Feladatszervezés RF-MEMS hálózatokban

Szabó Attila, 2007 1

Feladatszervezés RF-MEMS hálózatokban


MEMS „Micro Electro Mechanical Systems”

Korlátozott memória, energifelhasználás és számítási kapacitás

Vezeték nélküli kommunikáció „Smart Dust”: olcsó, kisméretű szenzorok

Gyártók: CrossBow, Intel, MoteIV


Eszközök: Crossbow


Szenzorok Ultrahang Fényérzékelő Mikorfon Hőmérő 2D-s gyorsulásmérő stb.


nesC, TinyOS nesC

C nyelv kiterjesztése esemény alapú fejlesztőkörnyezetté

TinyOS Néhány kilobyte-os operációs rendszer szenzor

hálózatokhoz Megszakítások, többszálú programok vezérlése


Alkalmazások írása A nesC programok komponensekből állnak,

ezek lehetnek: konfigurációk modulok

A nesC számítási absztrakciói: események (event) taszkok (task) parancsok (command)


Példa: Blink 1.Blink.ncconfiguration Blink {

}implementation { components Main, BlinkM, SingleTimer, LedsC;

Main.StdControl -> BlinkM.StdControl; Main.StdControl -> SingleTimer.StdControl; BlinkM.Timer -> SingleTimer.Timer; BlinkM.Leds -> LedsC;}

Konfiguráció: megvalósítások (modulok) rendelése interfészekhez Main komponens a futtatásra kerülő „főprogram”


Példa: Blink 2.StdControl.ncinterface StdControl {

command result_t init(); command result_t start(); command result_t stop();}

Timer.ncinterface Timer {

command result_t start(char type, uint32_t interval); command result_t stop(); event result_t fired();}

Kétirányú interfészek: parancsokat deklarálnak és eseményeket váltanak ki (ezek kezelése a használó modul feladata)


Példa: Blink 3.BlinkM.nc

module BlinkM { provides { interface StdControl; }

uses { interface Timer; interface Leds; }}

A modulok interfész(eke)t valósítanak meg, ehhez esetleg más interfészeket használnak


Példa: Blink 4. (BlinkM.nc)implementation {

command result_t StdControl.init() { call Leds.init(); return SUCCESS; } command result_t StdControl.start() { return call Timer.start(TIMER_REPEAT, 1000) ; } command result_t StdControl.stop() { return call Timer.stop(); } event result_t Timer.fired() { call Leds.redToggle(); return SUCCESS; }}


MEMS alkalmazások Fejegér gyorsulásmérővel

Hőmérséklet mérés (pl. üvegházakban)

Távolságmérés ultrahanggal

Négyzetmilliméteres, bőr alá ültethető érzékelők fejlesztése folyik gyógyászati alkalmazásokhoz


Feladatszervezés


Survivable Pipeline Protocol P2P protokoll önszervező pipeline-ok

létrehozásához, fenntartásához skálamentes kisvilág tulajdonságú hálózatokhoz

Feladat részfeladatokra (Pipeline Operations) bontását és ezek fenntartását oldja meg

A részfeladatok erőforráshoz rendelése megbízhatósági skála alapján történik (weblog)

a számítási kapacitás az erőforrások mennyiségével lineárisan arányos


SPP: szerepek Processzor: számol

Disztribútor: adatot továbbít a processzornak (több disztribútor is kiszolgálhat 1 processzort)

Manager: számon tartja a disztribútor-processzor kapcsolatokat egy hálózati entitásnak egyidőben több szerepe is lehet


SPP: kommunikáció SPP Pipe: e., m., ezen érkezik a feladat Data Pipe: e., u., ezen kapja az adatot a processzor Disztribútor Pipe: e., m., információk továbbítása a

managertől a disztribútoroknak Task Pipe: e., m., taszkon belüli rendszerüzenetek

számára Manager Pipe: k., u., résztaszkok delegálásához TaskManager: k., u., rendszer állapotával kapcsolatos

üzeneteknek k: kétirányú, e: egyirányú, u: unicast, m: multicast


Demo alkalmazás: helymeghatározás

Crossbow MICA2 alapú Cricket kütyükkel

Érzékelő: ultrahang adó-vevő távolságméréshez (néhány centiméter pontosságú)

Frekvenciamodulált rádió adó-vevő: egyszerre egy cricket rádiózhat, az egyszerre küldött üzenetek a zavarás miatt elvesznek


Helymeghatározás: szerepek A helymeghatározás feladatának dekompozíciója 4 PO-ból

áll: három bázis ~ ( origó, x, y irányok ) egy helyzetmeghatározó ~

Egy, az SPP Pipe-on érkező üzenet idítja a feladatot, a cricketek ezután csatlakozhatnak a PO-khoz

A 4. PO-ban lévők számon tartják egymás weblog értékeit és sorrendet alakítanak ki

A PO-k pipe-okon keresztül kommunikálnak


Bázisok A bázisok PO-iba egy-egy cricket tartozhat

Minden bázis „jelzőfényt” (rádiójelet) ad, ami tartalmazza a koordinátáit

A PO-k sorrendje értelemszerűen a következő: origó, bázisx, bázisy, helyzetmeghatározó

Fél másodpercenként fut le egy ilyen kör


Helyzetmeghatározó A PO-hoz csatlakozáshoz a PO méretének felével

megegyező számú „engedély” kell

A PO-hoz csatlakozás ideje a PO méretével exponenciálisan nő

A hallott három koordináta és a három mért távolság alapján háromszögeléssel kiszámolja saját koordinátáit

Az összes cricket helyének meghatározásához a negyedik PO elemszámával egyező számú ciklus kell


Eredmények 1. Az alkalmazás a helyzetmeghatározó „motorjától” függően

2D/3D koordináták meghatározására alkalmas

A rendszer központi irányítás/adatgyűjtés nélkül képes meghatározni a résztvevők helyzetét

A folyamatos működést garantálja a rosszul működő elemek kizárása/cseréje


Eredmények 2. Az ábrán látható, hány másodperc alatt áll fel 10/15/20/25 cricketből

álló rendszer (az összes cricket csatlakozik valamelyik PO-hoz) 15-15 kísérlet eredményének átlagai és szórásai

A redszer stabil marad, ha egy vagy több cricket kiesik a helyzetmeghatározó PO-ból, ill. újraszerveződik bázis PO kiesésekor


Irodalom A. Meretei, Z. Palotai, A. Lorincz: „Systems and methods

for sensing physiologic parameters of the human body and achieving a therapeutic effect” - United States Patent 20070043591

Zia, T.A., and Zomaya, A.Y., „An Analysis of Simulations and Programming in Wireless Sensor Networks”, In the proceedings of the International Workshop on Sensor Networks and Applications

Alec Woo „The Mica Sensing Platform”, Jan 15th, 2002 NEST Retreat

Documents

Feladatszervezés RF-MEMS hálózatokban