Vom Smart Dust zum Smart Phone: Verfügbare SensingPlattformen. Adrian Friedli

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1 Vom Smart Dust zum Smart Phone: Verfügbare SensingPlattformen Adrian Friedli Verteilte Systeme Seminar, ETH Zürich, 24. Februar 2009

2 Übersicht Sensornetze Mobiltelefone

3 Sensornetze Ad-hoc-Netz von Sensorknoten Typischerweise ortsgebunden Überwachung der Umgebung Verhalten von Mensch und Tier Warnsystem für Gefahren Typische Anforderungen: Lange Laufzeit Schwer zugängliche Montageorte Energieverbrauch ist kritisch

4 Mögliche Klassifikation von Sensorknoten [1] Spezialisierte Sensorknoten Generische Sensorknoten Gateways

5 Spezialisierte Sensorknoten Speziell für eine Aufgabe hergestellt z.b. Temperaturmessung + Kommunikation der Daten Geringe Grösse Geringe Leistungsfähigkeit

6 Beispiel: Spec Chip Entwickelt von J. Hill, Berkley Universität von Kalifornien 2 x 2.5 mm klein Eingebauter Funksender Geringer Energieverbrauch Wenige mw bei Aktivität Wenige W im Ruhezustand

7 Generische Sensorknoten Durch eigene Sensoren erweiterbar Dadurch flexibel einsetzbar Leistungsfähiger als spezialisierte Knoten

8 Betriebssystem Tiny OS [2] Auf den meisten generischen Sensorknoten läuft das Betriebssystem Tiny OS Eigens für Sensorknoten entwickelt Eigene Programmiersprache: nesc Komponenten-basierte Architektur minimiert Code-Grösse Ereignisgesteuerte Ausführung ermöglicht gezieltes Power-Management

9 Beispiel: BTnode An der ETH entwickelt Enthält zwei Funkmodule Hardware: Grösse beträgt 58 x 33 mm Mikrocontroller mit 8 MIPS 64 kb SRAM 128 kb Flashspeicher Betriebssystem ist Nut/OS Programmiersprache ist C

10 Beispiel: Sun SPOTs Wird in Java ME programmiert VM läuft direkt auf der Hardware Hardware: 180 MHz-Prozessor 512 kb RAM / 4 MB Flashspeicher Eingebaute Sensoren: 3D-Beschleunigung Temperatursensor Lichtsensor

11 Gateways Brücke zwischen Sensornetz und der Aussenwelt Kommunikation mit dem Internet Interaktion mit Benutzern Daten des Netzes kommen hier zusammen

12 Mobiltelefone Im Gegensatz zu Sensornetzen: Mobiler Personalisierter Energieverbrauch ist nicht irrelevant Mögliche Sensoren Bluetooth, WLAN, GPS Kamera und Mikrofon Helligkeitssensor Beschleunigungssensor

13 Mögliche Klassifikation von Mobiltelefonen MassenmarktMobiltelefon Smartphone

14 Massenmarkt-Mobiltelefone Wenige Sensoren Nur eingeschränkt programmierbar Bluetooth, Mikrofon, evtl. Kamera Meist nur Java ME Zugriff auf Kamera oft nicht möglich Begrenzter Speicherplatz Nokia 6230 besitzt nur 3 MB Speicher

15 Smartphones Mehr Sensoren eingebaut Betriebssystem kommt meist von Drittanbieter Deutlich leistungsfähiger Speicher und Rechenleistung z.b. das Nokia N95 8G: 332 MHz ARM CPU 256 MB Speicher

16 Verbreitung Steigende Verkaufszahlen * 2008: rund 28 % mehr Smartphones verkauft als im Jahr 2007 Entspricht 13 % des Marktes Trotzdem noch geringe Verbreitung Anteil deutlich unter 10 % * Marktanalyse von Canalys.com, 3.Quartal 2008

17 Marktanteil von Betriebssystem-Anbietern Symbian Apple (iphone) RIM (Blackberry) Microsoft Linux Andere Marktanalyse von Canalys, 3.Quartal 2008 [3]

18 Beispiel: iphone 3G Konnte Marktanteil im Jahr 2008 markant ausbauen (plus 14 %) OS X iphone als Betriebssystem Programmierung erfolgt in Objective-C Weitere Sprachen werden nicht unterstützt Diverse Sensoren: Bluetooth, WLAN und GPS Annäherungs- und Umgebungslichtsensoren 3D-Beschleunigungssensor

19 Beispiel: Nokia N95 8G Verwendet Symbian OS als Betriebssystem Vorhandene Sensoren: 5 Megapixel Kamera mit Autofokus Bluetooth, WLAN und GPS 3D-Beschleunigungssensor Hardware: 332 MHz ARM CPU 256 MB Speicher

20 Symbian OS Von der Firma Symbian entwickelt Multitasking, Threads, Speicherschutz Unterstützte Programmiersprachen Symbian C++ und Open C/C++ Java Python Webtechnologien (Javascript, Flash Lite,...)

21 Android-Plattform Von Google entwickelt Open-Source Programmierung erfolgt in Java Dalvik VM als Virtuelle Maschine Die von Google selbst entwickelte Dalvik VM basiert auf einer Registermaschine. Die Java VM basiert dagegen auf einer Stapelmaschine.

22 Fazit Sensornetze sind flexibel aber typischerweise ortsgebunden Mobiltelefone sind für Mobile-Sensing besser geeignet Massenmarkt-Mobiltelefone nur eingeschränkt Programmierbar aber weit verbreitet Smartphones deutlich leistungsfähiger Programmierung der Smartphones meist in diversen Sprachen möglich

23 Referenzen [1] R. K. Jason Hill, Mike Horton and L. Krishnamurthy. The Platforms Enabling Wireless Sensor Networks. Communications of the ACM, SPECIAL ISSUE: Wireless sensor networks, 47(6):41 46, Juni [2] Betriebssystem Tiny OS: [3] Canalys. Marktanteile von Smartphones im Jahr [4] The Sensor Network Museum

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