Journal of Korea Society of Industrial Information Systems (한국산업정보학회논문지)

Korea Society of Industrial Information Systems (한국산업정보학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Design of Operating System for Wireless Sensor Nodes with Enhanced Remote Code Update Functionality

원격 코드 업데이트가 가능한 무선 센서 노드용 운영체제

  • 김장훈 (대구대학교 컴퓨터.IT 공학부) ;
  • 차정우 (대구대학교 대학원 컴퓨터정보공학과) ;
  • 김일휴 (대구대학교 대학원 컴퓨터정보공학과)
  • Received : 2011.01.27
  • Accepted : 2011.03.22
  • Published : 2011.03.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Sensor networks monitor the environment, collect sensed data, and relay the data back to a collection point. Although sensor nodes have very limited hardware resources, they require an operating system that can provide efficient resource management and various application environments. In addition, the wireless sensor networks require the code update previously deployed to patch bugs in program and to improve performance of kernel service routines and application programs. This paper presents EPRCU (Easy to Perform Remote Code Update), a new operating system for wireless sensor nodes, which has enhanced functionalities to perform remote code update. To achieve an efficient code update, the EPRCU provides dynamic memory allocation and program memory management. It supports the event-driven kernel, which uses priority-based scheduling with the application of aging techniques. Therefore, the proposed operating system is not only easy to perform wireless communication with the remote code update but also suitable for various sensor network applications.

센서 네트워크 기술은 이러한 센서 노드를 특정한 지역에 대량으로 배치하여 네트워크를 구성한 후 센서 노드를 정보 제공의 매체로 활용하는 기술이다. 센서 노드는 매우 제한적인 하드웨어 자원을 가지고 있기 때문에 효율적인 자원 관리와 센서 네트워크상에서의 다양한 응용 환경을 제공하는 운영체제가 필요하다. 또한 원격 코드 업데이트는 이미 배포된 네트워크에서 응용 프로그램의 오류가 발생하여 이를 수정하거나 성능 개선을 위해 꼭 필요한 기술이다. 본 논문에서는 원격 코드 업데이트가 용이한 새로운 센서 노드용 운영체제, EPRCU(Easy to Perform Remote Code Update)를 제안한다. EPRCU는 이벤트 드리븐 방식의 실행 모델에서 에이징(Aging) 기법을 적용한 우선순위 기반의 프로세스 스케줄링 방식을 사용한다. 작업의 기본 단위인 프로세스는 로더에 의한 동적 메모리 할당 및 프로그램 메모리 관리 기능을 제공함으로써 무선 통신을 이용한 코드 업데이트 수행이 용이할 뿐만 아니라 다양한 센서 네트워크 응용에도 적합하다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 대구대학교

References

  1. R. Kay, F. Mattem, "The Design Space of Wireless Sensor Networks." IEEE Wireless Communications, Vol. 11, Issue: 6, December, 2004, pp. 54-61. https://doi.org/10.1109/MWC.2004.1368897
  2. J. Hill, R. Szewczyk, A. Woo, S. Hollar, D. E. Culler, and K. S. J. Pister, "System Architecture Directions for Networked Sensors," In Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, pp. 93-104, 2000.
  3. S. Bhatti, J. Carlson, H. Dai, J. Deng, J. Rose, A. Sheth, B. Shucker, C. Gruenwald, A. Torgerson, and 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, Aug. 2005.
  4. 최석원, 신효정, 윤찬민, 최학수(Hak Soo Choi), 차호정, "무선 센서 네트워크 운영체제", 한국정보고학회, 정보과학회지 제25권 제12호, 2007. 12, pp.25-34
  5. 민홍, 이상호, 구본철, 허준영, 김용태, 조유근, "무선 센서 네트워크를 위한 운영체제들의 성능분석", 한국정보과학회, 한국정보과학회 2006 한국 컴퓨터 학술종합학술대회 논문집(A), 2006. 6, pp. 331-333
  6. C.-C. Han, R. Kumar, R. Shea, and M. Srivastava, "Sensor Network Software Update Management: A Survey," International Journal on Network Management, Vol. 15, No. 4, pp. 283-294, July 2005. https://doi.org/10.1002/nem.574
  7. 나재훈, 채기준, 정교일, "센서 네트워크 보안 연구 동향", 전자통신동향분석, Vol. 20, No. 1, pp. 112-122, Feb. 2005.
  8. 김신효, 강유성, 정병호, 정교일, "u-센서 네트워크 보안 기술 동향", 전자통신동향분석, Vol. 20, No. 1, pp. 93-99, Feb. 2005.
  9. K. Akkaya and M. Younis, "A Survey of Routing Protocols in Wireless Sensor Networks," Elsevier Ad Hoc Network Journal, Vol 3/3, pp. 325-349, 2005. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2003.09.010
  10. Crossbow Technology Inc., "Mote In-Network Programming User Reference," 2003.
  11. T. Stathopoulos, J. Heidemann, and D. Estrin, "A Remote Code Update Mechanism for Wireless Sensor Networks," Tech. rep. CENS-TR-20, UCLA, Center for Embedded Networked Computing, Nov. 2003.
  12. J. W. Hui and D. Culler, "The Dynamic Behavior of a Data Dissemination Protocol for Network Programming at Scale," Proc. of the 2nd International Conference on Embedded Networked Sensor Systmes (SenSys '04), pp. 81-94, 2004.
  13. S. S. Kulkarni and L. Wang, "MNP: Multihop Network Programming Service for Sensor Networks," Proc. of the International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS '05), pp. 7-16, 2005.
  14. P. Levis and D. Culler, "Mate: A Tiny Virtual Machine for Sensor Networks," Proc. 10th Int'l. Conf. Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems., pp. 85-95, Oct. 2002.
  15. D. Gay, P. Levis, R. Behren, M. Welsh, E. Brewer, D. Culler, "The nesC Language: A Holistic Approach to Network Embedded Systems," In Proc. of the ACM SIGPLAN 2003 Conference on Programming Language Design and Implementation(PLDI), San Diego, CA, June 2003.
  16. C. Ee, R. Fonseca, S. Kim, D. Moon, A. Tavakoli, D. Culler, S. Shenker, I. Stoica, "A Modular Network Layer for Sensornets," In the Proceedings of the 7th USENIX Symposium on Operating Systems Design and Implementation (OSDI '06), Seattle, WA, November 2006, USENIX Association, pp. 249-262.
  17. C. Han, R. Rengaswamy, R. Shea, E. Kohler, M. Srivastava, "SOS: A dynamic operating system for sensor networks,"In Proc. of the Third International Conference on Mobile Systems, Applications, And Services(Mobisys), Seattie, W A, June 2005.
  18. A. Dunkels, B. Gronvall, T. Voigt, "Contiki - a Lightweight and Flexible Operating System for Tiny Networked Sensors," In Proc. of the First IEEE Workshop on Embedded Networked Sensors (EmNets), Tampa, Florida, November 2004.
  19. J. Polastre, J. Hui, P. Levis, J. Zhao, D. Culler, S. Shenker, I. Stoica, "A Unifying Link Abstraction for Wireless Sensor Networks," In Proceedings of the Third ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems(SenSys), November 2-4, 2005.