Benefits of operating system in wireless sensor networks

Langattomat anturiverkot ovat kehittyneet viime vuosina nopeaa tahtia. Ominaisuuksien määrä on kasvanut, mutta toisaalta laitteistoresurssit ovat pysyneet lähes ennallaan. Lisääntyneen monimutkaisuuden hallintaan on kehitetty eritoten langattomia anturiverkkoja varten suunniteltuja reaaliaikaisia käyttöjärjestelmiä. Nämä käyttöjärjestelmät ottavat anturiverkkojen erityislaatuisuuden esimerkiksi energiankulutuksen ja laitteistoresurssien suhteen huomioon. Tässä työssä otettiin SensorOS-niminen käyttöjärjestelmä käyttöön TUT\-WSN-anturiverkon reitittävän anturilaitteen sulautetussa ohjelmistossa. TUTWSN on mikrokontrolleripohjainen vähän energiaa kuluttava langaton anturiverkkoteknologia. Käyttöjärjestelmän käyttöönotolla pyrittiin parantamaan järjestelmän suorituskykyä sekä selkeyttämään järjestelmän rakennetta. Osana työtä pyrittiin selvittämään yleisesti käyttöjärjestelmän käyttöön liittyviä etuja langattomassa anturiverkossa. Käyttöönotto suoritettiin kahdessa vaiheessa. Näin saatiin paremmin toimiva järjestelmä aikaiseksi ja lisäksi ensimmäisen vaiheen järjestelmä toimi alkuperäisen TUTWSN-anturiverkon ohella hyvänä verokkijärjestelmänä. Työssä luotua järjestelmää vertailtiin verokkijärjestelmiin usein eri tavoin. Suorituskykyä vertailtiin esimerkkijärjestelmän kannalta oleellisia parametrejä, kuten radion päälläoloaikaa ja keskeytysviivettä, käyttäen. Lisäksi vertailtiin järjestelmien resurssienkäyttöä. Rakennevertailu suoritettiin subjektiivisesti sekä mutkikkuusmittaa käyttäen. Käyttöjärjestelmän havaittiin parantavan esimerkkijärjestelmän suorituskykyä ja reaaliaikavaatimusten toteuttaminen helpottui. Keskeytysviive oli käyttöjärjestelmää käytettäessä lähes vakio ja radion päälläoloaika parani 80 prosentista lähes 95 prosenttiin. Lisäksi käyttöjärjestelmä selkeytti järjestelmän rakennetta. Käyttöjärjestelmä helpotti energiankulutuksen hallintaa ja tehosti resurssien hallintaa. Toisaalta järjestelmän muistin kulutus lisääntyi huomattavasti. Datamuistin käyttö kasvoi 28 prosenttia alkuperäiseen järjestelmään verrattuna. /Kir11Wireless sensor networks (WSN) have developed constantly during last years. Features have increased but on the other hand resources have remained at the same level. Operating systems designed just for WSNs have been developed to help increased complexity. These operating systems take into account WSNs speciality for example in energy consumption and hardware resources. In this thesis SensorOS operating system was adopted in embedded software of TUTWSN wireless sensor network. As part of the thesis, general benefits of operating systems in wireless sensor networks are discoverd. OS deployment was done in two steps to gradually porting existing functionality to new OS environment and carry out performance comparison in pieces. System with OS was compared to previous systems. Performance was analyzed with essential parameters of TUTWSN's point of view like interrupt delay and radio's on time. In addition, use of resources was compared. Structure comparison was done in subjective way and by analysing cyclomatic complexity. Many benefits of operating system were discovered. Operating system increased system's performance and eased accomplishing of real-time requierments. Interrupt delay became almost constant and radio's on time increased from 80 % to 95 %. It clarified also the system structure. Resource management became more effective. At the same time the data memory footprint increased by 28 %