TinyOs. Simulators. Programming for TinyOS.

План
TinyOS
Simulators
TOSSIM
SNS
Avrora
Programming for TinyOs

TinyOs
Почему нам нужна новая операционная система?
Традиционные операционные системы:
Большие!
Многопотоковая архитектура – большие объемы памяти.
Пространство ядра системы и пользовательское пространство разделены.
Нет энергетических ограничений.
Большие вычислительные ресурсы.

TinyOs
Ограничения сенсорных сетей?
Мощность.
Ограниченный размер памяти.
Слабый микропроцессор.
Небольшие размеры.
Ограниченный параллелизм.
Передача информации с помощью маломощных трансиверов:
Малая скорость передачи
Короткие расстояния

TinyOs
Занимающая небольшой объем памяти.
Эффективная в плане энергии и вычислений.
Передача информации должно быть фундаментальным.
Real-time.
Достаточно гибкая.
Какая операционная система нам нужна?

TinyOs
Конкуренция : Использует event-driven архитектуру.
Модульность.
Приложения составляются из нескольких компонентов. OS + Приложения компилируются в единый исполняемый модуль.
Использование event/command модели.
FIFO и системы планирования.
Нет границы между ядром системы и приложениями.

TinyOs and NesC
Новый язык NesC, основная единица кода – компонент.
Компонент: Обрабатывает команды (commands)
Посылает события (events)
Имеет Frame для хранения локального состояния.
Использует задачи (tasks) для конкуренции.
Компонент предоставляет интерфейсы (interfaces).
Используются другими компонентами для связи.
Компоненты связываются между собой с помощью конфигуратра (configuration).

TinyOs and NesC

Application = Graph of Components

Commands/Events/Tasks
Команды (commands).
Должны быть не блокирующие.
То есть, берет параметры, начинает обработку и возвращается к приложению; откладывает выполнение трудоемких задач путем объявления задач (tasks).
События (events):
Могут вызывать команды, сигнализировать другие события, объявлять задачи, но не могут быть вызваны командами.
Заменяют задачи, но не наоборот.
Задачи (tasks):
Планирование FIFO.
Не могут быть заменены другими задачами, но заменяются событиями.
Используются для выполнения вычислительно интенсивных задач.
Могут быть объявлены командами или событиями.

Scheduler
В Планировщике два уровня: события (events) и задачи (tasks).
Планировщик – простой FIFO
Задача не может быть заменена другой задачей
Событие может заменить задачу (имеет больший приоритет)

Simulators

Simulators
TOSSIM
Avrora
EmStar
SNS

TOSSIM
Использует реалистичные модели канала.
Высокая повторяемость экспериментов
Масштабируемость до тысяч узлов. Компилирует напрямую TinyOs код.
Помогает отловить наиболее общие баги.
Не очень подходит для моделирования «временных» задач.
Philip Levis, Nelson Lee, Matt Welsh, and David Culler TOSSIM: Accurate and Scalable Simulation of Entire TinyOS Applications. In Proceedings of the First ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems (SenSys 2003).

Avrora
Для AVR (Atmel) микроконтроллеров (узлы Mica2).
Тестирование программного кода перед установкой на железо.
Профилировщик – позволяет лучше понять поведение программы.
Дебаггер.
Моделирование энергозатрат.
http://compilers.cs.ucla.edu/avrora/simulator.html

EmStar
Моделирует в коде.
От моделирования до реального эксперимента.
Имеет интерфейс для подключения реальных узлов.
Работает не со всеми узлами.
Невысокая скорость работы.

SNS
Детальное моделирование физического уровня.
Модульность.
Интуитивно понятный интерфейс.
Не предназначен для моделирования кода. (не эмулятор)
Ограниченная масштабируемость.
Невысокая скорость работы.

Programming for TinyOS

Programming for TinyOS
Нет динамической памяти.
Однозадачность; event-driven
Команды (commands) и события (events) должны делать небольшую работу.
Объявление задач(tasks) для выполнения долгих процессов.
Программный код должен представлять из себя машину состояний.

Programming for TinyOS
X вызывает компонент Y для чтения нескольких байт с флеш с помощью команды Y.multiRead().
Объявляем задачу A чтения первого байта из памяти вызывая Flash.Read()
Возвращаем статуc OK.
Когда возвращается Flash.ReadDone(), объявляем задачу A для чтения второго байта и т.д.
Когда все байты считаны, сигнализируем событие (signal event) Y.multiReadDone()
Если произошли какие-то ошибки сигнализируем событие Y.multiReadDone() с кодом ошибки.

Programming for TinyOS
Наименование файлов
Расширение nesC файлов: .nc
Clock.nc: либо интерфейс, либо конфигуратор
ClockС.nc: конфигуратор
ClockM.nc: модуль

Programming for TinyOS
Интерфейсы связывают между собой компоненты

Programming for TinyOS
Модули могут реализовывать один или несколько интерфейсов.
Модули могут использовать другие интерфейсы.

Programming for TinyOS
Интерфейсы могут передаваться с параметрами.
Один и тот же интерфейс может несколько разных «вхождений».

Programming for TinyOS
Configuration
Два компонента связываются(взаимодействуют) между собой с помощью интерфейсов.
Интерфейсы в user компоненте связываются (wired) с такими же интерфейсами на provider компоненте.
Три типа связи:
endpoint1 = endpoint2
endpoint1 -> endpoint2
endpoint1 <- endpoint2
(equivalent: endpoint2 -> endpoint1)
Компонент, который использует интерфейс должен быть слева, компонент, который предоставляет интерфей справа.

Programming for TinyOS

Литература
Localization in Sensor Networks A. Savvides, L. Girod, M. Srivastava, and D. Estrin, Book Chapter, Wireless Sensor Networks, Edited by Znati, Radhavendra and Sivalingam.
Power-Efficient Sensor Placement and Transmission Structure for Data Gathering under Distortion Constraints D. Ganesan, R. Cristescu and B. Berefull-Lozano
Coverage in wireless ad hoc sensor networks X. Li, P. Wan, and O. Frieder
Impact of Heterogeneous Deployment on Lifetime Sensing Coverage in Sensor Networks, Jae-Joon Lee, Bhaskar Krishnamachari, C.C. Jay Kuo
Topology Control for Wireless Sensor Networks J. Pan, Y.T. Hou, L. Cai, Y. Shi, and S.X. Shen