摘 要

无线传感器网络（WSN）在智慧交通、智能医疗、精准农业、智能家居等广泛领域发挥了重要作用。由于WSN软硬件平台多样化以及通信带宽受限等的特点，无线传感器网络编程与重编程存在较大的困难。一方面，用户需了解不同的底层软硬件细节以进行上层应用编程，编程复杂度较大。另一方面，WSN网络通信带宽较小，传送数据量较大的更新代码需要的时间较长，能耗较大，且可靠性较差。为有效解决上述问题，本文在WSN节点上实现了一个精简的嵌入式Java虚拟机simpleRTJ。基于嵌入式Java虚拟机，WSN用户可通过健壮的、平台无关的、面向对象的Java语言编写应用程序，应用程序开发复杂度可有效地降低。另一方面，在重编程过程中，用户仅需传送应用程序代码，而不需传送整个软件代码，因此，重编程效率较高。

本文通过分析WSN应用环境的需求，选择AT91SAM7X-EK开发板作为WSN节点硬件平台，并将优化精简后的simpleRTJ移植到AT91SAM7X-EK开发板上。评估实验表明，实施嵌入式simpleRTJ机制后，不仅可降低WSN应用程序开发的复杂度，提高WSN应用程序的容错性与可移植性，还可大大提高了WSN应用程序重编程的效率，对于促进WSN技术在更广泛领域中的发展与应用具有重要意义。

关键字：无线传感网络；Java虚拟机；重编程

Abstract

Wireless Sensor Network (WSN) has played an important role in various fields. However, wireless sensor network node based programming is very difficult because unified hardware and software platform dose not exists. The traditional way is to learn the underlying details of the development before using embedded C language to develop application, applications’ multi-platform compatibility is poor which developed by this model, and once downloaded to WSN nodes, it’s hard to reprogram application on WSN nodes. One way to solve this problem is to realize embedded Java Virtual Machine (EJVM) on the WSN node, based on EJVM, users can program with object-oriented language Java. Based on simpleRTJ development platform written procedures and platform-independent, it can be deployed to run on different nodes, and can be issued at the coordinator application data to update the application. In this paper, it analyzed the WSN application development requirement, and select the AT91SAM7X-EK as the hardware platform, IAR integrated development environment as a software platform. And then it implemented simpleRTJ on the AT91SAM7X-EK development board, making it possible to run Java applications on WSN nodes. After achieving simpleRTJ, it achieved a new communication protocol. Through new communication protocol, you can remotely update the application to solve the reprogramming troublesome. Based on the development platform to achieve after this model was developed to assess the performance, at the expense of performance to streamline the development process to increase performance reprogramming. Finally, a summary, and the prospect of priorities for future work.

Keywords: Wireless Sensor Network; Java Virtual Machine; reprogram

目录

摘要 i

Abstract ii

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.3 本文的研究内容和组织结构 5

第二章 开发平台选型 7

2.1 硬件平台介绍 7

2.2 开发环境介绍 9

2.3 本章小结 12

第三章 技术实现 13

3.1 simpleRTJ移植 13

3.2 远程重编程通信规约 14

3.2.1 ZigBee通信协议简介 14

3.2.2 CDT通信帧设计 15

3.3 重编程技术实现 17

3.4 本章小结 24

第四章 性能评估 25

4.1 系统特性比较 25

4.1.1 系统开发难度分析 25

4.1.2 垃圾回收性能比较 26

4.1.3 异常处理机制分析 27

4.2 重编程代码量比较 28

4.3 代码执行效率比较 28

4.4 远程重编程技术实现 28

4.5 本章小结 30

第五章 总结和展望 31

5.1 总结 31

5.2 展望 31

参考文献 32

致谢 34

绪论

研究背景及意义

WSN(Wireless Sensor Network，无线传感器网络)最初是由美国军方构想，美国国防部高级研究所计划署于1978年开始资助卡耐基－梅隆大学进行分布式传感器网络的研究，可以认为是WSN的雏形^[1]。

20世纪90年代以来，随着微电子纳米材料、无线通讯和低能耗嵌入技术的快速发展，大量成本低廉、微型化、质量小的智能无线传感器所构成的无线传感网络WSN（Wireless Sensor Network）。其目的是协作地感知、采集和处理WSN覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。目前，WSN技术已逐渐应用到精准农业、环境监测、工业控制、智能家居等领域。