PowWow

PowWow (Power Optimized Hardware and Software FrameWork for Wireless Motes) es un nodo de red de sensores inalámbricos (WSN) desarrollado por el equipo Cairn de IRISA / INRIA . La plataforma se basa actualmente en un transceptor de radio estándar IEEE 802.15.4 y en un microprocesador MSP430 . A diferencia de otros sistemas de nodos disponibles, PowWow ofrece características específicas para una eficiencia energética muy alta : ^[¹^]

La capa MAC se basa en un esquema de encuentro asíncrono iniciado por el receptor,
Se realizaron optimizaciones a nivel arquitectónico y de circuito, tales como administración de energía , escalado de frecuencia y voltaje y coprocesamiento FPGA para bajo consumo de energía.
La pila de software es muy ligera (5 kbytes), utiliza programación orientada a eventos y actualmente deriva de la biblioteca Protothread de Contiki .

Hardware

Fuente: ^{[ 2 ]}

La plataforma de hardware PowWow se compone de una placa base que incluye un microcontrolador MSP430 y de otras placas secundarias, como la placa transceptora de radio, la placa de coprocesamiento y algunas placas de sensores y de recolección de energía .

Procesamiento de la placa base

Microcontrolador de bajo consumo TI MSP430
Versión MSP430F1612, reloj de 8 MHz
55 KB de memoria flash , 5 KB de RAM integrada en el chip.
330 µA a 1 MHz y 2,2 V en modo activo, 1,1 µA en modo de espera.
Conectores P1 y P2 para extensión
Interfaces JTAG, RS232 e I2C

Junta de radio

Transceptor de RF TI CC2420
- módem de banda base de espectro ensanchado de secuencia directa digital
- Chip único de 2,4 GHz compatible con IEEE 802.15.4
- Ganancia de dispersión de 9 dB, velocidad de datos de 250 kbit/s
Soporte de hardware para el manejo de paquetes, almacenamiento en búfer de datos , transmisiones en ráfaga , cifrado de datos , autenticación de datos, evaluación de canal libre, indicación de calidad de enlace e información de temporización de paquetes.

Junta de coprocesamiento

Se puede añadir una tarjeta de coprocesamiento a la placa base mediante los conectores P1 y P2. Esta tarjeta proporciona escalado dinámico de voltaje y aceleración por hardware para aumentar la eficiencia energética de la red.

Gestión del modo de energía (PMM)
- Temporizador programable de bajo consumo para el período de activación.
- MAX6370, 8uA
Escalado dinámico de voltaje y frecuencia (DFVS)
- Reloj programable
  - LTC6930, 490 µA
  - 8 MHz dividido por 1 a 128
- Convertidor CC/CC programable
  - TPS62402/TPS61030
Coprocesamiento FPGA
- FPGA Igloo de bajo consumo de Actel
- AGL125: 130 nm, 125 kgates, 32 kbits de RAM integrada, 1 kbits de Flash, PLL para gestión de reloj.
- Tensiones de alimentación de 0 a 1,65 V
- Consumo de energía: 2,2 µW, 16 µW, de 1 a 30 mW en los modos de reposo, congelación y funcionamiento.
- Por ejemplo, el decodificador Viterbi para la capa de enlace implementado en la FPGA consume 5 mW.

Redes de contactos

Capa MAC: protocolo de muestreo de preámbulo

PowWow utiliza el protocolo RICER ^{[ 3 ]} propuesto por la UC Berkeley para reducir el tiempo de recepción de radio (RX). Este protocolo consiste en un intercambio cíclico iniciado por una señal de activación de los receptores potenciales. Gracias a este método, los nodos permanecen inactivos la mayor parte del tiempo, ahorrando así energía.

Enrutamiento de múltiples saltos
Enrutamiento geográfico

PowWow utiliza un protocolo de enrutamiento geográfico sencillo.

- Cada nodo tiene coordenadas (x,y)
- El siguiente nodo para la transmisión de salto se elige entre los vecinos como el más cercano al destino.

en el sentido de la distancia euclidiana

Gestión de tablas vecinas
- Un vecino es un nodo que se encuentra dentro del alcance de radio de un nodo.
- Los vecinos se descubren al encender el dispositivo y en periodos de tiempo regulares.
Modos de transmisión
- Transmisión
  - Transmisión directa a {vecinos}, sin confirmación
- Inundación
  - Enviar un paquete a todos los nodos de la red, sin confirmación (ACK).
- Salto directo con/sin ACK
  - Transmisión directa a vecinos específicos con o sin confirmación (ACK).
- Multisalto robusto
  - Transmisión de múltiples saltos a un nodo específico en la red.
  - Cada salto se realiza con ACK
  - Utiliza la dirección del nodo

Software

La distribución de software PowWow proporciona una API organizada en capas de protocolo (PHY, MAC, LINK, NET y APP). El software se basa en la biblioteca protothread de Contiki , que ofrece un flujo de control secuencial sin máquinas de estados complejas ni multihilo completo.

Eficiencia de memoria: 6 Kbytes (capas de protocolo) + 5 Kbytes (aplicación)
Reprogramación inalámbrica (y próximamente reconfiguración)

Herramientas de desarrollo

Actualmente basado en IAR Embedded Workbench
También es posible compilar con gcc para MSP430.
Metodología de estimación de energía ^{[ 4 ]}

Disponibilidad

La primera versión de PowWow se lanzó en julio de 2009. PowWow V1 incluye la placa base, la placa de radio y el software. Actualmente, existe un primer prototipo de la placa de coprocesamiento, pero aún no se ha distribuido. PowWow V2 se encuentra en desarrollo.

PowWow se distribuye como hardware y software de código abierto bajo la licencia GPL.

Enlaces externos

Sitio web oficial

Fuentes

↑ O. Berder y O. Sentieys. Powwow : Marco de hardware/software optimizado para el consumo de energía en nodos inalámbricos. En Actas del Taller sobre Redes de Sensores de Ultrabajo Consumo (WUPS), celebrado conjuntamente con la Conferencia Internacional sobre Arquitectura de Sistemas Informáticos (ARCS 2010), páginas 229-233, Hannover, Alemania, febrero de 2010.
↑ "PowWow Hardware" . Archivado del original el 25 de agosto de 2011. Consultado el 26 de marzo de 2011 .
↑ Lin, E.-YA, Rabaey, JM, Wolisz, A. : Esquemas de encuentro de bajo consumo energético para redes densas de sensores inalámbricos. En Actas de la Conferencia Internacional IEEE sobre Comunicaciones, París, Francia, junio de 2004.
↑ MM Alam, O. Berder, D. Menard, T. Anger y O. Sentieys. Un modelo híbrido para el análisis energético preciso de nodos WSN. EURASIP Journal on Embedded Systems, 2011.

[1] O. Berder y O. Sentieys. Powwow : Marco de hardware/software optimizado para el consumo de energía en nodos inalámbricos. En Actas del Taller sobre Redes de Sensores de Ultrabajo Consumo (WUPS), celebrado conjuntamente con la Conferencia Internacional sobre Arquitectura de Sistemas Informáticos (ARCS 2010), páginas 229-233, Hannover, Alemania, febrero de 2010.

[2] "PowWow Hardware" . Archivado del original el 25 de agosto de 2011. Consultado el 26 de marzo de 2011 .

[3] Lin, E.-YA, Rabaey, JM, Wolisz, A. : Esquemas de encuentro de bajo consumo energético para redes densas de sensores inalámbricos. En Actas de la Conferencia Internacional IEEE sobre Comunicaciones, París, Francia, junio de 2004.

[4] MM Alam, O. Berder, D. Menard, T. Anger y O. Sentieys. Un modelo híbrido para el análisis energético preciso de nodos WSN. EURASIP Journal on Embedded Systems, 2011.

[

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]