PowWow - PowWow

PowWow-Hardwareplattform

PowWow (Power Optimized Hardware und Software - Framework für Wireless Motes) ist ein drahtloses Sensornetzwerk (WSN) Stäubchen von der Cairn - Team entwickelt IRISA / INRIA . Die Plattform basiert derzeit auf dem Standard- Funk-Transceiver IEEE 802.15.4 und einem MSP430- Mikroprozessor . Im Gegensatz zu anderen verfügbaren Mote-Systemen bietet PowWow spezifische Funktionen für eine sehr hohe Energieeffizienz :

• Die MAC-Schicht basiert auf einem vom Empfänger initiierten asynchronen Rendezvous-Schema.
• Optimierungen auf Architektur- und Schaltungsebene wurden durchgeführt, wie z. B. Energieverwaltung , Frequenz- und Spannungsskalierung und FPGA- Co-Verarbeitung für geringen Stromverbrauch.
• Der Software-Stack ist sehr leicht (5 KB) und verwendet eine ereignisgesteuerte Programmierung. Er wird derzeit aus der Protothread-Bibliothek von Contiki abgeleitet .

Hardware

Die PowWow-Hardwareplattform besteht aus einem Motherboard mit einem MSP430- Mikrocontroller und anderen Tochterplatinen wie der Funk-Transceiver-Platine, der Coprocessing-Platine sowie einigen Sensor- und Energy-Harvester- Platinen.

Motherboard verarbeiten

• TI MSP430 Low-Power-Mikrocontroller
• MSP430F1612 Version, 8 MHz Takt
• 55 KB Flash-Speicher , 5 KB On-Chip-RAM
• 330 uA bei 1 MHz und 2,2 V im aktiven Modus, 1,1 uA im Standby-Modus
• P1, P2 Anschlüsse zur Erweiterung
• JTAG-, RS232- und I2C-Schnittstellen

Radio Board

• TI CC2420 HF-Transceiver
  • Digitales Direktsequenz - Spread - Spectrum - Basisband - Modem
  • Single-Chip 2,4 GHz IEEE 802.15.4-konform
  • Ausbreitungsverstärkung von 9 dB, Datenrate von 250 kbit / s
• Hardware-Unterstützung für Paketverarbeitung, Datenpufferung , Burst-Übertragung , Datenverschlüsselung , Datenauthentifizierung, eindeutige Kanalbewertung, Anzeige der Verbindungsqualität und Informationen zum Paketzeitpunkt

Co-Processing Board

Auf den Anschlüssen P1, P2 kann der Hauptplatine eine Co-Processing-Karte hinzugefügt werden. Diese Karte bietet dynamische Spannungsskalierung und Hardwarebeschleunigung , um die Energieeffizienz des Netzwerks zu erhöhen.

• Power Mode Management (PMM)
  • Programmierbarer Timer mit geringem Stromverbrauch für die Weckzeit
  • MAX6370, 8 uA
• Dynamische Spannungs- und Frequenzskalierung (DFVS)
  • Programmierbare Uhr
    • LTC6930, 490 uA
    • 8 MHz geteilt durch 1 bis 128
  • Programmierbarer DC / DC-Wandler
    • TPS62402 / TPS61030
• FPGA-Co-Verarbeitung
  • Low-Power-Iglu-FPGA von Actel
  • AGL125: 130 nm, 125 kg, 32 kbit On-Chip-RAM, 1 kbit Flash, PLL für die Taktverwaltung.
  • Versorgungsspannungen 0 bis 1,65V
  • Stromverbrauch: 2,2 uW, 16 uW, 1 bis 30 mW im Schlaf-, Gefrier- und Laufmodus
  • zB verbraucht der auf dem FPGA implementierte Viterbi-Decoder für die Verbindungsschicht 5 mW

Vernetzung

• MAC-Schicht: Präambel-Abtastprotokoll

PowWow verwendet das von UC Berkeley vorgeschlagene RICER-Protokoll , um die im Funkempfangsmodus (RX) verbrachte Zeit zu reduzieren. Dieses Protokoll besteht aus einem zyklischen Rendezvous, das von einem Weckfeuer von potenziellen Empfängern initiiert wird. Dank dieser Methode schlafen Knoten die meiste Zeit und sparen so Energie.

• Multi-Hop-Routing
• Geografisches Routing

PowWow verwendet ein einfaches geografisches Routing-Protokoll.

• • Jeder Knoten hat (x, y) Koordinaten
  • Der nächste Knoten für die Sprungübertragung wird in den Nachbarn als der dem Ziel am nächsten gelegene ausgewählt

im Sinne der euklidischen Distanz

• Verwaltung von Nachbartabellen
  • Ein Nachbar ist ein Knoten im Funkbereich eines Knotens
  • Nachbarn werden beim Einschalten und in regelmäßigen Abständen entdeckt
• Übertragungsmodi
  • Übertragung
    • Direkte Übertragung an {Nachbarn}, keine ACK
  • Überschwemmung
    • Senden Sie ein Paket an alle Netzwerkknoten, keine ACK
  • Direct Hop mit / ohne ACK
    • Direkte Übertragung an einen bestimmten Nachbarn mit / ohne ACK
  • Robuster Multi-Hop
    • Multi-Hop-Übertragung an einen bestimmten Knoten im Netzwerk
    • Jeder Hop ist mit ACK
    • Verwendet die Knotenadresse

Software

Die PowWow-Softwareverteilung bietet eine API, die in Protokollschichten (PHY, MAC, LINK, NET und APP) unterteilt ist. Die Software basiert auf der Protothread- Bibliothek von Contiki , die einen sequentiellen Steuerungsfluss ohne komplexe Zustandsautomaten oder vollständiges Multithreading bietet.

• Speichereffizienz: 6 KByte (Protokollschichten) + 5 KByte (Anwendung)
• Neuprogrammierung über Funk (und baldige Neukonfiguration)

Entwicklungswerkzeuge

• Derzeit basiert auf IAR Embedded Workbench
• Das Kompilieren mit gcc für MSP430 ist ebenfalls möglich
• Energieschätzmethode

Verfügbarkeit

Die erste Version von PowWow wurde im Juli 2009 veröffentlicht. PowWow V1 enthält das Motherboard, das Radio Board und die Software. Ein erster Prototyp der Coprocessing Board ist derzeit verfügbar, aber noch nicht verteilt. PowWow V2 befindet sich in der Entwicklung.

PowWow wird als Open-Source-Hardware und Open-Source-Software unter der GPL-Lizenz geliefert .

Externe Links

• Offizielle Website

Quellen