基于UML擴(kuò)展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序建模(專業(yè)論文)

基于UML擴(kuò)展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序建模(專業(yè)論文)

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摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的無線網(wǎng)絡(luò)形式已被普遍應(yīng)用于許多領(lǐng)域。nesC語言編寫的TinyOS是一種基于組件的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)，這使得TinyOS上的應(yīng)用程序開發(fā)不同于傳統(tǒng)面向?qū)ο髴?yīng)用程序開發(fā)。本文提出一種利用UML的擴(kuò)展機(jī)制，基于nesC語言的組件模型對UML的元模型進(jìn)行擴(kuò)展，支持TinyOS上應(yīng)用程序的建模的方法，并給出使用本方法對一個(gè)簡單應(yīng)用程序的建模實(shí)例。
關(guān)鍵詞無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，TinyOS，nesC，UML擴(kuò)展

1引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將傳感器與無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)合，使用大量形體較小、能源受限并且配置有計(jì)算能力和無線通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)以Ad Hoc方式組成網(wǎng)絡(luò)，能夠協(xié)作探測、感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域內(nèi)的被感知對象的各種信息，已經(jīng)在軍事，基礎(chǔ)設(shè)施安全，醫(yī)療，環(huán)境，交通等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用L1]。
TinyOS作為一種嵌入式操作系統(tǒng)，使用基于組件
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Component)分兩類，配置(Con—figuration)和模塊(Module)，nesC將配置和模塊予以嚴(yán)格地區(qū)分，可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者快速地開發(fā)裝配應(yīng)用程序，從而使得應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和更新更加方便易行。這樣將不同的設(shè)計(jì)工作有效地分開，符合軟件設(shè)計(jì)的一般規(guī)則。
3UML的擴(kuò)展性UML是統(tǒng)一建模語言，提供一種直觀、可視化、統(tǒng)一的面向?qū)ο蠼７椒�。OMG指定其為面向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)建模語言。UML提供了許多元模型，供建模人員在面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)時(shí)使用，而在一些特殊領(lǐng)域的建模活動中，原有的UML元模型不能滿足建模人員的要求。為避免UML語言的復(fù)雜性，UML沒有包含特殊領(lǐng)域的建模機(jī)制，而是設(shè)計(jì)了一種擴(kuò)展機(jī)制，允許用戶定義使用自己的元素‘7，8|。
UML的擴(kuò)展機(jī)制包括約束，標(biāo)記值和版型(sterotype)：
1．約束是使用花括號{)包含的一串字符串，其中使用形式語言或者自然語言表達(dá)語義的限制。
2．標(biāo)記值也是使用花括號{)包含的一個(gè)鍵值對，儲存元素的一些信息，可以與任何元素關(guān)聯(lián)，是向元素添加特定附加信息的一種方法。
3．版型使用已經(jīng)定義的元模型為基礎(chǔ)，不修改元模型的結(jié)構(gòu)，只是賦予它新的語義。版型用放置在基本模型元素符號中或附近的被雙尖括號《》包圍的文字串顯示。建模人員還可為特殊的版型創(chuàng)建圖標(biāo)。
使用UML的擴(kuò)展機(jī)制，不僅可以滿足特殊領(lǐng)域的建模要求，還可以使現(xiàn)有的支持UML工具無需完全理解模型語義的情況下進(jìn)行存儲和操作。
4基于nesC組件模型的UML擴(kuò)展nesC是面向組件化編程的語言，它通過接口(Interface)連接(wiring)開發(fā)組件或系統(tǒng)組件，完成對一個(gè)應(yīng)用的開發(fā)。
4．1 nesC的組件模型nesC中組件(Component)分為兩類一一Con—figuration和Module。Configuration只描述不同的組件之間的連接(wiring)關(guān)系，并不提供具體功能的實(shí)現(xiàn)，而Module具體實(shí)現(xiàn)了組件的邏輯功能。
Configuration中包含提供和使用的接口的聲明，可以通過UMI。中“Class”元模型元素添加名為《Con—figuration))的版型表示，為了與元模型元素class圖標(biāo)加以區(qū)別?本文使用如圖2所示的雙重邊“Class”圖標(biāo)表示，以顯示這種組件的性質(zhì)是配置文件。
Module提供組件的具體功能實(shí)現(xiàn)代碼。其首先聲明本模塊提供和使用的接口，實(shí)現(xiàn)部分包括它所提供的接口中的命令(command)和所使用的接口的事件(event)的實(shí)現(xiàn)，以及其它私有方法的代碼。
同樣也可以使用UMI。中“Class”元模型元素添加名為((Module)}的版型表示。
另外參數(shù)化接口(Parameterized Interfaces)，可以使用將他們的圖標(biāo)邊框用虛線替換表示。
4．2接口Interface(接口)是nesC中的一個(gè)重要概念，各個(gè)模塊之間就是通過接口相互關(guān)聯(lián)，協(xié)同工作的。
Inerface中只含有命令(command)和事件(e—vent)的聲明，并不具體實(shí)現(xiàn)，而是讓command在提供該接口的組件中實(shí)現(xiàn)，event在使用該接口的組件中實(shí)現(xiàn)。在本文中接口使用UML中“Interface”元模型表示。
對于接口中的命令和事件，可以使用分別使用版型《command}和《event}表示。
4．3組件問的連接關(guān)系各個(gè)組件之間是通過接口的連接(wiring)相互關(guān)聯(lián)在一起的，這種連接關(guān)系在Configuration中定義。wiring可以用來連接Configuration中已聲明的元素(interface，command，event)，通常稱那些在Configuration中聲明的元素為e*tenal，而那些在Configuration聲明的組件中聲明的元素為inter—nal。nesC中有三種wiring的聲明方式：“一”，“一>”和“<一。當(dāng)wiring的任何一端有一元素是e*-ternal的時(shí)候使用“一”，當(dāng)wiring的兩端都是in—ternal的時(shí)候使用“一>”或“<一，“一>”和“<一”的區(qū)別僅僅是方向。
因此連接關(guān)系可以使用版型《wiring》擴(kuò)展UML中的“association”元模型表示，方向含義與wiring中的方向含義相同，wiring兩端注明連接的接口名，并使用實(shí)線與虛線來區(qū)別“一>”和“一”。
ConfigurationModule Interface刃{wiring)),／。
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