TinyOS ワイヤレス センサーのオペレーティング システムについて学ぶ

IoTデバイスは、特定の最終用途のアプリケーションに応じて、さまざまなオペレーティング システム上に構築されます。

Yocto や Android Things などの Linux ディストリビューションは、スマート ホーム デバイスで非常に人気があります。Windows 10 IoT Core は、サーバー レベルの IoT エッジ デバイス (2 つのネットワーク間の境界でデータ フローを制御するハードウェア) に最適です。そしてもちろん、Raspberry Piでの通常の使用には Raspbian オペレーティング システムが推奨されます。

ここでは、本質的に低電力センサー ネットワークに非常に役立つ TinyOS について説明します。

TinyOSとは何ですか?

TinyOS は、オープンソースの BSD ベースのオペレーティング システムであり、nesC プログラミング言語を使用してワイヤレス センサー ネットワーク (WSN) を制御および管理します。このようなネットワーク内のセンサー デバイス (モートと呼ばれる) は、低電力、限られたメモリ、および非常にコンパクトなフォーム ファクターという特徴があります。

TinyOS は、2000 年にバークレー大学の Jason Hill によって初めて作成されました。これは完全に無料のオープンソース ソフトウェアです。

最終的な用途を考慮すると、TinyOS は、光、加速度、温度、圧力、音響オブジェクトを制御する低電力センサー用の一般的なオペレーティング システムです。 TinyOS は、インダストリー 4.0 アプリケーションでよく使用されます。

TinyOS がワイヤレス センサー ネットワークに役立つのはなぜですか?

低電力センサーは、範囲に制限があるため、リソースを効率的に使用する必要があります。 TinyOS は基本的に、コード サイズを約 400 ～ 500 バイトに削減するためのコンポーネント ベースのアーキテクチャと、コマンド シェルの必要性を排除するイベント ベースの設計に基づいて構築されています。

コンポーネントベースのアーキテクチャでは、組み込みシステムを相互接続するために設計された C プログラミング言語である nesC を使用します。各コード スニペットは、コンポーネント内に配置された単純な関数と、すべてのコンポーネントを統合する複雑な関数で構成されます。

NesC コンポーネントに基づく次のコード スニペットの例は、タイマー、クロック、メッセージングなどのさまざまなコンポーネントの統合を示しています。

TinyOS はイベントベースの設計も採用しており、その目標は保留中のタスクがないときにCPU を休止状態にすることです。イベントとは、サーモスタットの温度が特定の値を超えて上昇または下降したときにアラームをトリガーするようなものです。イベントが終了するとすぐに、センサー モートは「スリープ」状態になる可能性があります。

TinyOS のような設計の必要性は、スマート交通機関やスマート工場などのアプリケーションでは不可欠です。センサーは数千個あるため、電力要件を軽減するにはメモリの設置面積を非常に小さくすることが重要です。

TinyOS はどこで使用されていますか?

現在、TinyOS のダウンロード数は 35,000 を超えています。その主な用途は、ワイヤレス センサー ネットワークを使用するあらゆるタイプのデバイスにあります。

• 環境モニタリング: 各 TinyOS システムは小型センサーに組み込むことができるため、大気汚染、森林火災、自然災害の予防などのモニタリングに役立ちます。
• スマート車両: スマート車両は自律型であり、センサーのネットワークとして理解できます。これらのセンサーは、低電力ワイヤレス エリア ネットワーク (LPWAN) を通じて通信し、TinyOS を完璧なものにします。
• スマート シティ: TinyOS は、公共事業、送電網、インターネット インフラストラクチャ、およびその他の多くのスマート シティ アプリケーションの低電力センシング要件に対応する実行可能なソリューションです。

• マシンの健全性モニタリング: マシンツーマシン (M2M) アプリケーションには複数のセンサー インターフェイスがあります。各センサーに対して完全なコンピューティング環境を指定することはできません。 TinyOS は、セキュリティ、電源管理、センサーのデバッグを実行できます。

TinyOS についてどこで学べますか?

TinyOS のすべてのダウンロード情報は、公式 GitHub ページからアクセスできます ( https://github.com/tinyos/tinyos-mainを参照)。 BSD に加えて、TinyOS は Mac OS X もサポートします。

TinyOS に関する最大の包括的な情報源は、スタンフォード大学 wiki から入手できます ( http://tinyos.stanford.edu/tinyos-wiki/index.php/Main_Pageを参照)。このソースには、プログラムのインストールに関する情報、詳細な手順、および他の多くの人が提供した大規模なコード インデックスが含まれています。

TinyOS は、低コスト、低電力のワイヤレス センサー ネットワーク用に設計されたオペレーティング システムの一例です。しかし、それが唯一の選択肢ではありません。同様のオペレーティング システムの他の例としては、Contiki、OpenWSN、FreeRTOS、RIOT などがあります。