A Novel Approach for Ultra Low-Power WSN Node Generation

International audienceWireless Sensor Network (WSN) technology is now emerging with appli- cations in various domains of human life e.g. medicine, environmental monitoring and military surveillance etc. WSN systems consist of low-cost and low-power sensor nodes that communicate efficiently over short distances. It has been shown that power con- sumption is the biggest design constraint for such systems. Currently, WSN nodes are being designed using low-power microcontrollers. However, their power dissipation is still orders of magnitude too high and limits the wide-spreading of WSN technology. In this paper, we propose an alternative approach that uses hardware specialization and power-gating to generate distributed hardware micro-tasks. We target control-oriented tasks running on WSN nodes and present, as a case study, a lamp-switching applica- tion. Our approach is validated experimentally and shows prominent power gains over software implementation on a low-power microcontroller such as the MSP430

Architectures de contrôleurs ultra-faible consommation pour noeuds de réseau de capteurs sans fil

National audienceCet article traite de la conception d'architectures de contrôle pour les noeuds d'un réseau de capteurs. En utilisant conjointement la spécialisation du matériel pour réduire la consommation dynamique et la coupure d'alimentation pour les phases de veille, nous proposons un paradigme d'architecture original ainsi que son flot de conception fonctionnel depuis des spécifications de haut-niveau (langage C associé à un langage spécifiquement conçu). Nous illustrons les gains apportés par un flot complet de génération de micro-tâches matérielles par rapport à des implantations logicielles classiques ciblant des micro-contrôleurs. En combinant la spécialisation matérielle avec des techniques de réduction de puissance statique (power gating), nous réduisons de façon très significative la puissance globale (et l'énergie) dissipée par le système. Les résultats sur des benchmarks issus du domaine des réseaux de capteurs montrent des gains en énergie allant jusqu'à deux ordres de grandeur par rapport aux meilleurs micro-contrôleurs faible consommation du domaine

Architectures de contrôleurs ultra-faible consommation pour noeuds de réseau de capteurs sans fil

National audienceCet article traite de la conception d'architectures de contrôle pour les noeuds d'un réseau de capteurs. En utilisant conjointement la spécialisation du matériel pour réduire la consommation dynamique et la coupure d'alimentation pour les phases de veille, nous proposons un paradigme d'architecture original ainsi que son flot de conception fonctionnel depuis des spécifications de haut-niveau (langage C associé à un langage spécifiquement conçu). Nous illustrons les gains apportés par un flot complet de génération de micro-tâches matérielles par rapport à des implantations logicielles classiques ciblant des micro-contrôleurs. En combinant la spécialisation matérielle avec des techniques de réduction de puissance statique (power gating), nous réduisons de façon très significative la puissance globale (et l'énergie) dissipée par le système. Les résultats sur des benchmarks issus du domaine des réseaux de capteurs montrent des gains en énergie allant jusqu'à deux ordres de grandeur par rapport aux meilleurs micro-contrôleurs faible consommation du domaine

A randomized controlled behavioral intervention trial to improve medication adherence in adult stroke patients with prescription tailored Short Messaging Service (SMS)-SMS4Stroke study.

Background: The effectiveness of mobile technology to improve medication adherence via customized Short Messaging Service (SMS) reminders for stroke has not been tested in resource poor areas. We designed a randomized controlled trial to test the effectiveness of SMS on improving medication adherence in stroke survivors in Pakistan. Methods: This was a parallel group, assessor-blinded, randomized, controlled, superiority trial. Participants were centrally randomized in fixed block sizes. Adult participants on multiple medications with access to a cell phone and stroke at least 4 weeks from onset (Onset as defined by last seen normal) were eligible. The intervention group, in addition to usual care, received reminder SMS for 2 months that contained a) Personalized, prescription tailored daily medication reminder(s) b) Twice weekly health information SMS. The Health Belief Model and Social Cognitive theory were used to design the language and content of messages. Frontline SMS software was used for SMS delivery. Medication adherence was self-reported and measured on the validated Urdu version of Morisky Medication Adherence Questionnaire. Multiple linear regression was used to model the outcome against intervention and other covariates. Analysis was conducted by intention-to-treat principle. Results: Two hundred participants were enrolled. 38 participants were lost to follow-up. After 2 months, the mean medication score was 7.4 (95 % CI: 7.2–7.6) in the intervention group while 6.7 (95 % CI: 6.4–7.02) in the control group. The adjusted mean difference (Δ) was 0.54 (95 % CI: 0.22–0.85). The mean diastolic blood pressure in the intervention group was 2.6 mmHg (95 % CI; −5.5 to 0.15) lower compared to the usual care group. Conclusion: A short intervention of customized SMS can improve medication adherence and effect stroke risk factors like diastolic blood pressure in stroke survivors with complex medication regimens living in resource poor areas

Synthèse de haut-niveau de contrôleurs ultra-faible consommation pour des réseaux de capteurs: un flot de conception complet

Wireless Sensor Networks (WSN) is a new and challenging research field for embedded system design automation. Engineering a WSN node platform is a tough challenge, as the design must enforce many severe constraints among which energy consumption is often the most critical one due to the small size of a node and its difficult access after deployment. WSN nodes have until now been designed using commercial low-power microcontrollers (MCUs). These MCUs are not well-suited for WSN node design as they are based on a general purpose compute engine and consume too much power w.r.t. WSN node's power budget. In this thesis, we propose a complete system-level designflow for an alternative approach based on the concept of power-gated hardware micro-tasks. In this approach, WSN node architecture is made of several micro-tasks that are activated on an event-driven basis, each of them being dedicated to a specific task of the system (such as event-sensing, MAC, routing, etc.). These hardware micro-tasks are controlled by a hardware scheduler (called the System Monitor) that is automatically generated from a system-level description of the WSN node task graph in the form of a textual Domain Specific Language (DSL). By combining hardware specialization with power-gating, we can drastically reduce both dynamic and static energy of a WSN node controller. The results show that dynamic power savings by one to two orders of magnitude are possible w.r.t. the software implementations based on MCUs such as the MSP430. Similarly, static power savings of one order of magnitude are also obtained due to the reduction in data memory size and power-gating.La conception d'une plate-forme matérielle pour un noeud de réseaux de capteurs (RdC) est un véritable défi car elle est soumise à des contraintes sévères. La consommation d'énergie est souvent considérée comme la contrainte la plus forte donnée la petite taille et les besoins d'autonomie d'un noeud. De nos jours, les noeuds s'appuient sur des microcontrôleurs (MCUs) faible consommation disponibles dans le commerce. Ces MCUs ne sont pas adaptés au contexte de RdC car ils sont basés sur une structure de calcul généraliste et ils consomment trop d'énergie par rapport au budget d'énergie d'un noeud. Dans cette thèse, nous proposons un flot de conception complet, depuis le niveau système, se basant sur le concept de micro-tâches matérielles avec coupure de la tension d'alimentation (Power Gating). Dans cette approche, l'architecture d'un noeud est constituée d'un ensemble de micro-tâches matérielles qui sont activées selon un principe événementiel, chacune étant dédiée à une tâche spécifique du système (ex. la couche MAC, le routage, etc.). Ces micro-tâches sont gérées par un ordonnanceur matériel (System Monitor) qui est automatiquement généré à partir d'une description système, dans un langage spécifique (DSL), du graphe des tâches d'un noeud de RdC. En combinant la spécialisation du matériel et la technique du power gating, nous réduisons considérablement les énergies dynamique et statique d'un noeud de RdC. Les résultats montrent que des gains en énergie dynamique de 1 à 2 ordres de grandeur sont possibles par rapport aux mises en oeuvre à base des MCUs (ex. le MSP430). De plus, des gains de 1 ordre de grandeur en énergie statique sont également obtenus grâce à l'utilisation du power gating

Synthèse de haut-niveau de contrôleurs ultra-faible consommation pour des réseaux de capteurs: un flot de conception complet

Wireless Sensor Networks (WSN) is a new and challenging research field for embedded system design automation. Engineering a WSN node platform is a tough challenge, as the design must enforce many severe constraints among which energy consumption is often the most critical one due to the small size of a node and its difficult access after deployment. WSN nodes have until now been designed using commercial low-power microcontrollers (MCUs). These MCUs are not well-suited for WSN node design as they are based on a general purpose compute engine and consume too much power w.r.t. WSN node's power budget. In this thesis, we propose a complete system-level designflow for an alternative approach based on the concept of power-gated hardware micro-tasks. In this approach, WSN node architecture is made of several micro-tasks that are activated on an event-driven basis, each of them being dedicated to a specific task of the system (such as event-sensing, MAC, routing, etc.). These hardware micro-tasks are controlled by a hardware scheduler (called the System Monitor) that is automatically generated from a system-level description of the WSN node task graph in the form of a textual Domain Specific Language (DSL). By combining hardware specialization with power-gating, we can drastically reduce both dynamic and static energy of a WSN node controller. The results show that dynamic power savings by one to two orders of magnitude are possible w.r.t. the software implementations based on MCUs such as the MSP430. Similarly, static power savings of one order of magnitude are also obtained due to the reduction in data memory size and power-gating.La conception d'une plate-forme matérielle pour un noeud de réseaux de capteurs (RdC) est un véritable défi car elle est soumise à des contraintes sévères. La consommation d'énergie est souvent considérée comme la contrainte la plus forte donnée la petite taille et les besoins d'autonomie d'un noeud. De nos jours, les noeuds s'appuient sur des microcontrôleurs (MCUs) faible consommation disponibles dans le commerce. Ces MCUs ne sont pas adaptés au contexte de RdC car ils sont basés sur une structure de calcul généraliste et ils consomment trop d'énergie par rapport au budget d'énergie d'un noeud. Dans cette thèse, nous proposons un flot de conception complet, depuis le niveau système, se basant sur le concept de micro-tâches matérielles avec coupure de la tension d'alimentation (Power Gating). Dans cette approche, l'architecture d'un noeud est constituée d'un ensemble de micro-tâches matérielles qui sont activées selon un principe événementiel, chacune étant dédiée à une tâche spécifique du système (ex. la couche MAC, le routage, etc.). Ces micro-tâches sont gérées par un ordonnanceur matériel (System Monitor) qui est automatiquement généré à partir d'une description système, dans un langage spécifique (DSL), du graphe des tâches d'un noeud de RdC. En combinant la spécialisation du matériel et la technique du power gating, nous réduisons considérablement les énergies dynamique et statique d'un noeud de RdC. Les résultats montrent que des gains en énergie dynamique de 1 à 2 ordres de grandeur sont possibles par rapport aux mises en oeuvre à base des MCUs (ex. le MSP430). De plus, des gains de 1 ordre de grandeur en énergie statique sont également obtenus grâce à l'utilisation du power gating

System-Level Synthesis for Ultra Low-Power Wireless Sensor Nodes

International audienceEngineering a hardware platform for a Wireless Sensor Network (WSN) node is known to be a tough challenge, as the design must enforce many severe constraints, among which energy dissipation is by far the most challenging one. Today, most of the WSN node platforms are based on low cost and low-power programmable micro controllers, even if it is acknowledged that their energy efficiency remains limited and hinders the wide-spreading of WSN to new applications. In this paper, we propose a complete system level flow for an alternative approach based on the concept of hardware micro-tasks, which relies on hardware specialization and power gating to dramatically improve the energy efficiency of the computational part of the node. Early estimates show power saving by more than one order of magnitude over MCU-based implementations

System-Level Synthesis for Ultra Low-Power Wireless Sensor Nodes

International audienceEngineering a hardware platform for a Wireless Sensor Network (WSN) node is known to be a tough challenge, as the design must enforce many severe constraints, among which energy dissipation is by far the most challenging one. Today, most of the WSN node platforms are based on low cost and low-power programmable micro controllers, even if it is acknowledged that their energy efficiency remains limited and hinders the wide-spreading of WSN to new applications. In this paper, we propose a complete system level flow for an alternative approach based on the concept of hardware micro-tasks, which relies on hardware specialization and power gating to dramatically improve the energy efficiency of the computational part of the node. Early estimates show power saving by more than one order of magnitude over MCU-based implementations