Wireless Sensor Network Software Design Rules

Abstract

Bezvadu sensoru tīkli (BST) pēdējā desmitgadē sevi pierādījusi kā daudzsološa pieeja viedā planētas izpētē, piedāvājot risinājumus savvaļas dabas un dzīvnieku novērošanai, drošības sistēmu izstrādei, pacientu veselības stāvokļa kontrolei, industriālajai ražošanai un citām sfērām. Sensoru tīklu savstarpējai savietojamībai un programmatūras pārnesamībai trūkst vienotu standartu un vienotas metodoloģijas. Eksistē ievērojams skaits operētājsistēmu (OS), virtuālo mašīnu, vaicājumu valodu un citu rīku sensoru tīklu programmēšanai. Ir izstrādāta virkne dažādu komunikācijas protokolu. Tomēr praksē sensoru tīklu projektētāji un programmētāji joprojām saskaras ar problēmām jaunu platformu un lietotņu izstrādes laikā. Šī darba mērķis ir piedāvāt bezvadu sensoru tīklu programmatūras izstrādes vadlīnijas, kas kalpo kā vienota metodoloģija operētājsistēmu un lietotņu izstrādei. Vadlīnijas balstās uz 40 esošu sensoru tīklu lietojumu izpēti un kopīgo iezīmju identificēšanu. Piedāvātās izstrādes vadlīnijas tiek novērtētas vairākos aspektos. Tiek identificēti iespējamie uzlabojumi esošajiem BST lietojumiem un operētājsistēmām, tiek veikta objekt-orientētas BST OS izstrāde, kā arī novērtēts esošs BST prototips un analizētas tajā esošās problēmas un iespējamie risinājumi. Veiktais novērtējums parāda vadlīnijas kā svarīgu rīku dažādās BST programmatūras izstrādes fāzēs, sākot no plānošanas, līdz pat testēšanai un izmaiņu nepieciešamības analīzei.

In the last decade wireless sensor networks (WSNs) have evolved as a promising approach for smart investigation of our planet, providing solutions for environment and wild animal monitoring, security system development, human health telemonitoring and control, industrial manufacturing and other domains. Lack of unified standards and methodologies leads to limited sensor network solution interoperability and portability. Significant number of WSN operating systems, virtual machines, query languages and other software tools already do exist. Also a significant number of communication protocols have been invented. However, sensor network designers and programmers still face serious problems related to new platform and application development. The goal of this work is to propose wireless sensor network software development design rules that serve as a unified methodology for operating system and application development. The design rules are based on 40 existing WSN deployment extensive analysis and common trend inference. The proposed rules are evaluated in different aspects. Improvements for existing WSN deployments and operating systems are identified, design and implementation of an objectoriented WSN operating system according to proposed rules is described. In addition, a WSN application use-case is evaluated and improvements are suggested according to design rules. The evaluation shows the proposed design rules as an important tool for WSN software development at different stages, from planning to testing and change request analysis. Keywords: wireless sensor networks, methodology, design rules, operating systems, deployment survey, case study