확장성 및 실시간성을 고려한 실시간 센서 노드 플랫폼의 설계 및 구현 = Design and Implementation of a Scalable Real-Time Sensor Node Platform

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 멀티 태스크 기반의 확장성과 주기 및 비주기 태스크 관리 기법을 효율적으로 제공할 수 있는 실시간 센서 노드 플랫폼을 설계하고 구현하였다. 기존의 센서 네트워크 운영체제는 주기 및 비주기 태스크간의 효율적인 스케줄링 기법을 제공하지 않기 때문에 우선순위가 높은 비주기 태스크의 실행 선점으로 인해 주기 태스크의 마감시한을 보장할 수 없다. 이에 본 논문에서 제안한 주기 및 비주기 태스크 관리 기법은 운영체제 수준에서 주기 태스크의 마감시한 보장과 더불어 비주기 태스크의 평균 응답시간을 최소화할 수 있다. 또한 센서 노드 플랫폼에 용이한 확장성을 제공하기 위하여 멀티 태스크 기반의 동적 컴포넌트 실행 환경이 보장되는 센서 노드 플랫폼을 초경량 8비트 마이크로프로세서인 Atmel사의 Atmega128L이 탑재된 센서 보드에서 구현하였다. 구현된 실시간 센서 노드 플랫폼의 동작을 시험한 결과, 주기 태스크의 마감시한 보장을 제공함과 동시에 향상된 비주기 태스크의 평균 응답시간과 효율적인 시스템의 평균 처리기 이용률을 확인할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, we propose a real-time sensor node platform that guarantees the real-time scheduling of periodic and aperiodic tasks through a multitask-based software decomposition technique. Since existing sensor networking operation systems available in literature are not capable of supporting the real-time scheduling of periodic and aperiodic tasks, the preemption of aperiodic task with high priority can block periodic tasks, and so periodic tasks are likely to miss their deadlines. This paper presents a comprehensive evaluation of how to structure periodic or aperiodic task decomposition in real-time sensor-networking platforms as regard to guaranteeing the deadlines of all the periodic tasks and aiming to providing aperiodic tasks with average good response time. A case study based on real system experiments is conducted to illustrate the application and efficiency of the multitask-based dynamic component execution environment in the sensor node equipped with a low-power 8-bit microcontroller, an IEEE802.15.4 compliant 2.4GHz RF transceiver, and several sensors. It shows that our periodic and aperiodic task decomposition technique yields efficient performance in terms of three significant, objective goals: deadline miss ratio of periodic tasks, average response time of aperiodic tasks, and processor utilization of periodic and aperiodic tasks.