| Περίληψη |
Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων αρχίζουν να κάνουν την εμφάνισή τους ως ένα νέο πεδίο της πληροφορικής, όπου ένας αριθμός από αυτόνομες συσκευές-μινιατούρες, που έχουν τη δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας, συνεργάζονται μεταξύ τους προκειμένου να πραγματοποιήσουν το διαμοιρασμό και τη συναλλαγή της πληροφορίας. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτών των δικτύων είναι η δυνατότητα ανάπτυξης ενός μεγάλου αριθμού μικροσκοπικών συσκευών, ικανές να παρακολουθούν το περιβάλλον τους, να αντιδρούν και να προσαρμόζονται σε αυτό. Οι ερευνητές οραματίζονται εφαρμογές όπου δεκάδες, εκατοντάδες και πιθανώς χιλιάδες τέτοιοι κόμβοι, εξοπλισμένοι με τους κατάλληλους αισθητήρες, μπορεί να τοποθετηθούν κοντά στο φαινόμενο παρατήρησης, επιτρέποντας τη διάδραση ανθρώπου-συσκευής χωρίς να απαιτείται η φυσική παρουσία του πρώτου στο φαινόμενο. Προηγούμενες προσπάθειες σε αυτή την περιοχή εστίασαν στην ανάπτυξη των ίδιων των συσκευών και στην κατανόηση θεμάτων που έχουν να κάνουν με τη δικτυακή διασύνδεση και υποδομή τους. Ένα ζήτημα το οποίο δεν έχει λάβει την απαραίτητη προσοχή, είναι η δυνατότητα υποστήριξης λειτουργικών συστημάτων γενικού τύπου σε τέτοιου είδους συσκευές. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, παρουσιάζουμε το CORMOS, ένα λειτουργικό σύστημα για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων που δίνει έμφαση στην επικοινωνία. Το CORMOS έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο, ώστε: (α) να παρέχει διεπαφές στον χρήστη, τέτοιες ώστε να διευκολύνουν τη διάδρασή του με το σύστημα, (β) να αποτελείται από διακριτές και ανεξάρτητες μονάδες λογισμικού (modules), με κοινές διεπαφές λογισμικού εφαρμογών και συστήματος και (γ) να λαμβάνει υπόψη του και να αντιμετωπίζει ικανοποιητικά περιορισμούς όσον αφορά τους πόρους του συστήματος, όπως παραλληλισμό, μνήμη και ισχύ. Το CORMOS, χρησιμοποιεί μια ενοποιημένη διεπαφή τόσο για τις διακριτές μονάδες λογισμικού συστήματος, όσο και για τις εφαρμογές, η οποία αποτελείται από διαχειριστές (handlers) που επικοινωνούν με γεγονότα (events). Χρησιμοποιεί τις έννοιες του γεγονότος και του μονοπατιού (path), προκειμένου να επιτύχει την ολοκλήρωση μεταξύ της απομακρυσμένης επικοινωνίας και της επεξεργασίας, υπό διαφανή τρόπο και χωρίς να απαιτείται ξεχωριστός μηχανισμός διαχείρισης μηνυμάτων. Νέες εφαρμογές, καθώς και νέα πρωτόκολλα επικοινωνίας, όπως π.χ. πρωτόκολλα δρομολόγησης και αξιόπιστης μετάδοσης, μπορούν να προστεθούν στο σύστημα ως διακριτές μονάδες λογισμικού. Ο δρομολογητής του CORMOS, διευκολύνει τις εφαρμογές ως προς τη δρομολόγηση των γεγονότων και επίσης κρύβει από τις εφαρμογές την ύπαρξη ασύγχρονων γεγονότων που βασίζονται σε χρονομετρητές (timers/counters). Τέλος, σχεδιάζουμε να χρησιμοποιήσουμε το CORMOS, προκειμένου να οδηγήσουμε το σχεδιασμό των πλατφόρμων δικτύων αισθητήρων. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, περιγράφουμε το σχεδιασμό του CORMOS, συζητούμε τυχόν διαφορετικές σχεδιαστικές προσεγγίσεις και παρέχουμε μια αρχική υλοποίησή του σε διάφορες πλατφόρμες δικτύων αισθητήρων. Ερευνούμε το πώς τα λειτουργικά συστήματα μπορούν να διευκολύνουν την ολοκλήρωση πρωτοκόλλων δικτύων ως διακριτές μονάδες λογισμικού, παρέχοντας διάφορους αλγόριθμους δρομολόγησης, καθώς και ένα σχήμα επαναμετάδοσης το οποίο εγγυάται παράδοση στο επίπεδο συνδέσμου-δεδομένων (datalink). Επιπρόσθετα, παρουσιάζουμε αρχικά πειραματικά αποτελέσματα, που αφορούν στο χειρισμό των πόρων του συστήματος. Βρίσκουμε ότι το λειτουργικό σύστημα και μία απλή δικτυακή υποδομή λογισμικού μπορούν να χωρέσουν σε 5.5 KBytes μνήμης προγράμματος (Flash), καταλαμβάνοντας περίπου 250 Bytes μνήμης RAM. Το σύστημα είναι σε θέση να επεξεργαστεί γεγονότα με ρυθμό 2500 γεγονότα το δευτερόλεπτο. Όταν το σύστημα χρησιμοποιεί τον πομποδέκτη ραδιοσυχνοτήτων (RF transceiver) προκειμένου να επικοινωνήσει με άλλες συσκευές αισθητήρων, επιτυγχάνει ένα μέγιστο ρυθμό 20 πακέτα ανά δευτερόλεπτο.
|
CORMOS: A Communication-Oriented Runtime System for Wireless Sensor Networks
