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WSN: Struttura e comunicazione

WSN: struttura e comunicazione in una Wireless Sensor Network



Una rete di sensori è un insieme, possibilmente eterogeneo, di nodi sensore chiamati Mote, disposti in una determinata topologia.
Le topologie di rete possono essere le più diverse:
– a stella;
– ad albero;
– di tipo mesh (mesh network).

Quest’ultima, la più utilizzata, è caratterizzata dal fatto che ogni dispositivo è in grado di connettersi a tutti gli altri. In questo modo è possibile realizzare percorsi ridondanti, che aumentano l’affidabilità complessiva a discapito però di un protocollo di gestione più complesso. Le reti mesh sono particolarmente adatte per comunicazioni casuali tra gli interlocutori, mentre la topologia a stella rappresenta la soluzione più efficiente per le comunicazioni organizzate secondo una scansione ciclica.
Infine, è possibile immaginare una struttura di tipo gerarchico o ad albero, ottenuta interconnettendo “ammassi” (clusters) differenti di nodi come i rami e le foglie di un albero. Ciascun cluster avrà un nodo “privilegiato” che costituisce il punto d’accesso alla sottorete. Il vantaggio di questo approccio è dato dalla possibilità di ridurre il numero di collegamenti possibili (e quindi semplificare la loro gestione) rispetto ad una rete mesh completamente connessa.

Esistono due tipi distinti di nodi:
– Il primo è il Sensor Node, adibito alla rilevazione e all’invio dei dati
– Il secondo è la BaseStation (gateway, sink), adibito alla ricezione delle informazioni provenienti dai Sensor Node e alla comunicazione con l’esterno della rete.

Tutti i pacchetti contenenti informazioni utili, vengono instradati in modo da raggiungere la BaseStation così da poter essere disponibili all’infuori della WSN. Ogni nodo tiene in memoria una tabella di routing contenente le informazioni sui nodi raggiungibili, la loro distanza e la qualità del collegamento (RSSI). In base a queste informazioni ognuno è in grado di stabilire il percorso migliore per instradare i pacchetti destinati alla BaseStation.
Una struttura di questo tipo permette un ulteriore vantaggio: l’aggiunta di un nodo può essere eseguito in modo facile e veloce e non richiede nessun difficile e costoso cablaggio ( scalabilità della rete).
Ad esempio la figura di sopra mostra come un messaggio attraversi la rete attraverso un routing multihop da un nodo generico fino al Sink, a cui può essere direttamente collegato l’elaboratore dell’utente oppure un’interfaccia con altre WSN o altre reti eterogenee (per esempio Internet).

wsn, wireless sensor network, mesh network


Gli elementi della rete sono collocati all’interno dell’area da monitorare, o comunque nelle immediate vicinanze e solitamente si associa ogni nodo a un oggetto, una persona, un animale o un luogo determinante per lo studio del fenomeno che si desidera osservare.
Questi nodi sensore possono essere dotati di dispositivi in grado di rilevare una grande varietà di condizioni ambientali, come temperatura, umidità, movimento dei veicoli, luminosità, pressione, livello di rumore, presenza o assenza di certi tipi di oggetti, grado di stress meccanico, valori istantanei di velocità, direzione e dimensioni di un oggetto.
Tipicamente non è prevista nessuna infrastruttura fissa a cui si possano appoggiare i nodi e per questo di parla di reti ad-hoc, che possono essere centralizzate se tutte le comunicazioni sono dirette ad un unico nodo che elabora le informazioni raccolte (BaseStation), oppure distribuite se i nodi hanno capacità e intelligenza sufficienti a elaborare i dati autonomamente.
E’ inoltre possibile prevedere più stazioni di raccolta dati intermedie, eventualmente anche mobili, come ad esempio un utente dotato di PDA (Personal Digital Assistant), oppure un aereo in volo.
Attraverso il percorso inverso, l’utente mediante l’applicazione di gestione della rete, è in grado di inviare comandi ad ogni nodo della WSN.

Continua a leggere Lo standard IEEE 802.15.4

Coautore: Giovanni Greco


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Anonimo
   
con le dita sempre in costante, frenetico movimento sulla tastiera… vengo spesso trascinato e catturato “in rete” per colpa delle mille idee che mi girano per la testa (prima o poi troverò quella giusta)… dal futuro incerto (nonostante una laurea, e chi non lo è?..siamo in tanti!) .. credo fortemente nella condivisione della conoscenza!

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