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IOT-EZ240實驗設備是開發者在多年對傳感網、物聯網的研究以及教學基礎上，真正從學習、研究傳感網、物聯網關鍵技術的角度出發，整理提煉所需的最關鍵的基本實驗設備。通過實驗箱中所配置的節點和網關設備，配合實驗教材，使用者能夠掌握傳感網、物聯網最基本的概念以致關鍵的核心技術。在實驗箱熟練使用的基礎上，完全能夠根據實際學習、研究的情況，實現更多的、新的實驗，研究深入的問題乃至研製傳感網、物聯網的產品。

實驗套件配套教程的編寫是結合在廣大實際研究和開發傳感網、物聯網關鍵技術的真正需求，以及根據多年學生實際學習過程中所出現的各種問題，總結了使用者更加關注的核心技術，從初學者對TinyOS以及Contiki操作系統的最基本的工作原理入手，由淺入深地分析這兩大操作系統的使用方法、設計理念、程序結構、組網通信、網絡傳輸等關鍵技術。

• TinyOS與Contiki操作系統介紹及比較

• TinyOS操作系統

1. 簡介

TinyOS是UC Berkeley（加州大學伯克利分校）開發的開放源代碼操作系統，專為嵌入式無線傳感網絡設計，操作系統基於構件（component-based）的架構使得快速的更新成為可能，而這又減小了受傳感網絡存儲器限制的代碼長度。

TinyOS的構件包括網絡協議、分布式服務器、傳感器驅動及數據識別工具。其良好的電源管理源於事件驅動執行模型，該模型也允許時序安排具有靈活性。

1. 特點

• TinyOS提供一系列可重用的組件，一個應用程序可以通過連接配置文件（A Wiring Specification）將各種組件連接起來，以完成它所需要的功能。
• TinyOS的應用程序都是基於事件驅動模式的，採用事件觸發去喚醒傳感器工作。
• 使用Task方式進行任務執行。Tasks一般用在對於時間要求不是很高的應用中，且Tasks之間是平等的，即在執行時是按順序先後來得，而不能互相占先執行，一般為了減少Tasks的運行時間，要求每一個Task都很短小，能夠使系統的負擔較輕；
• 使用Events方式進行事件驅動。Events一般用在對於時間的要求很嚴格的應用中，而且它可以占先優于Tasks和其他Events執行，它可以被一個操作的完成或是來自外部環境的事件觸發，在TinyOS中一般由硬件中斷處理來驅動事件。
• 使用分相操作實現任務調度。在TinyOS中由於Tasks 之間不能互相占先執行，所以TinyOS沒有提供任何阻塞操作，為了讓一個耗時較長的操作儘快完成，一般來說都是將對這個操作的需求和這個操作的完成分開來實現，以便獲得較高的執行效率。

 

• Contiki操作系統

1. 簡介

Contiki 是一個適用於有內存的嵌入式系統的開源的、高可移植的、支持網絡的多任務操作系統。包括一個多任務核心、TCP/IP 堆棧、程序集以及低能耗的無線通訊堆棧。Contiki 採用C 語言開發的非常小型的嵌入式操作系統，運行只需要几K的內存。

Contiki 是一個小型的，開源的，極易移植的多任務電腦操作系統。它專門設計以適用於一系列的內存受限的網絡系統，包括從8位電腦到微型控制器的嵌入系統。它的名字來自于托爾·海爾達爾的康提基號。

Contiki只需几KB的代碼和几百字節的內存就能提供多任務環境和內建TCP/IP支持。

作為基礎的內核以及大部分的核心功能是Swedish Institute of Computer Science的網絡內嵌系統小組的Adam Dunkels開發的。

1. 特點

Contiki可以在每個進程內選擇是否支持先占式多線程，進程間通訊通過事件利用消息來實現。Contiki中還包括一個可選的GUI子系統，可以提供對本地終端、基於VNC的網絡化虛擬顯示或者Telnet的圖形化支持。

• 事件驅動（Event-driven）的多任務內核

Contiki基於事件驅動模型，即多個任務共享同一個棧（stack），而不是每個任務分別占用獨立的棧（如uCOS、FreeRTOS、Linux等）。Contiki每個任務只占用幾個字節的RAM，可以大大節省RAM空間，更適合節點資源十分受限的無線傳感器網絡應用。

• 低功耗無線傳感器網絡協議棧

Contiki提供完整的IP網絡和低功耗無線網絡協議棧。對於IP協議棧，支持IPv4和IPv6兩個版本，IPv6還包括6Lowpan幀頭壓縮適配器，ROLL RPL無線網絡組網路由協議、CoRE/CoAP應用層協議，還包括一些簡化的Web工具，包括Telnet、http和web服務等。Contiki還實現了無線傳感器網絡領域知名的MAC和路由層協議，其中MAC層包括X-MAC、CX-MAC、ContikiMAC、CSMA-CA、LPP等，路由層包括AODV、RPL等。支持類似SQL 的數據庫Antelope，各類小型的web程序，如簡單的Telnet客戶端、FTP、Email等

• 集成無線傳感器網絡仿真工具

Contiki提供了Cooja無線傳感器網絡仿真工具，能夠多對協議在電腦上進行仿真，仿真通過後才下載到節點上進行實際測試，有利於發現問題，減少調試工作量。除此之外，Contiki還提供MSPsim仿真工具，能夠對MSP430微處理器進行指令級模擬和仿真。仿真工具對於科研、算法和協議驗証、工程實施規劃、網絡優化等很有幫助。

• 集成Shell命令行調試工具

無線傳感器網絡中節點數量多，節點的運行維護是一個難題，contiki可以通過多種交互方式，如Web瀏覽器，基於文本的命令行接口，或者存儲和顯示傳感器數據的專用程序等。基於文本的命令行接口是類似于Unix命令行的Shell工具，用戶通過串口輸入命令可以查看和配置傳感器節點的信息、控制其運行狀態，是部署、維護中實用而有效的工具。

• 基於Flash的小型文件系統：Coffee File System

Contiki實現了一個簡單、小巧、易於使用的文件系統，稱為CoffeeFile System（CFS），它是基於Flash的文件系統，用於在資源受限的的節點上存儲數據和程序。CFS是充分傳感器網絡數據採集、數據傳輸需求以及硬件資源受限的特點而設計的，因此在耗損平衡、坏塊管理、掉電保護方面、垃圾回收、映射機制方等方面進行優化，具有使用的存儲空間少、支持大規模存儲的特點。CFS的編程方法與常用的C語言編程類似，提供open、read、write、close等函數，易於使用。

• 集成功耗分析工具

為了延長傳感器網絡的生命週期，控制和減少傳感器節點的功耗至關總重要，無線傳感器網絡領域提出的許多網絡協議都圍繞降低功耗而展開。為了評估網絡協議以及算法能耗性能，需要測量出每個節點的能量消耗，由於節點數量多，使用儀器測試幾乎不可行。Contiki提供了一種基於軟件的能量分析工具，自動記錄每個傳感器節點的工作狀態、時間，並計算出能量消耗，在不需要額外的硬件或儀器的情況下就能完成網絡級別的能量分析。Contiki的能量分析機制既可用於評價傳感器網絡協議，也可用於估算傳感器網絡的生命週期。

• 開源免費

Contiki採用BSD授權協議，用戶可以下載代碼，用戶科研和商業，且可以任意修改代碼，無需任何專利以及版權費用，是徹底的開源軟件。儘管是開源軟件，但是contiki開發十分活躍，在持續不斷更新和改進之中。Contiki的作者Adam是一個編程的天才，它發明瞭LwIP、uIP、Protothred、contiki等軟件，都在工業界得到廣氾應用，大家熟知的LwIP就是一個例子。Adam還是IPSO組織的發起人之一，未來將會不斷推進6Lowpan的標準化及應用。

 

• 兩種操作平台的比較

Contiki可運行于各種平臺上，包括嵌入式微控制器（例如TI MSP430及Atmel AVR）以及舊的家用電腦。程序代碼量只有几K，存儲器的使用量也只有几十Kb。可以說Contiki是一個專門針對物聯網或者無線傳感器網絡應用的操作系統和協議棧，在科研以及產業化方便得到廣氾的應用。

Contiki與TinyOS兩中系統的比較如下：

性能指標	TinyOS	Contiki
所屬領域	無線傳感器網絡、物聯網	無線傳感器網絡、物聯網
軟件類型	小型OS +無線網絡協議棧	小型OS +無線網絡協議棧
OS特性	非搶占、共享棧空間	非搶占、共享棧空間
協議支持	802.15.4、6Lowpan、RPL、CoAP	802.15.4、6Lowpan、RPL、CoAP
開發語言	專用NesC語言，入門較難，其它領域幾乎不使用（有可能導致失業）	通用的C語言，入門容易，在各領域廣氾使用
編譯器	專用的編譯器，性能和穩定性未經過驗証，目前無商用編譯器支持	通用的C編譯器，如GCC、IAR等
開發環境	Linux、Cygwin，命令行模式，開發調試困難，門檻高	Linux Eclipse、或者Windows IAR，IAR圖形化集成開發環境，功能強大
仿真器	Tossim，較為簡單	Cooja，功能豐富、強大
可移植性	需要移植編譯器，很難	C語言很好移植
支持的硬件	少數幾種類型的處理器	8位、16位、32位幾乎所有的處理器類型
開發團隊	主要由Berkeley大學開發，目前核心人員已經去CISCO，不再開發，目前TinyOS很少更新代碼	由LWIP的作者Adam dunkels團隊以及ETH大學開發，目前已經成立公司全職開發，每周都有代碼更新
發展趨勢	TinyOS從一開始就主要做科研仿真，用戶逐年驟減，基本上無產品	Contiki可以做科研，也有不少產品，2014年Adam團隊的目標是要將Contiki作成物聯網領域的首要選擇