传感器网络中的状态迁移与数据融合技术解析

### 传感器网络中的状态迁移与数据融合技术解析 #### 一、传感器网络模块相关基础 在传感器网络中，模块的操作涉及多个方面。在文件操作方面，Coffee文件系统在打开文件句柄时标准差较大（根据相关研究为132 ± 36.6ms ），因此在测量时排除了它，但对外部闪存实际数据的访问时间是包含在内的。在计算重定位百分比时，要考虑到每次重定位会产生一个内存地址，大小为两个字节。 地址索引的构建时间并不完全取决于不同符号的数量，还与最后使用的符号在符号表中的位置有关。由于符号是排序的，一旦找到一个符号，模块中的下一个符号必然在符号表中更靠下的位置，无需重新开始搜索。链接过程与模块大小成正比，主要是因为闪存访问速度慢，其中一半时间用于写入内部闪存。 以下是不同模块构建地址索引和链接时间的比较： | 模块 | 符号数量 | 最后符号 | 匹配符号时间 | 大小（文本 + 数据） | 重定位数量（百分比） | 链接时间 | 字节/毫秒 | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | hello world | 1 | puts | 55 ms | 78 B | 5 (12.8 %) | 5 ms | 14.4 | | mod agg | 14 | rimeaddr copy | 82 ms | 910 B | 48 (10.6 %) | 67 ms | 13.6 | | mod agg + rudolph2 | 27 | watchdog periodic | 114 ms | 2230 B | 119 (10.7 %) | 159 ms | 14.0 | #### 二、状态迁移分析 状态迁移支持在整个框架所需的7 KB中占2 KB ，它包含了模块序列化所需的所有功能。以mod aggr - module的迁移为例，它有8 B的数据、一个指针和从堆中分配的10 B ，总共20字节需要迁移，序列化后的数据大小为44字节，这主要是由静态开销造成的，如不同内存段的大小和地址（6 × 4 B ）、动态分配内存块的总数和注册指针等。每个额外的动态分配内存块只增加4字节（地址和大小）的额外开销。 单跳迁移大约需要1 s ，几乎所有时间都花在网络栈上。为了节省电量，每个节点每300 ms有一个短监听周期，而且网状网络栈事先并不知道路由，需要先进行查找。即使在最优条件下（路由已知且目标正在监听），迁移至少也需要19 ms ，其中由迁移支持造成的时间不到2 ms 。序列化本身大约需要0.4 ms ，反序列化（包括分配额外内存和调整指针）需要0.6 ms 。 与其他方法相比，另一种框架提供一个缓冲区，由模块自行进行序列化。而采用简单的使用memcopy()的序列化方法，将所有变量放在一个结构体中且无错误处理，会给mod aggr Minilink模块增加183 B （在ELF情况下增加208 B ）。 #### 三、相关工作对比 ##### （一）运行时加载代码 - **虚拟机（VM）方式**：使用VM是代码部署最灵活的解决方案之一，它通常采用某种高级字节码，比原生代码对机器和操作系统的依赖性小。由于其表达能力更强，模块的代码大小通常较小，因此需要传输的数据也更少。例如Maté和VM*等VM可用于传感器网络。与原生模块的运行时链接相比，使用VM安装模块在集成时间上可能更高效，但运行时性能较差。 - **SOS系统**：它是最早支持模块的WSN类操作系统之一，可在不影响系统其他部分的情况下添加单个模块。通过跳转表导出有限数量的内核函数，其他函数地址在运行时通过字符串比较和查找表解析，解析后会缓存函数地址以加快调用速度，但每次函数调用都会有运行时开销，且解析函数调用所需的所有字符