무선 센서네트워크는 유비쿼터스 컴퓨팅에서 생활환경과 컴퓨터 사이의 중계자 역할을 하는 매우 중요한 연구 분야이다. 매우 제약적인 자원 환경에서 동작하여야 하는 센서 노드의 특성 때문에 제한된 자원을 효율적으로 관리할 수 있는 센서네트워크 운영체제가 요구된다. 또한 센서네트워크는 외부 물리 환경의 변화에 반응하여 동작하는 시스템이기 때문에 여러 이벤트를 동시에 신속하게 처리 할 수 있어야 한다. 이러한 요구조건을 만족시킬 수 있도록 TinyOS나 MANTIS, NanoQplus 등 센서네트워크용 운영체제에서 다양한 기법들이 제시되고 있다. 하지만, 센서네트워크 응용 프로그램을 개발하는 프로그래머 입장에서는 제약이 심한 개발 환경과 개발을 용이하게 할 수 있도록 하는 프레임워크가 부족한 문제점도 매우 크다. 이를 위해 본 논문에서는 반응형 시스템에 적합한 상태머신 프레임워크를 멀티쓰레드 기반의 센서네트워크운영체제인 NanoQplus에 구현하였다. 또한 효과적인 이벤트 처리를 위한 이벤트 브로커 모듈 및 상태머신간 메시지 공유를 위한 메시지 자료구조와 메시지 및 메시지큐를 핸들링하고 상태머신의 전이를 수행하는 실행 모듈을 제안한다. 추가적으로 상태머신 프레임워크기반의 응용 프로그램을 좀 더 용이한 개발을 지원할 수 있는 CASE(Computer-aided software engineering)툴을 개발하였다.
무선 센서네트워크는 유비쿼터스 컴퓨팅에서 생활환경과 컴퓨터 사이의 중계자 역할을 하는 매우 중요한 연구 분야이다. 매우 제약적인 자원 환경에서 동작하여야 하는 센서 노드의 특성 때문에 제한된 자원을 효율적으로 관리할 수 있는 센서네트워크 운영체제가 요구된다. 또한 센서네트워크는 외부 물리 환경의 변화에 반응하여 동작하는 시스템이기 때문에 여러 이벤트를 동시에 신속하게 처리 할 수 있어야 한다. 이러한 요구조건을 만족시킬 수 있도록 TinyOS나 MANTIS, NanoQplus 등 센서네트워크용 운영체제에서 다양한 기법들이 제시되고 있다. 하지만, 센서네트워크 응용 프로그램을 개발하는 프로그래머 입장에서는 제약이 심한 개발 환경과 개발을 용이하게 할 수 있도록 하는 프레임워크가 부족한 문제점도 매우 크다. 이를 위해 본 논문에서는 반응형 시스템에 적합한 상태머신 프레임워크를 멀티쓰레드 기반의 센서네트워크운영체제인 NanoQplus에 구현하였다. 또한 효과적인 이벤트 처리를 위한 이벤트 브로커 모듈 및 상태머신간 메시지 공유를 위한 메시지 자료구조와 메시지 및 메시지큐를 핸들링하고 상태머신의 전이를 수행하는 실행 모듈을 제안한다. 추가적으로 상태머신 프레임워크기반의 응용 프로그램을 좀 더 용이한 개발을 지원할 수 있는 CASE(Computer-aided software engineering)툴을 개발하였다.
A wireless sensor network(WSN) which roles as a mediator between living environment and computers in ubiquitous computing is very essential research area. Due to the constraint that sensor nodes should work in very resource-restricted circumstances, an operating system that can manage resources effe...
A wireless sensor network(WSN) which roles as a mediator between living environment and computers in ubiquitous computing is very essential research area. Due to the constraint that sensor nodes should work in very resource-restricted circumstances, an operating system that can manage resources effectively is demanded. Also, a sensor network should be able to deal with many events quickly and simultaneously in order to respond to various physical changes in outer environment. The Sensor Network Operating System such as TinyOS, MANTIS and NanoQplus is much designed so that it can satisfy such requirement. But, for programmers who develop application program for sensor networks, they have lack of frameworks which the development is easily possible from restricted development environment. In this paper for this, we implemented a state machine framework apt for responsive systems in NanoQplus which is multi-thread-based sensor network operating system. In addition we propose an event broker module(EBM) for effective event dispatching, a message data structure for message sharing among state machines, and an execution module that handles messages and their queue and performs state transition of the machines. Furthermore, we could do the development more easily an application program with a state-based framework by developing CASE tools.
A wireless sensor network(WSN) which roles as a mediator between living environment and computers in ubiquitous computing is very essential research area. Due to the constraint that sensor nodes should work in very resource-restricted circumstances, an operating system that can manage resources effectively is demanded. Also, a sensor network should be able to deal with many events quickly and simultaneously in order to respond to various physical changes in outer environment. The Sensor Network Operating System such as TinyOS, MANTIS and NanoQplus is much designed so that it can satisfy such requirement. But, for programmers who develop application program for sensor networks, they have lack of frameworks which the development is easily possible from restricted development environment. In this paper for this, we implemented a state machine framework apt for responsive systems in NanoQplus which is multi-thread-based sensor network operating system. In addition we propose an event broker module(EBM) for effective event dispatching, a message data structure for message sharing among state machines, and an execution module that handles messages and their queue and performs state transition of the machines. Furthermore, we could do the development more easily an application program with a state-based framework by developing CASE tools.
센서네트워크 시스템은 외부 물리 환경의 이벤트에 반응하는 반응형 시스템이다. 같은 이벤트에 대해서도 프로그램의 모드에 따라 입력 이벤트를 다르게 처리하는 경우가 있기 때문에, 시스템 설계 시 상태머신(State Machine) 기반의 컴퓨팅 모델을 이용하는 것이 적합하다.
무선 센서네트워크는 어떤 운영체제가 요구되는가?
무선 센서네트워크는 유비쿼터스 컴퓨팅에서 생활환경과 컴퓨터 사이의 중계자 역할을 하는 매우 중요한 연구 분야이다. 매우 제약적인 자원 환경에서 동작하여야 하는 센서 노드의 특성 때문에 제한된 자원을 효율적으로 관리할 수 있는 센서네트워크 운영체제가 요구된다. 또한 센서네트워크는 외부 물리 환경의 변화에 반응하여 동작하는 시스템이기 때문에 여러 이벤트를 동시에 신속하게 처리 할 수 있어야 한다.
무선 센서네트워크란 무엇인가?
무선 센서네트워크(Wireless Sensor Network; WSN)는 군사 작전 지역, 산업 시설, 생태 환경 등에 다량의 센서를 배치하여 데이터를 수집/가공하고, 가공된 데이터를 센서 노드간 무선 통신을 통하여 최종 사용자에게 필요한 데이터를 전송하는 기술[1, 2]로, 국내에서는 유비쿼터스 센서네트워크(Ubiquitous Sensor Network; USN)으로 지칭되기도 한다. 일반적으로 센서네트워크를 구성하는 센서 노드는 극도로 제한된 자원을 가지고 있어, 8bit MCU(Micro Controller Unit; MCU)와 8~128KB 정도의 프로그램 가능한 메모리, 512B~4KB 정도의 RAM으로 동작한다[3].
참고문헌 (14)
I.F.Akyildiz, W.Su,Sankarasubramaniam, E.Cayirci, "A Survey on Sensor Networks," IEEE Communications Magazine, pp.102-114, August, 2002
J.Hill, R.Szewczyk, A. Woo, S. Hollar, D. Culler, K. Pister "System Architecture Directions for Networked Sensors," Proceedings of Ninth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems(ASPLOS), November, 2000.
S. Bhatti, J. Carlson, H. Dai, J. Deng, J. Rose, A. Sheth, B. Shucker, C. Gruenwald, A. Torgerson, R. Han, "MANTIS OS: An Embedded Multithreaded Operating System for Wireless Micro Sensor Platforms," ACM/ Kluwer Mobile Networks & Applications (MONET), Special Issue on Wireless Sensor Networks, Vol.10, No.4, August, 2005, guest co-editors P. Ramanathan, R. Govindan and K. Sivalingam, pp.563-579.
C. Han, R. Rengaswamy, R. Shea, E. Kohler and M. Srivastava. "SOS: A dynamic operating system for sensor networks" Proceedings of the Third International Conference on Mobile Systems, Applications, And Services (Mobisys), 2005.
NanoQplus, (Web Page) http://qplus.or.kr
Harel, D.: Statecharts: A Visual Formalism for Complex Systems, The Science of Computer Programming, pp.231-274.
Miro Samek "Practical Statecharts in C/C++: Quantum Programming for Embedded Systems" CMP BOOKS (2002)
Douglass, Bruce Powell "Doing Hard Time, Developing real-time systems with UML, Object, Frameworks, and Patterns" Addison Wesley(1999)
T.-H. Kim, Seongsoo Hong, "State machine based operating system architecture for wireless sensor networks," Lecture Notes in Computer Science, Vol.3320 No. pp.803-803, Dec., 2004
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