EA2014 OSforWSN

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Présentation

• Enseignants : Georges-Pierre Bonneau, Didier Donsez (EA2014)
• Sujet : OS for WSN
• Date : 10 octobre 2014
• Auteur : El Hadji Malick FALL <Firstname DOT Name AT e DOT ujf-grenoble DOT fr>
• Lien vers les slides de la présentation : [1]

Résumé

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Mots Clés

Firefox, Smartphone, Libre, Open-source, HTML5, CSS, Javascript

Abstract

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Key Words

Firefox OS, Free software, smartphone, open-sources, HTML5, CSS, Javascript

Synthèse

Un capteur en réseau est défini comme un ensemble d’éléments électroniques de taille réduite, composé essentiellement d'un détecteur, d'un microcontrôleur, d’une batterie, d'un émetteur-récepteur et d'une antenne. Ces capteurs peuvent être reliés ensemble pour former un réseau sans fil. Un réseau de capteurs sans fil est donc un réseau ad hoc composé d’un grand nombre de noeuds qui désignent ces capteurs capables de récolter, de transmettre et renseigner sur plusieurs données de manière autonome.

L’utilisation des capteurs sans fil est aujourd’hui de plus en plus requise dans des domaines tels que la supervision et la sécurité. Ils se basent sur des protocoles pour communiquer entre eux et proposent des programmes et des réseaux embarqués. A leur début, ces capteurs étaient uniquement composé d’un système dédié à une application précise (Par exemple, capteur permettant de relever la température ambiante d’un milieu, est uniquement constitué d’un thermomètre électronique et d’un afficheur digital). Avec de nouvelles contraintes comme la recherche applicative, ils sont aujourd’hui gérés par des systèmes d’exploitation spécialisés.

Ces systèmes d’exploitation pour capteur en réseau, appelés également WSN, sont par conséquent des systèmes d'exploitation embarqués au sein de capteurs en réseau. Développé et soutenu par l’université américaine de Berkeley, TinyOS est un des premiers systèmes d'exploitation conçus pour les réseaux de capteurs. Il est aujourd’hui le plus répandu et celui qui nous intéressera en particulier.

Les systèmes d'exploitation pour réseaux de capteurs et leurs caractéristiques

Les nœuds qui composent un réseau de capteur subissent de nombreuse contraintes. Ils sont tout d’abord limités par la capacité de leur batterie, la puissance de leur processeur et leur faible capacité de communication.

Un système d’exploitation devient alors nécessaire. En se présentant comme une interface entre les ressources matérielles limitées et des applications distribuées, il permet de faciliter la programmation des applications, mais aussi d’optimiser les utilisations de ressources. En effet il est capable de de gérer de nombreuses tâches telles que l’allocation de ressource sur les périphériques, l’interruption et la gestion et la planification de tâches, sans oublier la gestion du réseau support.

Architecture

L’architecture d'un système d'exploitation ainsi que sur la façon de fournir des services aux programmes d'application sont des caractéristiques essentielles.

Nous distinguons 4 types quatre types d'architectures de système d'exploitation :

• Monolithique : Les services fournis par le système d'exploitation sont mis en œuvre séparément et chaque service fournit une interface pour d'autres services.
• Micro Noyau : le noyau fournit le strict minimum pour assurer le fonctionnement du système. La plupart des fonctionnalités du système d'exploitation est fournie via des serveurs au niveau utilisateur comme un serveur de fichiers, un serveur de mémoire
• Modulaire ou composant : le système d'exploitation met en œuvre des services sous la forme de couches.
• Machine virtuelle : Le principe d'une machine virtuelle est d'intégrer le système d'exploitation à l'application de l'utilisateur

Modèle d’exécution et ordonnancement

On distingue 3 modèles d'exécution pour les réseaux de capteurs :

• Événementiel (Event-based) : qui donne la priorité aux événements.
• Multi Thread (Thread-based) : gestion de la préemption et de la concurrence
• Hybrid : qui combine les 2 modèles précédents

En ce qui concerne l’ordonnancement, il y a deux catégories :

• L'ordonnancement en temps réel pour les applications en temps réel
• L’ordonnancement en temps partagé adapté aux événements asynchrones

TinyOS

TinyOS est un système d’exploitation open-source conçu pour des réseaux de capteurs sans fil. Il a été créé pour répondre aux caractéristiques et aux nécessités des réseaux de capteurs, que sont :

• Une taille de mémoire réduite.
• Une basse consommation d’énergie.
• Des opérations d’assistance intensive.
• Des opérations robustes.
• L’optimisation en termes d’usage de mémoire et d’énergie.

L’allocation mémoire

TinyOS est plus qu’un automate. Il repose sur une architecture basée sur une association de composants, réduisant la taille du code nécessaire à sa mise en place. Cette plate-forme logicielle ouverte, ainsi qu'une série d'outils, développés à la base par l'Université de Berkeley sont enrichis par une multitude d'utilisateurs. Les composants sont constitués d’une frame, de tâches et d’interfaces.

• Les frames contiennent l’état interne du composant. Il s’agit d’un espace mémoire de taille fixe réservée, permettant au composant de stocker les variables globales et les données qu’il utilise pour réaliser ses fonctionnalités. Il n’existe qu’une seule par composant et celle-ci est allouée statiquement à la compilation.
• Les tâches elles contiennent l’implémentation des fonctions métiers. Elle se subdivisent en deux catégories : les commandes et les évènements.
• Les interfaces représentent le descriptif de ces fonctions.

TinyOS repose sur l’idéologie suivante : “Hurry up and sleep” (“Effectuer rapidement la tâche et se mettre en veille”). Ainsi il se met automatiquement en veille lorsqu’aucune tâche n’est active.

Il est aussi dit event-driven, c’est à dire que le fonctionnement du système s’appuie sur la gestion des évènements se produisant. Ces événements déclenchent à leur apparition l’activation de tâches, leur interruption ou encore la mise en veille du capteur. Par ailleurs, TinyOS ne gère pas le mécanisme de préemption entre les tâches mais donne la priorité aux interruptions matérielles. Il n’est pas prévu pour avoir un fonctionnement temps réel.

L’allocation de ressources

L’Ordonnanceur TinyOS est caractérisé par ces deux niveaux de priorité (bas pour les tâches, haut pour les événements) et sa file d’attente FIFO (disposant d’une capacité de 7).

Le langage : NesC

NesC est un langage de programmation dérivé du langage C, conçu pour minimiser l’utilisation de mémoire et de puissance de calcul par les capteurs, qui très souvent disposent de ressources très limitées (batterie de faible puissance et non changeable, mémoire réduite...). Il est ainsi essentiellement dédié pour la réalisation de systèmes embarqués distribués. Il cible en particulier l’implémentation d’applications pour les réseaux de capteurs. Il offre donc une réactivité importante vis-à-vis de l’environnement, une gestion de la concurrence même intensive et un support de communication. Il propose de nombreuses optimisations pour diminuer l’occupation de l’espace mémoire.

NesC permet la décomposition d’une application en « modules » réutilisables en fournissant d’abord trois abstractions de programmation : les interfaces, les modules et les configurations.

Les interfaces spécifient un ensemble de fonctions, appelées commandes :

Comparaison avec les principaux concurrents

Dans cette partie nous allons comparer Firefox OS avec différents acteurs du monde du smartphone sur différents points (nombre de terminaux, d'applications,...)

• Au niveau du nombre de terminaux, il existe à l'heure actuelle 11 smartphone différent accueillant nativement Firefox OS. Un nombre si faible comparé à Android ou à Windows Phone possède toutefois un avantage : les tests pour une applications sont plus simple à mettre en place, et on peut imaginer avoir moins de problèmes de compatibilité entre les différents téléphones. Le désavantage est par contre un choix drastiquement limité pour le client, sachant de plus que tout les smartphones ne sont pas disponibles dans tout les pays.

• Via le multi-plateforme, les applications Firefox OS peuvent toucher un public plus nombreux que les applications Android ou Ios. En effet comme les applications Firefox OS peuvent s'installer pour certaines sur un terminal Android ou sur un ordinateur pourvu du navigateur Firefox, le nombre de client potentiel est très élevé.

• Le nombre d'applications sur le market est très faible : ~4000. Certes les applications peuvent être hébergée sur un serveur par leurs développeurs, mais pour la plupart des personnes, la référence pour obtenir une application reste le market officiel.

• L'utilisation des technologies Web permet de s'adresser à un nombre de développeurs plus élevés que l'utilisation de langages de programmation objets comme java ou Objective C.

Conclusion

En conclusion, Firefox OS est un système d'exploitation libre et open source pour smartphone permettant de créer des applications multi-plateforme via l'utilisation de technologies web. Il se veut également comme une introduction au smartphone pour des gens ne connaissant pas encore ce domaine. On peut néanmoins se demander comment cet OS va se comporter face à la concurrence de Google OS (basé également sur les technologies web) et d' Android sur le marché des pays émergents. Enfin comme nous l'avons vu plus tôt, 50% des applications Firefox OS nécessite une connexion internet pour pouvoir fonctionner. La qualité du réseau et le prix des forfait avec une connexion internet mobile dans les pays émergents est donc un élément crucial pour le futur de Firefox Os.

Notes et références

Recherche Documentaire

Firefox OS :

• marketplace

• explication packaged ou hosted

Lien pour les chiffres :

• zdnet

Démos

Lien vers l'application Firefox OS boilerplate :accés