В рамках концепции сенсорных сетей [1,2,3,4], представляющих собой сеть интеллектуальных датчиков, объединённых посредством радиоканала, необходимо создать пакет расширений программных средств MathWorks MATLAB&Simulink [5] для синтеза поведенческих моделей узлов сенсорных сетей.
Так как направление имеет большие перспективы развития, то жизненный цикл и его поддержка является актуальным вопросом. Сопровождение должно осуществляться из среды которое поддерживает все стадии жизненного цикла. Для такой работы актуальной является среда MathWorks MATLAB&Simulink, а так же пакеты расширений к ней.
Актуальность проекта заключается в отсутствии аналитических сравнительных данных по существующим компонентам MathWorks MATLAB&Simulink, а также необходимость проведения анализа для реализации собственного пакета расширений на основе существующих компонентов MathWorks MATLAB&Simulink.
Для достижения поставленной цели был выбран подход модельно — ориентированного проектирования, как метод для решения комплекса задач в рамках единой среды разработки на платформе MATLAB&Simulink.
Пакет расширения работы для целевого оборудования (ПРРЦО, target,таргет) — пакет, необходимый для реализации функциональности среды Matlab&Simulink для работы с той или иной целевой платформой. ПРРЦО позволяет использовать новые функции для работы с определенным оборудованием.
Каждый ПРРЦО имеет индивидуальный набор необходимых для работы компонентов, но обязательными являются:
- основной набор файлов таргета (.m,.tlc);
- библиотека блоков Simulink;
- исходный код специфичных функций оборудования;
- cкрипты автоматизированной установки и настройки.
Спроектированная модель Simulink имеет возможность запускаться в различных режимах работы, включающих моделирование (Simulation) и 3 режима работы с оборудованием.
1. Simulation. Цель — проверка алгоритмов. С помощью этого режима проводят верификацию модели на уровне математической абстракции без взаимодействия с оборудованием.
2. Standalone — режим автономной работы на оборудовании. Позволяет синтезировать и доставлять код на целевое оборудование для его автономной работы без MATLAB.
3. PIL — режим, позволяющий тестировать работу в цикле пошагово, используя программные и аппаратные средства отладки, который осуществляется в режиме модельного времени.
4. External Mode — режим, дающий возможность работать с оборудованием в модельном времени, но требует наличие больших ресурсов памяти за счет добавления клиент — серверного взаимодействия. При этом критичным становится объем оперативной памяти на целевой платформе и тип соединения с персональным компьютером.
Анализу будут подвержены такие пакеты расширений как: Arduino Target [6], BeagleBoard Target [7], Digilent Atlys Target [8], dSPACE ACE Kits Target [9], LEGO MINDSTORMS NXT Target [10].
В ходе работы был проведен анализ таргетов на предмет доступности исходного кода (таблица 1).
Таблица 1
Доступность исходного кода
|
Платформа |
Открыт |
Закрыт |
|
Arduino (до 2012 г.) |
+ |
– |
|
Arduino (после 2012 г.) |
– |
+ |
|
BeagleBoard (до 2012 г) |
+ |
– |
|
BeagleBoard (после 2012 г) |
– |
+ |
|
LEGO MINDSTORMS NXT (до 2012 г) |
– |
+ |
|
LEGO MINDSTORMS NXT (после 2012 г) |
– |
+ |
|
dSPACE ACE Kits |
+ |
– |
Как следует из представленных данных, после 2012 года для большинства платформ исходный код был закрыт.
В ходе работы был проведен анализ доступности режимов работы (таблица 2).
Таблица 2
Доступность режимов работы
|
Платформа |
Simulation |
Standalone |
PIL |
External Mode |
|
Arduino (до 2012 г.) |
+ |
+ |
+ |
– |
|
Arduino (после 2012 г.) |
+ |
+ |
+ |
+ (включая Arduino MEGA) |
|
BeagleBoard (до 2012 г) |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
BeagleBoard (после 2012 г) |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
LEGO MINDSTORMS NXT (до 2012 г) |
+ |
+ |
– |
– |
|
LEGO MINDSTORMS NXT (после 2012 г) |
+ |
+ |
– |
+ |
|
dSPACE ACE Kits |
+ |
+ |
– |
+ |
Как следует из представленных данных, все эти платформы позволяют работать в режимах Simulation и Standalone, а вот режимы PIL и External Mode доступны не для всех.
На основе существующих компонентов MathWorks Matlab&Simulink необходимо разработать собственный пакет расширений, создать библиотеку блоков для пакета расширений, а также систему установки пакета. Этот пакет расширений должен позволить нам реализовать все режимы работы с использованием программатора.
В перспективе работы на проектом необходимо разработать концепции устранения недостатка объема ресурсов микропроцессора сенсорных сетей для работы в режиме External Mode, а также собственный пакет расширений на основе существующих компонентов MathWorks MATLAB& Simulink, провести синтез моделей узлов сенсорных сетей с их постоянной верификацией и тестированием.
Литература:
1. Володин К. И., Применение модельно-ориентированного подхода при сквозном проектировании адаптивных распределенных сенсорных сетей, // Инновационные технологии в экономике, информатике и медицине. VIII Межрегиональная научно-практическая конференция студентов и аспирантов. Сборник статей. — Пенза: Изд-во Пенз. гос. технол. акад.,2011. — 266 с.
2. Володин К. И., Интеграция беспроводных сенсорных сетей с сетями стандарта IEEE 802.11x и сетями сотовой связи // Тезисы XII Всероссийского симпозиума по прикладной и промышленной математике (осенняя открытая сессия) (Сочи — Адлер, 1–8 октября 2011 г.)
3. Володин К. И., Интеллектуальная информационная система удаленных измерений для сбора и анализа мета-информации о работе беспроводных сенсорных сетей // Тезисы XII Всероссийского симпозиума по прикладной и промышленной математике (осенняя открытая сессия)(Сочи — Адлер, 1–8 октября 2011 г.)
4. Володин К. И., Переходов А. И. Разработка макета поведенческой модели устройства сопряжения модельного и натурного экспериментов в рамках синтеза адаптивных распределенных сенсорных сетей // Современные информационные технологии: Труды международной научно-технической конференции.- Пенза: ПГТА, 2012.
5. Официальный сайт компании MathWorks [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.mathworks.com/, свободный.
6. Официальный сайт компании MathWorks / Раздел academia/ [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.mathworks.com/academia/arduino-software/, свободный.
7. Официальный сайт компании MathWorks / Раздел academia/ [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.mathworks.com/academia/beagleboard/, свободный.
8. Официальный сайт компании MathWorks / Раздел academia/ [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.mathworks.com/academia/digilent-atlys/, свободный.
9. Официальный сайт компании MathWorks / Раздел academia/ [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.mathworks.com/academia/dspace/, свободный.
10. Официальный сайт компании MathWorks / Раздел academia/ [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.mathworks.com/academia/lego-mindstorms-nxt-software/, свободный.
