SKMotes: um Kernel semipreemptivo para nÃs de redes de sensores sem fio

• Autor(a) principal: OtÃvio AlcÃntara de Lima JÃnior
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC
• Texto Completo: http://www.teses.ufc.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=6767
• topic: Sistemas operacionais; Sistemas de controle inteligente; algoritmos; TeleinformÃtica; ENGENHARIA ELETRICA

Redes de sensores sem Fio (RSSFs) sÃo fruto dos recentes avanÃos nas tecnologias de sistemas micro-eletro-mecÃnicos, circuitos integrados de baixa potÃncia e comunicaÃÃo sem fio de baixa potÃncia. Estes avanÃos permitiram a criaÃÃo de minÃsculos dispositivos computacionais de baixo custo e baixa potÃncia, capazes de monitorar grandezas fÃsicas do ambiente e estabelecer comunicaÃÃo uns com os outros. Estes dispositivos, denominados nÃs sensores, sÃo dotados de um microcontrolador simples, elementos sensores, rÃdio transceptor e fonte de alimentaÃÃo. O sistema operacional (SO) à um componente essencial de um projeto de uma aplicaÃÃo para RSSFs. Em relaÃÃo ao modelo de concorrÃncia, podem-se dividir os SOs em duas categorias: baseados em eventos e baseados em threads. O modelo baseado em eventos cria diculdades ao programador para controlar os uxos de execuÃÃo e nÃo se ajusta a problemas com longos perÃodos de computaÃÃao. Por outro lado, o modelo baseado em threads tem alto consumo de memÃria, mas fornece um modelo de programaÃÃo mais simples e com bons tempos de resposta. Dentro desse contexto, esta dissertaÃÃo propÃe um novo SO para RSSFs, chamado SKMotes, que explora as facilidades de programaÃÃo do modelo threads aliadas à baixa ocupaÃÃo de memÃria. Este SO utiliza um modelo de concorrÃncia baseado em threads, mas nÃo completamente preemptivo, pois em dado momento apenas um subconjunto das threads do sistema està executando no modo preemptivo baseado em prioridades. O restante das threads permanece em espera, ocupando apenas um contexto mÃnimo de execuÃÃo, que nÃo contempla a pilha de dados. O principal objetivo desse modelo à prover tempos de resposta baixos para threads de alta prioridade, ao mesmo tempo que garante baixo consumo de energia e ocupaÃÃo de memÃria mais baixa do que kernels preemptivos. Estas caracterÃsticas permitem que o SKMotes seja empregado em aplicaÃÃees de RSSFs que utilizem um conjunto de tarefas orientadas à E/S e a longos perÃodos de computaÃÃo. Por exemplo, aplicaÃÃes de RSSFs que realizem funÃÃes de compressÃo de dados, criptografia, dentre outras. A avaliaÃÃo de desempenho do SO proposto foi realizada em um ambiente de testes, baseado em uma FPGA, projetado para esta dissertaÃÃo, que permite realizar mediÃÃes da utilizaÃÃo da CPU e do tempo de resposta das threads, ao mesmo tempo em que interage com a plataforma do nà sensor atravÃs da interface de comunicaÃÃo serial. Este ambiente de testes pode ser reutilizado em diferentes cenÃrios de avaliaÃÃo de desempenho de sistemas computacionais baseados em microcontroladores. Os testes de avaliaÃÃo de desempenho mostram que, para os casos de teste realizados, o SKMotes apresenta ocupaÃÃo do processador equivalente Ãs soluÃÃes baseadas em multithreading preemptivo, mas com consumo de memÃria de dados, em mÃdia, 20% menor. AlÃm disso, o SKMotes à capaz de garantir tempos de respostas, em mÃdia, 34% inferiores Ãs soluÃÃes baseadas em kernels de eventos. Quando se avalia apenas os casos de teste que possuem threads orientadas à E/S e a longos perÃodos de computaÃÃo, o tempo de resposta chega a ser, em mÃdia, 63% inferior ao apresentado por kernels baseados em eventos.