Tìm hiểu về hệ điều hành cho các cảm biến không dây TinyOS

Các thiết bị IoT dựa trên nhiều hệ điều hành khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sử dụng cuối cụ thể.

Các bản phân phối Linux như Yocto hoặc Android Things rất phổ biến cho các thiết bị gia đình thông minh. Windows 10 IoT Core phù hợp nhất cho các thiết bị biên (bất kỳ phần cứng nào kiểm soát luồng dữ liệu ở ranh giới giữa hai mạng) ở cấp máy chủ. Và tất nhiên hệ điều hành Raspbian được khuyến khích sử dụng thường xuyên trên Raspberry Pi.

Bài viết này đề cập đến TinyOS, rất hữu ích trong các điều kiện thiết yếu đối với mạng cảm biến năng lượng thấp.

TinyOS là gì?

TinyOS là một hệ điều hành dựa trên BSD mã nguồn mở sử dụng ngôn ngữ lập trình nesC để điều khiển và quản lý mạng cảm biến không dây (WSN). Các thiết bị cảm biến (còn gọi là motes) trong các mạng như vậy có đặc điểm là dung lượng thấp, bộ nhớ hạn chế và kiểu dáng rất nhỏ gọn.

TinyOS lần đầu tiên được viết bởi Jason Hill tại Đại học Berkeley vào năm 2000. Nó hoàn toàn miễn phí, phần mềm mã nguồn mở.

TinyOS là hệ điều hành phổ biến dành cho các cảm biến tiết kiệm năng lượng điều khiển ánh sáng, gia tốc kế, nhiệt độ, áp suất và các đối tượng âm thanh. TinyOS thường được sử dụng trong các ứng dụng Công nghiệp 4.0.

Tại sao TinyOS lại hữu ích cho mạng cảm biến không dây?

Cảm biến năng lượng thấp yêu cầu sử dụng hiệu quả tài nguyên do giới hạn trong phạm vi của chúng. TinyOS về cơ bản dựa trên kiến ​​trúc dựa trên thành phần để giảm kích thước mã xuống khoảng 400 đến 500 byte và thiết kế dựa trên sự kiện để không yêu cầu trình bao lệnh.

Kiến trúc dựa trên thành phần người dùng, nesC, là một ngôn ngữ lập trình C để kết nối các hệ thống nhúng. Mỗi đoạn mã bao gồm các chức năng đơn giản được đặt trong các thành phần và các chức năng phức tạp tích hợp tất cả các phần tử với nhau.

Ví dụ sau về đoạn mã dựa trên các thành phần trong NesC cho thấy sự tích hợp của các thành phần khác nhau như bộ hẹn giờ, đồng hồ và gửi tin nhắn.

TinyOS cũng sử dụng thiết kế dựa trên sự kiện, mục tiêu là đặt CPU ở trạng thái ngủ khi không có tác vụ nào đang chờ xử lý. Sự kiện như thế này có thể kích hoạt báo động nếu nhiệt độ bộ điều nhiệt tăng hoặc giảm trên một mức nhất định. Ngay sau khi sự kiện kết thúc, các mô-típ cảm biến có thể được đưa vào trạng thái “ngủ”.

Nhu cầu về một thiết kế như TinyOS là điều cần thiết trong các ứng dụng như Vận chuyển thông minh và Nhà máy thông minh. Vì có hàng nghìn cảm biến, điều quan trọng là phải có dung lượng lưu trữ rất nhỏ để giảm tiêu thụ điện năng.

TinyOS được sử dụng ở đâu?

TinyOS hiện có hơn 35.000 lượt tải xuống. Các ứng dụng chính là trong tất cả các loại thiết bị sử dụng mạng cảm biến không dây.

• Kiểm soát môi trường: Vì bất kỳ hệ thống TinyOS nào cũng có thể được nhúng trong một cảm biến nhỏ, chúng rất hữu ích để theo dõi ô nhiễm không khí, cháy rừng và cứu trợ thiên tai.
• Phương tiện thông minh: Phương tiện thông minh tự hành và có thể hiểu là một mạng lưới các cảm biến. Các cảm biến này giao tiếp qua mạng không dây công suất thấp (LPWAN), giúp TinyOS trở nên hoàn hảo.
• Một thành phố thông minh: TinyOS là một giải pháp khả thi cho các yêu cầu cảm biến năng lượng thấp cho các tiện ích thành phố thông minh, mạng, cơ sở hạ tầng internet và nhiều ứng dụng thành phố thông minh khác.

• Theo dõi tình trạng của máy: Các ứng dụng M2M (máy-với-máy) với nhiều giao diện cảm biến. Một môi trường máy tính đầy đủ không thể được gán cho mỗi cảm biến. TinyOS có thể thực hiện bảo mật, quản lý năng lượng và gỡ lỗi các cảm biến.

Tôi có thể tìm hiểu thêm về TinyOS ở đâu?

Tất cả thông tin tải xuống TinyOS đều có trên trang GitHub chính thức (xem: https://github.com/tinyos/tinyos-main). Ngoài BSD, TinyOS cũng hỗ trợ Mac OS X.

Tài nguyên bao gồm tất cả lớn nhất cho TinyOS hiện có trên trang wiki của Đại học Stanford (xem: http://tinyos.stanford.edu/tinyos-wiki/index.php/Main_Page). Tài nguyên này chứa thông tin cài đặt chương trình, hướng dẫn mở rộng và chỉ mục mã lớn do nhiều người khác đóng góp.

TinyOS là một trong những ví dụ về hệ điều hành được thiết kế cho mạng cảm biến không dây công suất thấp, chi phí thấp. Tuy nhiên, đây không phải là lựa chọn duy nhất. Các ví dụ khác về hệ điều hành tương tự là Contiki, OpenWSN, FreeRTOS và RIOT.