体现在数据存储能力、数据处理能力和能源储备远优于感知节点，感知节点是多维度数据采集平台和被控制节点，存储能力、计算能力和能源储备都非常有限。服务节点和感知节点一般通过无线网络连接，条件允许时也可采用有线网络。一般出于成本考虑，感知节点与服务节点之间采用无线网络连接。
本申请的实施例通过在服务节点周期性地根据感知节点采集到的环境数据判断感知环境和感知节点的进程管理适配情况，根据实际情况选择更合适的进程调度方法对感知节点的嵌入式操作系统进行更新，有效地使用感知节点有限的资源，合理地配置感知节点操作系统对进程的管理，以尽可能的提高感知节点服务品质、降低感知节点的能源消耗，保证信息采集的时效性和连续性，提高感知节点运行的稳定性。
下面通过具体实施例对本申请的方法进行说明，前述实施例中已经说明的内容在此不再赘述。
图6是本申请一实施例提出的基于智能决策的传感器网络运行方法的流程示意图。如图6所示，该方法包括如下步骤：
步骤601：建立由感知节点、服务节点组成传感器网络。
其中，传感器网络的拓扑结构可以为点对点，也可以是星型、MESH或树型等结构。不失一般性，为说明工作过程，本实施例以常见的星型结构为例进行说明。
具体地，感知节点加电后通过先运行配置文件，引导计算机加载和运行操作系统，即通过寄存器将地址指向操作系统存储模块，操作系统存储模块采用双模块互为备份形式，例如可以是物理上一个可编程存储模块分为两个区域，也可以是物理上两个可编程存储模块等。不论哪种形式，都使得计算机中同时存在着两个嵌入式操作系统，每个嵌入式操作系统对应一个进程调度方法。为表述方便，以下分别用操作系统A和操作系统B表示。计算机首先读取的是操作系统A和操作系统B的新旧标签，通过新旧标签将计算机引导到标识为新的操作系统上。新旧标签在实现中用数值标识，为陈述方便，这里用N(新)和O(旧)代替，并假设初始时的对应关系为：操作系统A—N，操作系统B—O。
步骤602，感知节点按照操作系统A—N进行节点资源配置和调用。
具体地，可以为预先设定的各可能进程建立SMB(系统管理模块)，进程调度程序通过PMB(进程管理模块)进行。另外建立SRB(系统汇报模块)，操作系统运行中的后来设定信息(比如I/O设备的设定信息)记录在SRB中并周期性发送到服务节点。
当进程输入后，感知节点首先将它插入内存队列中，所有进入队列的进程都处于有秩序的后备状态，等待进程调度程序调度它们运行。
进程建立时把该进程所包含的全部程序和数据输入到计算机的辅助存储器中，然后由进程注册程序在系统中为该进程申请并建立一个相应的进程管理模块PMB和进程信息汇报模块PRB，PMB中包含了操作系统对该进程进行管理所必需的信息，例如包括进程名、进程估计执行时间、优先级、进程建立时间、进程说明书文件名、内存要求、外设要求、进程状态以及进程在外存中的存储地址等。其中，进程名用于识别不同的进程；进程估计执行时间、建立时间以及优先级等则是为进程调度方法提供参数；进程状态描述进程生存期的各个阶段，包括进程的输入、后备、执行以及完成等各阶段；对内存和外存等的要求是进程对硬件资源的要求，进程在外存中的地址用于指明进程在外存中的位置，以便系统将进程调入内存时迅速地找到它。
步骤603，感知节点按进程调度方法A不断把处于后备状态的进程调到主机上运行。并在进程运行过程中将记录在进程信息汇报模块PRB中的进程类别、时间、电源消耗情况等情况周期性地发送给服务节点。
将一个进程调入执行任务，获得了所需资源并被装入内存之后，该进程便由后备转入运行状态。PMB将当前调度到的一个进程转变为运行状态后，自己便进入睡眠状态，以等待下一个进程。进程在运行期间不断地在运行、就绪、等待等状态之间转换，并以走走停停方式向前推进，最终完成各自的执行。进程的执行完全由MPU调度程序驱动。感知节点在嵌入式操作系统和进程共同作用下，感知环境数据并通过网络发送给服务节点。
步骤604，服务节点分析感知节点发送来的信息的特点，依据预设的映射关系选择匹配的进程调度方法。
具体地，进程调度方法形成如下集合：
A＝{W1,W2,…,Wi,…Wn}
上式中Wi表示某一进程调度方法，由如下元素组成。
Wi＝{ci,1,ci,2,…,ci,j,…ci,n}
ci表示基于训练数据得到的反映该进程调度方法Wi特点的性能指标。常用性能指标有长进程服务质量、短进程服务质量、MPU的空闲率、周转时间等。
感知节点的初始操作系统可以采用先来先服务的进程调度方法。
感知节点周期性地将当前进程性能指标反馈给服务节点，服务节点按照性能指标的需求通过比较选择最能符合特定指标要求的进程调度方法，比如对进程性能指标量化要求为：cj，当
ci-1,j≤cj≤ci,j
时，选择ci,j对应的进程调度方法Wj。
进一步地，当进程同时对多项指标具有要求时，对多项指标按优先权排序进行选择。
进程设定好后，服务节点按照SRB发送来的设定参数配置新操作系统中的相应变量，完成新系统与旧系统之间的参数同步。
步骤605，感知节点通过DMA方式更新操作系统-O区的存储内容。
具体地，每次服务端都通过DMA方式(直接内存操作，即在DMA控制器的管理下，外设和存储器直接进行数据交换，而不需MPU干预)将采用新的进程调度方法的操作系统发送到感知节点更新区(即操作系统-O存储区)实现。
以上过程可以不断循环，逐步优化直到实现符合该环境下进程的最优调度。
另一种更新的方式是每次根据对环境的感知需求和系统控制要求，预先设定进程调度优先级，直接发送到感知节点操作系统更新区进行系统更新。即不对更新区的整个操作系统进行更新，而是只更新操作系统中不同进程调度的优先级。
步骤606，感知节点将更新完毕后的两个操作系统区相互更换新旧标签。
将操作系统-O的标识换为-N，将当前运行的操作系统标签-N更换为-O，然后切换新旧两个操作系统。
步骤607，当有进程在运行过程中非正常终止时，撤销已终止的进程，并将操作系统切换为备用的操作系统-O。
进程参与到操作系统的并发执行，最终将正常终止或非正常终止。进程在运行过程中，若出现了各种灾难性的错误则立即进入非正常终止。灾难性错误指的是那些使进程无法再继续执行的错误，如程序执行了非法指令，会出现算术运算的溢出，访问内存时地址越界，信息传输时奇-偶校验错等等。一个进程终止后，便要调用终止进程的程序模块，该模块功能是向PMB发一终止的消息，然后使本进程进入等待或停止状态，等待其父进程撤消。
当任一进程向PMB发送消息时，都将把PMB唤醒，PMB醒来后读取消息，发现该批进程中有正常或非正常终止，它便要逐个地撤消这些已终止的进程。若存在非正常终止的进程，则将操作系统-O的标识换为-N，将当前运行的操作系统-N的标识更换为-O，然后进入步骤602。
下面结合图5、图6和上述实施例，进一步采用具体案例详细说明本发明技术方案的应用。
图5中，一共设置了4个无线节点，其中感知节点3个，服务节点1个，形成了一种星型拓扑结构。其中，感知节点1的感知环境要求传输的是视频信息。感知节点2的感知环境要求传输的是温度、湿度、亮度、加速度等短进程信息。感知节点3的感知环境要求传输的是两类信息的混合。
根据图6的操作过程，在系统加电的初始阶段。感知节点1、感知节点2、感知节点3的进程调度均采用先来先服务原则，即当系统需要调度一个新的进程运行时，该方法总是按照先来后到的原则，将等待时间最长且资源要求可以满足的进程调入运行。若进程在后备状态已按先来后到的顺序排好队，则进程调度总是从后备队列的队首开始考查。即：操作系统A的进程调度采用先来先服务，初始时的新旧标签对应关系为：操作系统A—N，操作系统B—O。
感知节点周期性地将MPU利用率、吞吐量、进程周转时间等参数发送给服务节点。
在服务节点端对感知节点周期性发送的图像质量、状态信息服务质量、MPU利用率、吞吐量、进程周转时间等参数进行评估，如果不符合要求，则发送新的操作系统程序到感知节点操作系统B存储区。
由于服务节点对感知节点1有较高的图像质量需求，服务节点发送采用最长进程优先进程调度方法的操作系统给感知节点。即在该操作系统的进程调度中总是优先考虑运行时间长的视频进程。服务节点发送该新的操作系统至感知节点的操作系统B服务区，当按照前述实施例发送完毕后，发送信号给感知节点直接切换操作系统。
由于服务节点对感知节点2有较高的状态信息服务质量需求，服务节点发送采用最短进程优先进程调度方法的操作系统。即在该操作系统的进程调度中总是优先考虑运行时间短的状态进程。服务节点发送该新的操作系统至感知节点的操作系统B服务区，当按照前述实施例发送完毕后，发送信号给感知节点直接切换操作系统。
当感知节点3对视频信息服务质量和状态信息服务质量同时具有较高需求时，服务节点发送采用响应比高优先进程调度方法的操作系统。即按如下公式计算响应比：
Figure BDA0001220238800000131
更新的操作系统按Rp从大到小的顺序调度作业运行。这种方法实现了该操作系统的进程调度中最长进程优先和最短进程优先的一个折衷。服务节点发送该新的操作系统至感知节点的操作系统B服务区，当按照前述实施例发送完毕后，发送信号给感知节点直接切换操作系统。
本申请的实施例通过在服务节点周期性地根据感知节点采集到的环境数据判断感知环境和感知节点的进程管理适配情况，根据实际情况选择更合适的进程调度方法对感知节点的嵌入式操作系统进行更新，有效地使用感知节点有限的资源，合理地配置感知节点操作系统对进程的管理，以尽可能的提高感知节点服务品质、降低感知节点的能源消耗，保证信息采集的时效性和连续性，提高感知节点运行的稳定性。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于智能决策的传感器网络运行方法，其特征在于，包括：
根据第一操作系统的第一进程调度方法采集感知数据并发送至服务节点，以使服务节点根据所述感知数据选择第二进程调度方法；
接收并保存服务节点发送的采用第二进程调度方法的第二操作系统；
切换操作系统，运行所述第二操作系统，并将其标识为第一操作系统，将原第一操作系统标识为第二操作系统；
其中，所述根据第一操作系统的第一进程调度方法采集感知数据的同时，还包括：
记录采集数据的各个进程的管理信息和汇报信息并周期性地发送至服务节点，以使服务节点根据所述管理信息和汇报信息选择第二进程调度方法，其中，管理信息包括操作系统对一个或一批进程进行管理所必需的全部信息，汇报信息中记载进程类别和进程运行过程中的时间、电源消耗情况。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述切换操作系统，运行更新后的第二操作系统之前，还包括：
根据所述管理信息和汇报信息中的参数配置所述第二操作系统的相应变量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一操作系统是当前操作系统，所述第一进程调度方法初始为先来先服务的进程调度方法，所述第一操作系统与所述第二操作系统互为备用，当有进程在运行过程中非正常终止时，所述方法还包括：
撤销已终止的进程，并将操作系统切换为备用的操作系统。
4.一种基于智能决策的传感器网络运行方法，其特征在于，包括：
接收感知节点采集的感知数据；
分析所述感知数据的信息特点，选择与所述信息特点匹配的第二进程调度方法；
生成采用第二进程调度方法的第二操作系统，并发送至所述感知节点；
其中，所述分析所述感知数据的信息特点，选择与所述信息特点匹配的第二进程调度方法，进一步包括：
预先建立对性能指标的要求与可选进程调度方法之间的映射关系；
根据所述感知数据获取采集数据的各个相应进程的管理信息和汇报信息，并计算相应感知节点的性能指标，其中，管理信息包括操作系统对一个或一批进程进行管理所必需的全部信息，汇报信息中记载进程类别和进程运行过程中的时间、电源消耗情况；
分析所述性能指标的特点，根据所述映射关系选择匹配的第二进程调度方法，其中，所述性能指标包括服务质量和/或电能消耗。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在将所述第二操作系统发送至所述感知节点之前，还包括：
根据所述管理信息和汇报信息中的参数配置所述第二操作系统的相应变量。
6.一种基于智能决策的传感器网络感知节点，其特征在于，包括：
进程管理模块，用于根据第一操作系统的第一进程调度方法调度进程采集感知数据并发送至服务节点；
接收保存模块，用于接收并保存服务节点发送的采用第二进程调度方法的第二操作系统；
系统管理模块，用于监控系统中运行的进程，并在第二操作系统更新完成后对操作系统进行切换，运行所述第二操作系统，并将其标识为第一操作系统，将原第一操作系统标识为第二操作系统；
其中，所述根据第一操作系统的第一进程调度方法采集感知数据的同时，还包括：
记录采集数据的各个进程的管理信息和汇报信息并周期性地发送至服务节点，以使服务节点根据所述管理信息和汇报信息选择第二进程调度方法，其中，管理信息包括操作系统对一个或一批进程进行管理所必需的全部信息，汇报信息中记载进程类别和进程运行过程中的时间、电源消耗情况。
7.一种基于智能决策的传感器网络服务节点，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收感知节点采集的感知数据；
分析匹配模块，分析所述感知数据的信息特点，选择与所述信息特点匹配的第二进程调度方法；
系统生成模块，用于生成采用第二进程调度方法的第二操作系统，并发送至所述感知节点；
其中，所述分析所述感知数据的信息特点，选择与所述信息特点匹配的第二进程调度方法，进一步包括：
预先建立对性能指标的要求与可选进程调度方法之间的映射关系；
根据所述感知数据获取采集数据的各个相应进程的管理信息和汇报信息，并计算相应感知节点的性能指标，其中，管理信息包括操作系统对一个或一批进程进行管理所必需的全部信息，汇报信息中记载进程类别和进程运行过程中的时间、电源消耗情况；
分析所述性能指标的特点，根据所述映射关系选择匹配的第二进程调度方法，其中，所述性能指标包括服务质量和/或电能消耗。
8.一种基于智能决策的传感器网络，其特征在于，包括至少一个如权利要求6所述的感知节点和连接所述感知节点的如权利要求7所述的服务节点。
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