비선점 환경의 TinyOS에서 실시간성을 고려한 태스크 그룹 기반의 스케줄링 기법

손치원(Chiwon Son),탁성우(Sungwoo Tak) 한국멀티미디어학회 2010 멀티미디어학회논문지 Vol.13 No.9

비선점형 태스크 스케줄링 정책을 사용하는 TinyOS는 선입선출 (FIFO: First-In First-Out) 방식의 태스크 스케줄링만 제공하기 때문에 최상위 우선순위를 가진 사용자 태스크가 즉시 실행이 필요한 태스크임에도 불구하고 우선순위가 낮은 태스크가 획득한 CPU 사용권한을 선점하지 못한다. 따라서 실시간 서비스를 요구하는 사용자 태스크(User Task)의 마감시한 (Deadline)을 보장할 수 없다. 또한, 비선점 환경의 TinyOS에서 사용자 태스크가 요청한 실시간 서비스를 완료하기 위해서는 사용자 태스크의 마감시한을 보장함과 동시에 사용자 태스크에서 호출 및 실행되는 TinyOS 플랫폼 태스크들의 마감시한도 보장해야 한다. 이에 본 논문에서는 비선점형 태스크 스케줄링 정책을 사용하는 기존 TinyOS 환경에서 실시간성을 제공하는 태스크 그룹 기반의 스케줄링 기법을 제안하였다. 제안한 기법은 요청한 사용자 태스크의 마감시한을 보장하기 위하여 사용자 태스크와 함께 사용자 태스크가 완료되기 위하여 호출 및 실행이 필요한 다수의 TinyOS 플랫폼 태스크를 태스크 그룹으로 형성한 후, 해당 태스크 그룹을 하나의 가상적인 큰 태스크 단위로 스케줄링한다. 제안한 기법의 동작을 시험한 결과, 제안한 기법은 비선점형 태스크 스케줄링 정책을 사용하는 TinyOS 환경에서 사용자 태스크의 마감시한을 보장함과 동시에 사용자 태스크의 평균 응답시간을 줄이고 기존 TinyOS 플랫폼간의 호환성을 제공할 수 있었다. Since the TinyOS incorporating a non-preemptive task scheduling policy uses a FIFO (First-In First-Out) queue, a task with the highest priority cannot preempt a task with lower priority before the task with lower priority must run to completion. Therefore, the non-preemptive TinyOS cannot guarantee the completion of real-time user tasks within their deadlines. Additionally, the non-preemptive TinyOS needs to meet the deadlines of user tasks as well as those of TinyOS platform tasks called by user tasks in order to guarantee the deadlines of the real-time services requested by user tasks. In this paper, we present a group-based real-time scheduling technique that makes it possible to guarantee the deadlines of real-time user tasks in the TinyOS incorporating a non-preemptive task scheduling policy. The proposed technique groups together a given user task and TinyOS platform tasks called and activated by the user task, and then schedule them as a virtual big task. A case study shows that the proposed technique yields efficient performance in terms of guaranteeing the completion of user tasks within their deadlines and aiming to provide them with good average response time, while maintaining the compatibility of the existing non-preemptive TinyOS platform.

소형 네트워크 임베디드 시스템에 TinyOS 이식 과정에서의 이슈 및 디버깅 기법

김대남(Daenam Kim),김교선(Kyosun Kim) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.45 No.6

ZigBee 통신기반의 네트워크 임베디드 시스템을 위한 많은 플랫폼들이 개발되어 왔으며 TinyOS와 같은 소형 운영체제가 탑재되어 다양한 주변장치를 통해 네트워킹, 정보수집, 명령 수행 등 다양한 기능들을 효율적으로 구현할 수 있도록 하고 있다. 새로운 플랫폼에 운영체제를 이식하는 과정에서는 계수기와 같이 중요한 특정 하드웨어 장치가 운영체계에서 요구하는 기능이 부족하다면 소프트웨어 및 다른 하드웨어 장치로 해당 기능을 구현해야 한다. 본 논문은 먼저 계수기에 비교기 인터럽트 기능이 없는 플랫폼에서 운영체계의 요구 기능을 만족하는 다중 시스템 타이머를 구현하는 기법을 제안한다. 또한, 이식과정에서 예측하기 어려운 오류가 주입될 수 있기 때문에 이에 따라 발생하는 수많은 오동작에 대처해야 할 것이다. 불행히도 TinyOS에는 하드웨어의 인터럽트에 의해 구동되는 수많은 비동기 처리가 필요한 반면 새로운 플랫폼에는 탑재된 하드웨어 각각에 대한 모델이 확립되지 않아 시뮬레이터가 미리 제공되지 못한다. 본 논문은 이러한 열악한 상황에서 사용할 수 있는 새로운 디버깅 기법을 제안한다. 이 방법은 레이디오펄스(주)의 MG2400과 MG2455에 TinyOS 2.0을 이식하는 과정에서 발생한 이슈들과 원인을 찾아내는데 사용되어 그 실용성을 입증하였다. Numerous platforms have been developed for ZigBee-based network embedded systems. Also, operating systems like TinyOS have been installed to facilitate efficient implementation of wireless sensor network applications which collect data, and/or execute commands. First of all, porting an operating system on a new platform may need invention of a substitute for a required but unsupported hardware component. This paper presents a multiplexed virtual system timer for a platform without a counter comparator which we have contrived to emulate by using an extra counter. Such porting also injects unexpected faults which cause a variety of painful failures. Unfortunately, TinyOS requires to handle a lot of asynchronous hardware interrupts which are hard to trace during debugging. Besides, simulators are not available for a new platform since the models of hardware on the platform are not usually developed, yet. We propose novel instrumentation techniques which can be used to effectively trace the bugs in such lack of debugging environment. These techniques are used to identify and fix a great deal of nasty issues in porting TinyOS 2.0 on MG2400 and MG2455 platforms made by RadioPulse Inc.

TinyOS 기반의 센서 노드 제어 알고리즘

부준필,양현규,김도현 한국인터넷방송통신학회 2008 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.8 No.4

최근에 대표적인 센서 노드 운영체계인 TinyOS를 이용하여 센서 네트워크를 개발하여 다양한 유비쿼터스 응용 서비스를 개발하고 있다. 이들 TinyOS 기반의 센서 네트워크에서는 상황 정보를 획득하기 위해 센서로부터 센싱된 정보의 전달과 수집을 집중적으로 수행한다. 이에 본 논문에서는 센서 노드의 전력 상태를 파악하여 이를 토대로 센서 노드를 수면, 활동, power off 모드로 전환하는 센서 노드 제어 알고리즘을 제시한다. 그리고 이 알고리즘을 토대로 센서 네트워크의 센서 노드, 싱크, 서버에서 센서 제어 모듈을 설계하고 구현한다. 이를 위하여 센서 노드의 센서 전력제어 모듈과, USN 서버의 센싱 데이터 수신 및 도시 모듈과 센서 제어 모듈을 설계하고 TinyOS와 자바 언어를 이용하여 구현한다. 이를 통하여 센서 노드의 전력 상태를 확인하여 데이터 수집이 어려울 경우 수면이나 power off 모드로 전환하여 전력 손실을 방지하고, 주변 환경이 정상적일 경우 활동 모드로 변경함으로써 효과적으로 센서 노드의 전력을 제어할 수 있을 것으로 사료된다.

전송 부하를 분산하는 무선 센서 네트워크 구축을 위한 TinyOS 기반 LMPR 구현

오용택,정국상,최덕재,김풍혁 한국콘텐츠학회 2006 한국콘텐츠학회논문지 Vol.6 No.12

In Wireless Sensor Network(WSN) a sensor node transfers sensing data to the base-node through multi-hop because of the limited transmission range. Also because of the limited energy of the sensor node, the sensor nodes are required to consume their energy evenly to prolong the lifetime of the network.LMPR is a routing protocol for WSN. LMPR configures the network autonomously based on level which is the depth from the base-node, and distributes the transmission and computation load of the network to each sensor node. This paper implements LMPR on TinyOS and experiments on the performance of LMPR in WSN. As the result, the average of the received rate of LMPR is 91.39% and LMPR distributes the load of the transmission and computation about 4.6 times compare to the shortest cost routing protocol.We expect LMPR evenly distributes the transmission and computation load of the network to each node, and the lifetime of the network will be longer than it used to be. 무선 센서 네트워크의 노드에서 측정된 데이터는 노드의 전송 거리의 제한 때문에 멀티 홉을 통해 베이스 노드에 전송된다. 또한 노드의 에너지가 한정되어 있기 때문에 무선 센서 네트워크의 수명을 연장하기 위해서는 각 노드의 에너지 소모를 가능한 균일하게 하여야 한다. Level based MultiPath Routing(LMPR)은 베이스 노드로 부터의 거리에 해당하는 노드의 레벨을 기반으로 무선 센서 네트워크를 자가 구축하고 데이터 처리 및 전송 부하를 각 센서 노드에 분산시키는 무선 센서 네트워크 라우팅 프로토콜이다. 본 논문에서는 TinyOS 기반으로 LMPR를 구현하고 실험을 통해 무선 센서 네트워크상에서 LMPR의 성능을 측정하였다. 실험 결과 LMPR이 최소 비용 방식으로 선택된 단일 경로로 데이터를 전송하는 프로토콜보다 데이터 처리 및 전송 부하를 약 4.6배 분산시켰다. LMPR을 사용하여 데이터 처리 및 전송 부하를 각 노드에 분산시켜 TinyOS를 기반으로 구성된 무선 센서 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있을 것으로 기대한다.

지능형 홈을 위한 무선 센서 네트워크 구성

황세희(Se-Hee Whang),장인훈(In-Hun Jang),심귀보(Kwee-Bo Sim) 한국지능시스템학회 2005 한국지능시스템학회논문지 Vol.15 No.6

센서 네트워크는 많은 센서 노드들을 산개시켜놓은 다음 노드들끼리 통신망을 구성하고 주위 환경 정보를 수집하고 분석 한다. 각 노드들은 제한된 자원 내에서 지정된 일을 수행해야 하기 때문에 효율성이 극대화되어야 하고 하드웨어 자체의 성능도 뛰어나야 한다. 지금까지 기술적인 제약이 있었지만 최근 IC 제조 기술과 무선 네트워크 기술의 급속한 발달로 인해 저렴하면서 전력소비가 적고 다양한 기능을 하는 소형 임베디드 시스템을 구성할 수 있게 되었다. 기술 발전과 함께 무선 센서 네트워크는 새로운 연구 분야로서 자리매김하였고 현재 여러 연구실에서 연구되어지고 있으며, 제각기 다른 이름으로 다양하게 불리고 있다 - Wireless Integrated Network Sensors (WINS), Mobile Ad hoc NETwork (MANET), Ubiquitous Sensor Network (USN). 현재 센서 네트워크 분야에서 TinyOS가 널리 이용되고 있다. 본 논문에서는 TinyOS와 그 플랫폼을 이용해서 가정 내에서 컨텍스트 인식을 위한 센서 네트워크를 구성하고자 한다. In the sensor network, a lot of sensor nodes are scattered sparsely and organizes a united communication network between each node. After that, environmental information around each sensor node are gathered and analyzed. Because each node operates under resource constraint, the efficiency and hardware specification of a node should be maximized. There exist technical constraints until now but recent technical progress in Ie fabrication and wireless network enables to construct a tiny embedded system, which has the properties of low cost, low power consumption, multi functions. Wireless sensor network becomes a modem research field with technical improvements, is studied in numerous laboratories, and is called as diverse different project names - Wireless Integrated Network Sensors (WINS), Mobile Ad hoc NETwork (MANEY), Ubiquitous Sensor Network (USN). TinyOS is one of leading project and is widely used. In this paper, we suggest a sensor network, which uses TinyOS platforms and aims for context awareness in a home environment.

CATL 모델과 Facade 패턴을 이용한 TinyOS 기반 센서네트워크 시스템 클래스 재사용 개선

백정호 ( Jeong Ho Baek ),이홍로 ( Hong Ro Lee ) 한국지리정보학회 2012 한국지리정보학회지 Vol.15 No.2

Recently, when software architecture is designed, the efficiency of reusability is emphasized. The reusability of the design can raise the quality of GIS software, and reduce the cost of maintenance. Because the object oriented GoF design pattern provides the class hierarchy that can represent repetitively, the importance is emphasized more. This method that designs the GIS software can be applied from various application systems. A multiple distributed sensor network system is composed of the complex structure that each node of the sensor network nodes has different functions and sensor nodes and server are designed by the combination of many classes. Furthermore, this sensor network system may be changed into more complex systems according to a particular purpose of software designer. This paper will design the CATL model by applying Facade pattern that can enhance the efficiency of reuse according to attributes and behaviors in classes in oder to implement the complicated structure of the multiple distributed sensor network system based on TinyOS. Therefore, our object oriented GIS design pattern model will be expected to utilize efficiently for design, update, or maintenance, etc. of new systems by packing up attributes and behaviors of classes at complex sensor network systems.

TinyDB와 라인트레이서를 활용한 TinyOS기반의 센서 데이터 처리 모듈 설계 및 구현

이상훈,문승진,Lee, Sang-Hoon,Moon, Seung-Jin 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.10B

유비쿼터스 컴퓨팅 기술에 대한 관심이 하드웨어, 통신, 데이터베이스 등의 다양한 분야에서 매우 높게 나타나고 있음에 따라 무선 센서 네트워크에 대한 연구가 활기를 띠고 있다. 특히 최근에 새로 보급되는 스마트 센서들은 각 센서 노드들이 정보를 실시간으로 수집하고 분석할 수 있어, 이에 따른 데이터 처리 역시 중요한 이슈로 부각되고 있다. 본 논문에서는 이동 경로를 주행할 수 있는 라인트레이서를 설계 및 구현하여 쿼리 프로세싱 시스템인 TinyDB를 활용해서 라인트레이서에 센서 노드를 탑재하여 이동 경로 주변의 데이터를 수집하였고, 정지해 있는 특정한 위치에서의 데이터와 비교하였으며, 수집된 데이터를 저장하여 웹 서버에서 나타내었다. 또한 사용자의 편의를 위해 임베디드 보드에서 웹 서버로의 접근을 통해서 터치 식으로 쉽게 데이터를 볼 수 있도록 구현하였다. The study of sensor network database is beginning to liven up as we are interested in Ubiquitous Computing technology in hardware, communication, database and so on. Especially, as new smart sensors have capabilities of real-time information gathering and analysis of each sensor node, data processing becomes an important issue in Ubiquitous Computing. In thesis, we have applied TinyDB(query processing system) to carry sensor node with line tracer which can follow the fixed path. After we gathered data around path, we have processed data in TinyDB GUI, gathered data, displayed data on a web server. Also we have a web browser on an embedded board for convenient user interface and implemented touch screen such that users can operate with a finger.

TinyOS기반의 온도측정 센서 네트워크시스템의 구성

강정훈,전순미 인제대학교 2007 仁濟論叢 Vol.22 No.1

유비쿼터스(Ubiquitous) 패러다임의 등장으로 편리한 생활을 실현하기 위한 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 연구가 다양한 방면으로 이루어지고 있다. 이러한 환경을 이루기 위한 기반 기술로 센서 네트워크가 그 중심이 될 것이다. 센서 네트워크는 물리적 공간과 사물들이 지능적으로 동작하고 이들 스스로 네트워크를 형성하여 언제 어디서나 필요한 서비스를 제공하기 위한 기술이다. 현재 이 기술을 이용하여 산업, 환경, 가정, 의료등의 여러 분야에 적용을 시도하고 있다. 본 논문에서는 센서 네트워크 기술에 대한 연구에 중점을 두었다. 그리고 여러 응용 분야 중 특정 지역의 온도 측정을 위한 시스템을 제안하고, 이를 구현하였다. 특정 지역의 외부 환경에서 온도에 대한 정보 수집과 분석을 위해 실제 USN 장비를 이용하였다. 각각의 USN 장비에는 TinyOS 기반의 응용 프로그램을 적용하여 RF 통신이 가능한 네트워크를 구성하고, 원격지에서 모니터 시스템을 통해 실시간 변하는 외부 상황을 사용자에게 가시화 할 수 있도록 하였다. 실험을 통해 정상적인 데이터 수집 및 무선 통신이 이루어짐을 확인할 수 있었다.

ZigBee Solution를 이용한 독거노인 모니터링 시스템 구현

전병찬,류상률,최규석 한국인터넷방송통신학회 2008 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.8 No.6

최근 사회는 의학의 발달과 원인으로 고령인구 비율이 높아지면서 인구의 고령화가 가속화 되고 있다. 하지만 고령인구 비율이 높아지는 것에 그치는 것이 아니라 노인 가구 구성 형태에도 많은 변화를 보여 독거노인이 늘어나면서 독거노인의 여러 가지 많은 사회적인 문제가 발생하고 있다. 한 예로 83세 독거노인이 사망한지 한달 만에 발견되는 등 심각한 수준에 이르렀다. 그리하여 국가적으로 조금이나마 독거노인 생활 확인 서비스를 시행하고 있지만, 현재는 많이 부족한 실정이다. 본 논문에서는 이러한 사회적 상황을 고려하여 ZigBee를 활용한 독거노인 모니터링 시스템을 구현한다. 또한, TinyOS가 탑재된 Moteiv사의 Tmote Sky 센서모트를 사용하여 IEEE 802.15.4 표준기반의 ZigBee 센서 네트워크로 구성하였으며 센서로부터 수신된 환경 정보 데이터를 DB에 저장하여 관리하고 웹페이지 또는 모바일을 통하여 현재 집안의 상태를 모니터링 할 수 있도록 하였다.

무선 센서를 이용한 환경정보 모니터링 시스템

성창규(Chang-Gyu Seong),류길수(Keel-Soo Rhyu),박종일(Jong-Il Park),원라경(La-Kyoung Weon),김태진(Tai-Jin Kim) 한국마린엔지니어링학회 2006 한국마린엔지니어링학회 학술대회 논문집 Vol.2006 No.-

무선 센서 네트워크 기술은 최근 주목 받고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅의 핵심 분야로서, 그 활용도가 다양해서 이와 관련된 많은 연구 개발이 이루어지고 있다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크 기술을 여러 응용 분야에 활용될 수 있는 환경 정보 모니터링 시스템에 적용시켜 보았다. 센서 노드로써 MicaZ와 그 운영체제인 TinyOS를 이용하여 온도, 조도, 습도, 가속도, 그리고 위치 등의 사용자 환경 정보를 탐지하고 처리하는 시스템을 구현하며 사용자가 원하는 환경의 조건을 유지하는데 이용될 수 있도록 하였다.