⭐⭐⭐⭐⭐ Tiny os on Sensor Networks

TinyOS: An Operating System for Sensor Networks vasanza
• Presentar el modelo de diseño y programación de TinyOS, incluido el soporte
para la concurrencia y la composición flexible.
• Evaluar TinyOS en términos de su rendimiento, pequeño tamaño, peso ligero
concurrencia, flexibilidad y soporte para bajo consumo de alimentación.
• Mostrar la experiencia de usar TinyOS a través de tres aplicaciones:
• Vigilancia del medio ambiente.
• Tracking de objetos.
• Procesador de consultas.
• Mostrar un proyecto de ESPOL módulos de comunicación que usan TinyOS.
Objetivos de la Presentación

Redes de Sensores
• Hardware pequeño
• Flexible
• Bajo consumo de energía
• Bajo costo
• Fácil interacción o comunicación con otros sensores, actuadores.
Actualmente: Sistemas Single-Chip que integran una baja potencia CPU y la
memoria, radio o comunicación óptico.
• Red de minicomputadores o nodos.
• Provistos de sensores.
• Colaboran en una tarea común.
• Pueden tener un Gateway.

¿Que es TinyOS?

¿Por qué TinyOS?
• Recursos Limitados:
• Bajo costo y bajo consumo de energía.
• Un procesador 1-MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages)
con arquitectura RISC (Reduced instruction set computing ) y decenas de
Kilobytes de almacenamiento.
• Reactive Concurrency:
• Muestreo de sensores
• Procesamiento de datos local
• Datos de enrutamiento para otros nodos
• Tareas de procesamiento distribuido (estadística agregación o
reconocimiento de operaciones).
• Respuestas en tiempo real.
• Flexibilidad:
• La variación en el hardware y las aplicaciones.
• OS independiente de la frontera entre hardware y software.
• Baja potencia:
• Funcionamiento continuo.
• Gestión de energía y ciclo de trabajo.

Características
• Concurrencia orientada a eventos, basados en interfaces de fase dividida.
• Eventos asíncronos y tareas de cómputo.
• Modelo de programación basado en componentes, NESC (dialecto del C).
• No es un sistema operativo tradicional.
• Marco de programación para sistemas embebidos.
• Conjunto de componentes que permiten la construcción de un sistema
operativo en una aplicación específica.
• Una aplicación típica es alrededor de 15K en tamaño, de las cuales el sistema
operativo base es de aproximadamente 400 bytes.

Características
• Conjunto de componentes, cada uno de los cuales es independiente entidad
computacional:
• Comandos.- petición a un componente para llevar a cabo algún servicio. Ej.:
lectura de sensores.
• Eventos.- Indica la finalización de ese servicio. Pueden ser asíncronos por
interrupciones de hardware.
• Tareas.- comandos y controladores de eventos pueden enviar una tarea, una
función ejecutada por el planificador TinyOS en un momento posterior.
Representan concurrencia interna dentro de un componente.
Abstrae los recursos de hardware como componentes.
1.- Comando getData ().
2.- El sensor hará que la señal más tarde, DataReady () evento cuando se da la
interrupción de hardware.
Actualmente se incluye: redes de un solo salto, enrutamiento, administración de
energía, temporizadores, y el almacenamiento no volátil.

Características

Modelo de componente
• Modelo de programación proporcionado por el idioma NESC.
• Encapsulan un conjunto específico de servicios mediante interfaces.
• Conjunto de componentes de sistemas reutilizables con un programador de
tareas.
• Interfaces proporcionadas aparecen arriba el componente TimerM e interfaces
utilizadas están por debajo.
• Flechas hacia abajo representan los comandos y las flechas ascendentes
representan eventos.

• Un componente tiene dos clases de interfaces: las que ofrece y los que utiliza.
Para interactuar directamente con otros componentes.
• Un componente puede proporcionar o utilizar el mismo tipo de interfaz varias
veces.

• Módulos: proporcionan código y extensiones para llamar e implementar
comandos y eventos. Declara variables de estado privada y buffers de datos.
• Configuraciones: usados para conectar otros componentes, conectar interfaces
proporcionadas por otros componentes.

• Un componente puede invocar una interfaz sin referirse explícitamente a su
aplicación, permitiendo realizar interposición mediante la introducción de un
nuevo componente que utiliza y proporciona la misma interfaz.
• Las interfaces pueden ser cableados en múltiples ocasiones.

• Código Sincrónico (SC): código que sólo es accesible desde tareas.
• Código asíncrono (AC): código que es accesible desde al menos una interrupción
manejador.

Recursos limitados
• El tamaño y la estructura de las aplicaciones TinyOS.
• El compilador debe reducir el tamaño del código a través de la optimización.

• Ciclos de CPU, tanto de trabajo como de cruce de frontera para la gestión de
eventos de reloj. Optimización reduce el recuento de ciclo total en un 38%.
Recursos limitados

Aplicaciones

Aplicaciones
Monitoreo del hábitat en Great Duck Island
*Autonomía 7-9 meses.
*Sensores:
- Luz.
- Temperatura.
- Humedad relativa.
- Presión.
- Infrarroja.
*Internet conexión vía
satélite.
* Muestre cada 68 s.
* 35 uA en estado de bajo
consumo, en comparación
con 18 a 20 mA
* 1,2 millones de lecturas en
4 meses.

Aplicaciones
Tracking de objetos
*Detectar.
*Localizar.
* Seguimiento.
* Sensor de campo magnético.
* servicios distribuidos:
- Enrutamiento.
- Intercambio de datos.
- Tiempo de sincronización.
- Localización.
- Gestión de energía.
- Filtrado de sensor.

Aplicaciones
Terremoto y tsunami de Japón, 11
de marzo de 2011.

c1
S4
S5
S1
S3
S2
S7
S8
S6

Estación en tierra
Ethernet
/ GSM
SERVIDOR
GPRS / WIFI
Red Mesh de Boyas Sensor en mar.

MAR
BOYA
BOYA
BOYA
BOYA
Estación
en tierra

BEAGLEBONE
INDC12o24VDC
BORNERAS OUT Digital 0-5Vdc
R
E
G
U
L
A
D
O
R
RS232
SOCALO BEAGLEBONE
SOCALO BEAGLEBONE
BORNERAS IN Analógicas 0-5Vdc
Ethernet XBEE
GSM

DATALOGGER Ethernet
Sensores
Salidas Digitales
SENSORES MÓDULO UNIDADES
Acelerómetro +
Giroscopio(AG)
Mpu-6050
Grad, Grad/Seg
[i2c]
Temperatura del
Agua (STA)
DS18B20
ºC
[1-Wire]
Humedad y
Temperatura del
Aire (SHTA)
DHT11
0-100% (Humedad Relativa)
y ºC
[Digital-DHTlib]
Velocidad del
Viento (SV)
HYXC-FSV
m/s
[Analógico 0-5VDC]
Luz (SL) TSL2561
Watts/(m^2 x Hora)
[i2c]
Brújula Magnética Cmps03
Grad
[i2c]

. Comparativa en mediciones de Temperatura Aire y
Humedad Relativa Aire entre ENKI e INAMHI
ENKI INAMHI
Hora
Temperatura
Aire[°C]
Humedad Relativa
Aire[%]
Temper
atura
Aire[°C]
Humedad Relativa
Aire[%]
13:00 26 62 26,75 66,5
14:00 27 60 27,8 62
15:00 28 58 28,4 62,3
16:00 28 62 28,1 64
17:00 26 61 27,3 63,6
18:00 26,75 66 27,5 67,5
19:00 26,75 68 27 70,2
20:00 26 69 26,5 72
21:00 26 66 25,6 72

Variable Física Porcentaje Error
Temperatura Aire 9 %
Humedad Relativa Aire 12 %
ENKI INAMHI
Temperatura
Aire[°C]
Humedad
Relativa Aire[%]
Temperatura
Aire[°C]
Humedad Relativa
Aire[%]
26,722 63,555 27,216 66,677

Referencias
• Philip Levis, Sam Madden, Joseph Polastre, Robert Szewczyk, Kamin
Whitehouse, Alec Woo, David Gay, Jason Hill, Matt Welsh, Eric Brewer and David
Culler. TinyOS: An Operating System for Sensor Networks.
http://users.eecs.northwestern.edu/~peters/references/TinyOSSpringer05.pdf
• Digi International Inc. Xbee-PRO 900HP. http://www.digi.com/products/xbee-rf-
solutions/modules/xbee-pro-900hp
• Libelium. Smart World. http://www.libelium.com/
• TinyOs Alliance. http://www.tinyos.net/
• Romero, G., Salazar, C., & Asanza, V. (2015). Desarrollo de un Prototipo de
Sistema Hidrometeorológico. Revista Tecnológica-ESPOL, 28(5).

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