传感网软件更新技术研究

Recent advances in low-power wireless technologies have enabled us to make use of wireless sensor networks (WSNs), a new class of networked embedded systems. Researchers have envisioned a wide variety of applications, such as environmental monitoring, military surveilance, and infrastructure protection, etc. System software for these self-organizing systems often needs to be updated for a variety of reasons-fixing bugs, changing network functionality, tuning system parameters, etc. This project aims to propose a set of effective methods to enable efficient software update (i.e. wireless reprogramming) for WSNs. To reduce the dissemination cost during wireless communication, we study code compression methods, including modular approaches, incremental update approaches, and energy-efficient compression algorithms. To optimize the code dissemination process, we study techniques to improve the dissemination efficiency, including network coding methods, packet length optimization schemes, forwarder selection approaches, and multithreading techniques. Finally, we integrate these techniques to design a system framework targeted for several practical applications. The ultimate goal of this project is to propose a set of efficient software update techniques for WSNs and design a flexible framework applicable to a variety of WSN systems, and spefically optimized for applications such as environmental monitoring, mobile sensing, and etc.

近年来，无线低功耗技术的发展使得无线传感网络成为一种新的计算模式，引起了国内外研究者的广泛关注。无线传感网络可应用于多种应用场景，如环境监测、军事监控、建筑物保护等。这些自组织系统中的软件由于各种原因需要经常更新，例如修正错误、升级功能、调整参数等。本项目拟在不同的层面上提出一系列有效的软件更新方法。首先，为了减少代码分发量，项目研究有效的代码压缩方法，具体包括模块化方法、增量更新方法、以及能量优化的压缩算法。其次，为了优化代码分发过程，项目研究高效的代码分发技术，具体包括网络编码方法、包长控制策略、转发选择算法、以及多线程技术。最后，项目统一上述技术并为实际应用设计一个灵活的系统框架和优化方案。项目的最终目标是为无线传感网络提出一系列高效的软件更新方法，为实际应用（如环境监控、移动感知等）设计一个灵活的系统框架和优化方案。

无线低功耗技术的发展使得无线传感网络成为一种新的计算模式，引起了国内外研究者的广泛关注。无线传感网络可应用于多种应用场景，如环境监测、军事监控、建筑物保护等。这些自组织系统中的节点软件由于各种原因需要经常更新，例如修正错误、升级功能、调整参数等。因此，传感网软件更新技术具有重要的研究价值和实际意义。..项目从代码压缩、代码分发、系统集成三个方面系统的研究并提出高效的软件更新方法。首先，在代码压缩方面，研究了高效的代码压缩方法。提出了基于可替换构件的模块化方法、基于可定位代码的增量更新方法以及能量优化的压缩算法。其次，在代码分发方面，研究了快速的代码分发技术。提出了基于显式反馈的轻量级编码方法、基于精确链路测量的动态包长控制策略、链路质量相关的转发算法。此外，利用线程并发性，在代码传输过程中巧妙的穿插编解码操作，最大程度上消除了编解码对重编程整体进程的影响。最后，项目有效集成了上述技术，为实际应用设计一个灵活的系统框架和优化方案。..项目顺利完成了预定的研究内容。其中，基于可替换构件的重编程方案Elon能显著减少网络传输的代码量，大大提高网络重编程的生命周期。实验结果表明Elon比传统方法性能提高18-42倍。在比较大量软件版本的基础上，提出通过优化重定位代码来增强代码相似度的增量重编程方法，成功地解决了如何在变量及函数同时改动的情况下，保持代码相似度的难题。设计并实现了完整的代码更新系统R2及其改进系统R3,其代码发布于https://code.google.com/p/r3-dongw/...项目共发表论文34篇。其中IEEE/ACM Transactions论文12篇，CCF A类论文11篇。该项目的研究成果将为传感网软件的快速创新、部署及演进提供必要的基础。