Pici programok porszemekben Műhely, 2015. Pici programok porszemekben Dr. Nagy, Rezső főiskolai docens Óbudai Egyetem Alba Regia Műszaki Kar Mérnöki Intézet Székesfehérvár 23 September, 2018

Bemutatkozás - 1954-ben születtem Budapesten - okl. villamosmérnök - okl. számítástechnikai szakmérnök - felsőfokú csillagász ismeretterjesztő - egyetemi doktor (BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar 1996.) - angol, francia, orosz (középfokú nyelvvizsga), német - a TIT Fejér megyei Egyesülete elnöke vagyok 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Videoton, fejlesztőmérnök, 1977 – 91. 1977-88. Számítástechnikai Gyár műszaki főosztály hardware-közeli programozási feladatok - terminál adatátviteli programok - pontraszteres grafikus display működtető- és tesztprogramja - mikroprocesszoros számítógépek operációs rendszere, alkalmazói programja - műszerinterface-software különféle gépekhez   1989-91. A Videoton Mérnöki Tervező (CAD) Laboratóriumában dolgoztam Apollo munkaállomás-hálózaton; részben UNIX, részben UNIX-szerű környezetben: 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Óbudai Egyetem AMK MI (BMF ROIK, KKVFK SZGTI) 1992: adjunktus, 1997: docens (kisebb feladatok a 80-as évek eleje óta) Főbb témakörök, tantárgyak: - Számítógép-hálózatok - Operációs rendszerek Saját fejlesztésű tárgyak: - Hálózati operációs rendszerek - Mikro operációs rendszerek - Információ-szolgáltatás hálózaton - Számítógépes grafika, digitális képfeldolgozás Számítógép-hálózati szakmérnök szak felelőse Cisco Hálózati Akadémia vezetője Jelentősebb tanulmányutak (TEMPUS keretében): Athéni Egyetem 7 hét Lyon INSA 5 hét 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Subject Development Micro Operating Systems Faculty of Informatics Branch „Ambient Systems” Topic: sensor networks software Basic problems, routing: for many years Developing the topic 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

A szenzorhálózatok és a ROIK NIK ambiens rendszerek szakirány anyagában Tirpák Balázs szakdolgozata (INSA de Lyon ) KD_INTEG_07-CLAIR_08 Baross-pályázat (Seacon, Unicomp, RIS Kft., ROIK) BMF Regionális Oktatási és Innvációs Központ

A vezeték nélküli szenzorhálózatok Sok kisméretű, olcsó érzékelő eszköz alkotja, amelyek egymással kommunikálnak (smart dust – okos por) Kihelyezés után karbantartás jellemzően nincs, a kieső csomópontokat a többi pótolja Önszerveződő a hálózat BMF Regionális Oktatási és Innvációs Központ

BMF Regionális Oktatási és Innvációs Központ Szenzor egység (mote) felépítése A feldolgozó egység jellemzően: néhány száz kbyte flash memóriát, néhány kbyte RAM-ot, és EEPROM-ot tartalmaz. Tápellátó egység Érzékelő egység Feldolgozó egység Továbbító egység (vezeték nélküli) MICA2 sensor device (2002) BMF Regionális Oktatási és Innvációs Központ

BMF Regionális Oktatási és Innvációs Központ

BMF Regionális Oktatási és Innvációs Központ Energiagazdálkodás Nagyon fontos feladat Passzív állapotok (ACPI) Kommunikációs protokoll BMF Regionális Oktatási és Innvációs Központ

Vezeték nélküli szenzorhálózat BMF Regionális Oktatási és Innvációs Központ

Forgalomirányító protokollok Sík (flat) adatközpontú routing Elhelyezkedés-alapú a csomópontok ismerik a helyüket Hierarchikus BMF Regionális Oktatási és Innvációs Központ

Hierarchikus protokollok Példa: LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarhy) Sorsolással választ klaszterfejeket Nem mindig ugyanazok a node-ok lesznek BMF Regionális Oktatási és Innvációs Központ

Scheme of a sensor network 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Difficulties of data collection Network functioning is rather complicated Sensors have extremely limited resources They can not be programmed one by one on higher level programming languages It is a very hard task to write a program for data collection from the sensor network A possible solution: TinyDB Works over TinyOS 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

TinyOS Operating system used on several motes Not an operating system in the usual sense A programming framework Application-specific operating systems can be implemented Only the functions necessary for the given application Built into the application itself Because of the extremely limited hardware resources 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

TinyOS Treats the embedded application as a „network” of software components Separated by strict interfaces Network is created in compile time Can not be modified in running time TinyOS consists of a set of reentrant system components a task scheduler Components contain a specific service set Specified by interfaces 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Components The application connects the components by a „wiring specification” A component has two interface classes Interfaces of the provided services Interfaces of the used services Interfaces include functions: Commands (implemented by the provider) Events (implemented by the user of interface) 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Task scheduling Not preemptive Various (non-preemptive) algorithms Tasks run until their completion Various (non-preemptive) algorithms Standard TinyOS scheduler: FCFS EDF (Earliest Deadline First) Suitable for real-time tasks Other algorithms Tasks can be interrupted by IT handlers connected with commands and events 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Extracting Information from Sensor Networks through SQL-like Interface 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

TinyDB Query processing system Installation of TinyOS components For extracting information from sensor networks Where motes are operated by TinyOS Without writing embedded programs for the sensors Installation of TinyOS components serving TinyDB to the motes Provides data in the form of a data base 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

TinyDB For query applications Two subsystems: running on the controlling computer TinyDB provides a Java API the TinySQL query language a simple graphical interface Two subsystems: Sensor network software Java-based client interface 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

TinySQL Query programming language Based on the standard SQL a few limitations some sensor-specific features Current state of the network is in a table Lines: individual nodes Columns: measured values, node properties 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Power Management and Time Synchronization Capacity of the power resource is one of the most important limits Usually batteries can not be replaced Motes should „sleep” as much as possible Strong effect to the lifetime of the mote TinyDB can activate power management and time synchronization function 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Power Management and Time Synchronization Each sensors will be active in exactly the same time slice in every sampling period In the rest of sampling period they „sleep” Default value of the time slice is 4 seconds Decreasing it is not recommended By increasing it, probably a larger proportion of the network messages will arrive successfully But the lifetime of the nodes decreases Increasing sampling period, lifetime increases 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Summary Development of the subject „Micro operating systems” Survey of wireless sensor networks TinyOS operating system is widely used TinyDB helps in information extraction Using TinySQL queries Importance of power management 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár

Thank you for your attention! nagy.rezso@amk.uni-obuda.hu 23 September, 2018 AIS Székesfehérvár