A Programming Platform for Future Wireless Sensor Networks
- Reference number
- RIT08-0065
- Start and end dates
- 090101-150630
- Amount granted
- 24 452 833 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
Our goal is to provide a programming environment for Wirless Sensor Network (WSN) where sensors can be programmed as an ensemble rather than individually, focusing on the services provided by the whole network rather than on which sensor to program or on how communication will take place. One major challenge here is the series of translations from high level language abstractions to parallel code placed at appropriate sensors. To ensure correctness we will use our experiences from transformations on formal models. The implementations in terms of a programming environment and distributed middleware can be seen as the infrastructure for the distributed environment and will be responsible for self-configuration, fault-tolerance, security and self-management. These functions are common to most WSNs and are largely independent of the application. Security is a hard problem since the sensors have limited computational power, exposed to a wireless environment and need to cooperate. Formal verification is therefore increasingly needed to build trust in the design of security protocols. Other important topics are resource allocation for energy, communication and computing services. Our demonstrator with an application in water treatment plants will serve several purposes: first as a motivator and technology pull for systems and disciplinary research, second as a vehicle to validate our results, and third as a demonstrator of products with commercial value.
Popular science description
Morgondagens samhälle ställer allt högre krav på övervakningstjänster för effektivare produktion, transportsäkerhet, ekosystem, samt ökad livs- och hälsokvalitet. Nuvarande övervakningssystem är antingen arbetsintensiva, kostsamma eller är begränsade till mindre ytor på grund av kablage. Trådlösa sensornoder kommer att kunna användas i områden där kablage inte kan användas, t.ex. på rörliga delar, eller där kablage är i vägen, t.ex. vid övervakning av ekosystem. En nod består av en eller flera sensorer, en dator och en trådlös kommunikationsdel. Det är troligt att enkla trådlösa noder kommer att kosta mindre än 10 kronor per styck i framtiden vilket medför att helt nya tillämpningar med 100-tals, kanske 1000-tals noder blir kostnadseffektiva. De trådlösa sensornätverken kommer ha stor effekt på samhälle, industri och människors vardag. Vi kan inte programmera stora sensornät på samma sätt som vi programmerar våra datorer idag. Det skulle ta för lång tid. Vårt mål är att bygga en programmeringsplattform för trådlösa sensornät där sensorerna kan programmeras kollektivt snarare än individuellt, med fokus på tjänster från hela nätet snarare än på mikroprogrammering av och kommunikation mellan enskilda sensorer. Sensornätverk måste till en stor utsträckning vara självhanterande eftersom vi inte heller kan styra dem alla manuellt. En stor forskningsutmaning är översättningen från konstruktioner i programmeringsspråken till kod som ska kunna köras parallellt på flera sensorer. För att säkerställa att översättningarna är korrekta kommer vi att använda erfarenheter från formella metoder. För att knyta ihop sensorer kommer vi att använda oss av distribuerad middleware som kan ses som ett klister mellan operativsystem och programspråken. Den tar hand om självkonfigurering, feltolerans, säkerhet och nätverksadministration. Säkerhet är ett svårt problem eftersom sensorerna har begränsad beräkningskapacitet, exponeras för en öppen trådlös omgivning, och ändå måste samarbeta. Formell verifiering behövs därför alltmer för att göra tillförlitliga säkerhetsprotokoll. Andra viktiga områden för forskning är effektiv batteriutnyttjande så att man inte behöver byta batteri under sensorns livslängd. Vår kommer att demonstrera vår forskning med tillämpningar inom vattenrening, bland annat hur kan göra reningsverk effektivare, upptäcka skadliga ämnen i vattnet och hur man kan minska energibehovet.