Szabó Attila, 20071 Feladatszervezés RF-MEMS hálózatokban.

Az előadások a következő témára: "Szabó Attila, 20071 Feladatszervezés RF-MEMS hálózatokban."— Előadás másolata:

1 Szabó Attila, 20071 Feladatszervezés RF-MEMS hálózatokban

2 Szabó Attila, 20072 MEMS „Micro Electro Mechanical Systems” Korlátozott memória, energifelhasználás és számítási kapacitás Vezeték nélküli kommunikáció „Smart Dust”: olcsó, kisméretű szenzorok Gyártók: CrossBow, Intel, MoteIV

3 Szabó Attila, 20073 Eszközök: Crossbow

4 Szabó Attila, 20074 Szenzorok Ultrahang Fényérzékelő Mikorfon Hőmérő 2D-s gyorsulásmérő stb.

5 Szabó Attila, 20075 nesC, TinyOS nesC C nyelv kiterjesztése esemény alapú fejlesztőkörnyezetté TinyOS Néhány kilobyte-os operációs rendszer szenzor hálózatokhoz Megszakítások, többszálú programok vezérlése

6 Szabó Attila, 20076 Alkalmazások írása A nesC programok komponensekből állnak, ezek lehetnek: konfigurációk modulok A nesC számítási absztrakciói: események (event) taszkok (task) parancsok (command)

7 Szabó Attila, 20077 Példa: Blink 1. Blink.nc configuration 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”

8 Szabó Attila, 20078 Példa: Blink 2. StdControl.nc interface StdControl { command result_t init(); command result_t start(); command result_t stop(); } Timer.nc interface 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)

9 Szabó Attila, 20079 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

10 Szabó Attila, 200710 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; } }

11 Szabó Attila, 200711 MEMS alkalmazások Fejegér gyorsulásmérővel Hőmérséklet mérés (pl. üvegházakban) Távolságmérés ultrahanggal Négyzetmilliméteres, bőr alá ültethető érzékelők fejlesztése folyik gyógyászati alkalmazásokhoz

12 Szabó Attila, 200712 Feladatszervezés

13 Szabó Attila, 200713 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

14 Szabó Attila, 200714 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

15 Szabó Attila, 200715 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

16 Szabó Attila, 200716 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

17 Szabó Attila, 200717 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

18 Szabó Attila, 200718 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

19 Szabó Attila, 200719 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

20 Szabó Attila, 200720 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

21 Szabó Attila, 200721 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

22 Szabó Attila, 200722 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