LU-BST-B11:PD

Praktiskie darbi

Praktiskajos darbos jāizpilda sensoru mezgla programmēšanas uzdevums

Lai nokārtotu kursu, sekmīgi jānokārto visi praktiskie darbi!

Praktiskais darbs ir sekmīgs, ja par to saņemts vismaz 40% vērtējums.

PD iesniegšanas procedūra:

• Darbā izmantotos failus (izejas kodu) iesūtīt uz epastu, subjektā norādot "BST PDxx", kur xx ir PD numurs: 01, 02, ... . Iesūtīšanai jāievēro norādītais termiņš
• Darbs jāatrāda uz vietas, 312. datorklasē, ieteicams, praktisko darbu laikā (pēc lekcijas). Atrādīšana var notikt arī pēc iesūtīšanas termiņa beigām.

Izstrādes platformas un vide

Praktiskos darbus atļauts veidot jebkurā vidē: TinyOS, MansOS, Contiki, Mantis, SOS, ... . Vēlams izmantot TMote Sky sensoru mezglus. Bet arī citas motes ir atļautas, to saskaņojot ar pasniedzēju (uzrakstiet epastā "vēlos izmantot platformu X, programmēšanas vidi Y").

Vērtēšana

Visi praktiskie darbi kopā sastāda 20% no kopējā kursa vērtējuma (2 balles).

Praktiskajiem darbiem ir atšķirīga sarežģītība, tāpēc tiem ir arī atšķirīgi svari kopējā vērtējuma veidošanā. PD svari tiks noteikti brīdī, kad būs pienācis pēdējā PD termiņš un kad būs redzams, cik daudz piepūles katrs konkrētais PD studentiem ir sagādājis.

Bonusa punkti

Praktiskajos darbos būs neobligātā daļa, par kuru iespējams saņemt papildus punktus. Rezultātā par PD kopā iespējams saņemt arī vairāk par 20% no kopējās atzīmes (2 ballēm). Šādā veidā ar padziļinātu darbu iespējams nopelnīt punktus kas zaudēti citās "disciplīnās": esejas, KD, projekts.

PD1

Morzes kods.

Uzdevums: izspīdināt uz sarkanās gaismas diodes savu vārdu Morzes kodā (bez mīkstinājuma zīmēm).

Lai kods būtu lasāms "ar neapbruņotu aci", izmantosim sekojošus signālu ilgumus (kuri ideālā gadījumā ir konfigurējami):

• Punkta garums (P): 300ms
• Svītras garums (S): 3 * P
• Atstarpe starp signāliem viena burta ietvaros: P
• Atstarpe starp diviem burtiem: S
• Pauze pēc vārda beigām: 2 sekundes

Pēc pauzes vārds tiek izspīdināts atkal no sākuma.

Bonusa uzdevums: vienlaikus uz sarkanās diodes spīdināt savu vārdu, uz zaļās: uzvārdu. Ja vārds īsāks par uzvārdu, sarkanā diode sagaida, kamēr zaļā beidz savu signālu virkni, abas kopā nogaida vēl sekundi, un atkal viss sākas no sākuma. Ja uzvārds īsāks, zaļā diode sagaida sarkano, pauze, atkal no sākuma.

Veiksmīgas bonusa uzdevuma izpildes gadījumā iespējams iegūt vēl līdz 100% no PD1 vērtējuma (t.i., kopā iespējams iegūt 200% par PD1).

Termiņš: Trešdiena, 12.10.2011. 05:00

Soda punkti, iesūtot novēloti:

• pēc 12.10.2011. 05:00: -15%
• pēc 19.10.2011. 05:00: -30%
• pēc 26.10.2011. 05:00: -45%
• pēc 02.11.2011. 05:00: -60%

PD2

Kursa projekta pieteikums.

Šis praktiskais darbs nedaudz atšķiras no pārējiem. Šoreiz nekas nav jāprogrammē. Bet gan jāuzraksta sava kursa projekta īss apraksts un jāiesniedz tas PDF formātā. PD2 atrādīšana nozīmē, ka lekcijas laikā, 30.11.2010., katra komanda pastāstīs pārējiem par sava kursa projekta ideju, izveidosim īsu diskusiju.

Obligātās dokumenta nodaļas:

1. Projekta tēma. Kas ir Jūsu projekts, ko Jūs izstrādāsit. Šeit var pietikt ar vienu vai dažiem teikumiem
2. Projekta komanda. Kas piedalās, kādas lomas katrs izpilda (kurš ko programmēs, kurš projektēs, kurš testēs utt)
3. Motivācija. Kāpēc Jūs šādu projektu taisāt. Kāds no tā varētu būt labums Jums un pārējiem apkārtējiem cilvēkiem, dabai.
4. Jūsu pieeja un arhitektūra. Kā realizēsiet projektu. Kāda būs izmantotā aparatūra. Kāda programmatūra. Kāda būs tīkla struktūra. Šeit labi iederas sistēmas arhitektūras bildes, shematiski attēlojumi. Svarīgi norādīt arī nepieciešamo aparatūru, tai skaitā, kādi sensori nepieciešami projekta realizēšanai. Lai varam sākt meklēt nepieciešamos sensorus, motes. Tiek sagaidīts, ka šī ir saturīgākā projekta apraksta daļa.
5. Sagaidāmais rezultāts. Cik daudz no savas projekta idejas plānojat šī semestra laikā realizēt. Kādus testus veikt. Kā novērtēsit rezultātus.

Neobligātās tēmas, par ko iespējams saņemt papildus punktus:

1. Kas šajā tēmā pasaulē ir jau izdarīts. Bakalaura studentiem netiek prasīts izdarīt kaut ko universālu, kas pasaulē vēl neeksistē. Tai pat laikā, ir ļoti vēlams, ka veicat izpēti, par to, kas pasaulē Jūsu tēmā ir jau izpildīts. Kaut vai tāpēc, lai izvēlētos labāko risinājumu, lai nav pašiem jāizdomā no nulles
2. Idealizācija. Šī projekta ietvaros netiek prasīts, lai Jūs uzbūvējat vispasaules sensoru tīklu ar Gūgles mēroga infrastruktūru. Bet, ja tas tiktu izdarīts - ko ar Jūsu sensoru tīklu varētu izdarīt? T.i., padomājiet pāri sava viena semestra robežām!

PD2 Vērtējums

Katra sadaļa sastāda šādu daļu no kopējā PD3 vērtējuma:

1. Projekta tēma: 10%
2. Komanda: 5%
3. Motivācija: 20%
4. Pieeja un arhitektūra: 50%
5. Sagaidāmais rezultāts: 15%

Papildus punkti:

1. Pasaules sasniegumu apskats: 30%
2. Idealizācija: 20%

Termiņš: Trešdiena, 30.11.2011. 05:00

Soda punkti, iesūtot novēloti:

• pēc 30.11.2011. 05:00: -15%
• pēc 07.12.2011. 05:00: -30%
• pēc 14.12.2011. 05:00: -45%
• pēc 21.12.2011. 05:00: -60%

PD3

Prezentācija par enerģijas ieguvi no vides.

Uzdevums: Sagatavot prezentāciju par kādu konkrētu metodi, kā iegūt enerģiju no vides. Piemēram, no saules, vēja, vibrācijām, temperatūras starpības, elektro magnētiskā lauka.

Izvēlētā metode ir jāsaskaņo ar pasniedzēju, lai neizveidotos situācija, kad ir vairākas vienādas prezentācijas.

Jāuzstājas ar 15min prezentāciju, kuras saturs:

• Metodes idejas īss apraksts
• Aktuālie pasaules sasniegumi un reāli pielietojumi, prototipi vai pētījumi (ja tehnoloģija vēl ir eksperimentāla)
• Tehniskie parametri, cik daudz enerģijas var iegūt un:
  • kādi ir nepieciešamie apstākļi
  • ar kādu ātrumu
  • kādi ir sprieguma ierobežojumi
  • kādi ir strāvas stipruma ierobežojumi
  • kas nosaka metodes efektivitāti, kad tā samazinās
• Metodes lietderība sensoru tīkliem - kādās situācijās šādu metodi varētu izmantot

Prezentētāji uzstājas BST lekcijas laikā, 07.12.2011. 12:30 - 14:00.

Vērtējumu noteiks prezentācijas klausītāji.

PD pildīšanas gadījumā par to jāziņo pasniedzējam līdz piektdienai, 01.12.2011. 23:59.

PD4

PD formulējums vēl ir izstrādes stadijā!

Sensoru datu pārsūtīšana uz bāzes staciju.

Uzdevums

Izveidot divas aplikācijas: programmatūru sensoru mezglam, kas lasa analogos sensorus, un bāzes stacijai, kas pieprasa sensoru mezglam datus un nosūta tos uz seriālo portu. Dažu uzdevumu izpildei var būt nepieciešams modificēt PC programmu.

Formulējums

Gan pārraidi no sensoru mezgla pa radio, gan no bāzes stacijas uz seriālo portu veikt ar paketēm, ar sekojošu struktūru:

• magicStart: 4 baiti, kas izmantoti paketes sākuma identificēšanai datu plūsmā. Šie baiti ir konstanti: { 0xde, 0xad, 0xbe, 0xef };
• packetType: 1 baits paketes tipa norādīšanai: 1 = SensorRequestMsg, 2 = SensorReportMsg
• dataLen: 2 baiti saturīgo datu garums
• data: <dataLen> baiti - saturīgie dati

Visās pakās datu daļā pirmais lauks ir counter: skaitītājs, kas tiek uzturēts individuāls uz katras motes. Pie katras pakas nosūtīšanas mote šo skaitītāju palielina par 1. Viens un tas pats skaitītājs tiek lietots VISĀM pakām, ko sūta šī mote, neatkarīgo no paketes tipa. Ja mote pārsūta citas motes sūtītu paku, visi lauki (tai skaitā, skaitītājs), tiek atstāti ar oriģinālajām vērtībām.

Ja tiek izmantota maršrutizācija, pakās drīkst ieviest papildus laukus, ko izmanto tīkla līmenis.

Saturīgie dati var būt šādā formā, atkarībā no paketes tipa:

SensorRequestMsg (packetType = 1, dataLen = 7) {
   // skaitītājs paku dublikātu identificēšanai
   uint16_t counter;
   // sensoru mezgla id
   uint16_t moteId;
   // kuru sensoru lasīt: 1 = pilnā gaisma, 2 = fotosintētiskā gaisma, 3 = temperatūra, 4 = mitrums
   uint8_t sensorId;
   // ik pa cik sekundēm lasīt un sūtīt šī sensora lasījumus, (0 nozīmē "nolasīt tikai vienreiz")
   uint8_t period;
   // no cik lasījumiem vilkt vidējo vērtību (min = 1, max = 100)
   uint8_t avg;
}

SensorReportMsg (packetType = 2, dataLen = 7) {
   // skaitītājs paku dublikātu identificēšanai
   uint16_t counter;
   // sensoru mezgla id
   uint16_t moteId;
   // nolasītā sensora ID: 1 = pilnā gaisma, 2 = fotosintētiskā gaisma,
   // 3 = temperatūra, 4 = mitrums
   uint8_t sensorId;
   // nolasītā vidējā vērtība
   uint16_t value;
}

NeworkScanMsg (packetType = 3, dataLen = 2) {
   // skaitītājs paku dublikātu identificēšanai
   uint16_t counter;
}

Katrs students izvēlas sev unikālu sensoru tīkla identifikatoru (networkId): studentu apliecības pēdējos divus ciparus. MoteId tad izvēlas kā networkId * 100 + moteNr, numurējot motes no 1 uz priekšu. Vairāku vienādu tīkla ID gadījumā atrādīšanas laikā tiks izvēlēti citi, unikāli ID. Katram studentam paredzēta arī sava bāzes stacija, kura prasa datus tikai sev piederīgajam sensoru mezglam. Bāzes stacijai ID nav vajadzīgs. Citiem vārdiem, katrs students noprogrammē pāri: bāzes stacija un sensoru mezgls (vairāki mezgli), kas abi runājas savā starpā, netraucējot citu studentu motēm, kas vienlaikus atrodas tajās pašās telpās.

Sensoru mezgla un bāzes stacijas darbības protokols:

• Bāzes stacija:
  • No datora seriālā porta saņem SensorRequestMsg, pārsūta to pa radio
  • Klausās ienākošos SensorReportMsg ziņojumus, atfiltrē no tiem tikai tos, kam ir atbilstošs moteId, derīgos pārsūta uz seriālo portu
• Sensoru mezgls:
  • Klausās pa radio saņemtos SensorRequestMsg ziņojumus, atfiltrē tikai sev piederīgus (ar savu moteId).
  • Saņemot sev adresētu SensorRequestMsg, uzsāk norādītā sensora lasīšanu un sūtīšanu (SensorReportMsg) ar norādīto periodu. Ja periods = 0, sūtīšanu veic tikai vienreiz (uzreiz pēc šīs ziņas saņemšanas).
  • Katra sūtījuma izveidošanai sensors tiek lasīts tik reizes, cik norāda avg lauks saņemtajā SensorRequestMsg ziņojumā. Vidējā vērtība tiek izrēķināta uz sensoru mezgla un sūtīta SensorReportMsg ziņojumā
  • Vienlaikus uz sensoru mezgla var darboties vairāki procesi, kur katrs lasa savu sensoru ar atšķirīgu periodu. Tomēr visi periodi ir ar sekundes granularitāti.

No pasniedzēja puses tiks piedāvāta sagatave C++ programmai, kas darbojas uz PC un sūta/saņem komandas uz/no bāzes stacijas motes.

Šis praktiskais darbs var noderēt kā bāze kursa projektam.

PD4 Vērtējums

Lai darbs būtu ieskaitīts, jāsaņem vērtējums >= 40%.

Vērtējums tiek saņemts par sekojošu punktu izpildi (pieļaujama kombinācija no jebkuriem punktiem):

• Jāuzraksta bāzes stacijas (motes) programma, kas:
  • pārsūta no PC pa seriālo portu saņemtos SensorRequestMsg ziņojumus pa radio: 10%
  • pārsūta pa radio saņemtos sev piederīgos SensorReportMsg ziņojumus uz PC pa seriālo portu: 10%
• Jāuzraksta sensoru mezgla (motes) prorgamma, kas:
  • saņem SensorRequestMsg ziņojumus pa radio un atfiltrē sev piederīgos: 10%
  • nolasa nepieciešamos sensorus ar norādīto periodu, atbilstoši saņemtajiem SensorRequestMsg ziņojumiem. Vienkāršākajā gadījumā programmai jāmāk atcerēties pēdējais SensorRequestMsg un nolasīt tikai vienu sensoru. Ideālā gadījumā: jāatceras katram sensoram pēdējais SensorRequestMsg un jālasa visi pieprasītie sensori paralēli. Vērtējums vienkāršākajā gadījumā: 10%, ideālā gadījumā: 20%.
  • izvelk katra sensora lasījumiem vidējo vērtību: 5%
  • nosūta izrēķināto vidējo vērtību pa radio kā SensorReportMsg ziņojumu: 5%

• Papildināt PC programmas sagatavi tā, lai saņemtās sensoru vērtība tiktu attēlotas sakarīgās (nevis jēlās) vērtībās: luksos, grādos, relatīvā mitruma %. Par šī punkta izpildi: 20%
• Papildināt sensoru mezglu programmas tā, lai tiktu atbalstīts multi-hop tīkls: vai nu ar vienkāršu pludināšanu (flooding) - katrs sensoru mezgls tieši VIENU REIZI pārsūta katru pa radio saņemto ziņojumu -, vai ar kādu efektīvāku maršrutizācijas protokolu. Flooding gadījumā papildus 30% vērtējums, efektīvākas maršrutizācijas gadījumā: līdz 50%.
• Papildināt PC, bāzes stacijas un sensoru mezgla programmas tā, lai tiktu atbalstīta tīkla skenēšana ar NetworkScanMsg: no PC iespējams noskaidrot, ar kādiem ID motes šobrīd ir tīklā. Vienkāršākajā variantā pietiek ar viena lēciena tīkla skenēšanu. PC nosūta NetworkScanMsg, ko bāzes stacija pārsūta tīklā (un sensoru mezgli pārsūta vēlreiz, ja tiek atbalstīts multi-hop tīkls). Atbildē motes drīkst sūtīt SensorReportMsg jebkuram sensoram pēc izvēles. Papildus vērtējums: 30%.

PD4 Termiņš

Trešdiena, 11.11.2011. 05:00

PD4 Soda punkti, iesūtot novēloti

• pēc 11.01.2012. 05:00: -15%
• pēc 13.01.2012. 18:00: PD vairs netiek pieņemts! Līdz šim brīdim ir jāpaspēj ne tikai iesūtīt, bet arī atrādīt VISI semestra darbi!