OTTOBRE 2013
AUTOMAZIONE OGGI 367
100
AO
Tutorial
frequenza della portante, saltando rapidamente attraverso
canali multipli anche durante l’invio dei dati. Un’eventuale in-
terferenza viene evitata saltando su frequenze diverse, poiché
generalmente ogni frequenza ha un comportamento diverso
rispetto all’interferente. Quindi, se si assegna un tempo spe-
cifico (‘time slot’) per ogni accesso e la relativa frequenza di
utilizzo, si ottiene un sistema senza collisioni. Tale schema per
salto di frequenza, combinato con il rilevamento degli errori e
l’eventuale richiesta di ripetizione, assicura che i dati vengano
recapitati in modo affidabile. Da notare che un sistema Fhss,
grazie ai continui salti, è di per se stesso dotato di misure per
evitare le interferenze, mentre altre modulazioni sono più sen-
sibili. La modulazione Dsss a sequenza diretta trasmette un se-
gnale sorgente a banda stretta moltiplicandolo con un segnale
di rumore pseudo-casuale: il segnale risultante in antenna oc-
cupa una vasta gamma di frequenze. La robustezza della mo-
dulazione risiede nel fatto che il ricevitore può recuperare i dati
originali, anche se parti di essi sono state corrotte durante la
trasmissione da interferenti su singole frequenze.
Radio con licenza
Oltre alla banda ISM senza licenza esistono radio che operano
in banda UHF e banda VHF che, però, richiedono agli utenti l’ot-
tenimento di una licenza per il sito (specifica area geografica)
dove vogliono utilizzarle. Di conseguenza, questi sistemi pos-
sono essere costosi da installare e molti offrono velocità di tra-
smissione dei dati lente (tipicamente ≤19,2 kbps), che non sono
in grado di supportare le esigenze di comunicazione dei dati in-
dustriali del futuro. Tuttavia, con le radio UHF/VHF è permesso
l’uso di una maggiore potenza di trasmissione (che aumenta il
raggio di copertura) e, inoltre, operando a frequenze più basse,
si hanno in genere migliori caratteristiche di propagazione. Da
notare che un solo sistema può funzionare in un dato sito, con
i vantaggi (nessuna interferenza) e gli svantaggi (limitato nu-
mero di dispositivi) che questo comporta.
Vantaggi delle tecnologie spread
spectrum
Le tecnologie spread spectrum offrono due vantaggi signifi-
cativi rispetto alle trasmissioni radio a frequenza fissa: nessun
bisogno di licenze e minore sensibilità alle interferenze, il che
rappresenta un aspetto fondamentale in un ambiente indu-
striale dove di regola sono presenti impianti, macchinari e altre
attrezzature che possono generare interferenze su un ampio
spettro di frequenze. Oltre a ciò, la tecnologia Fhss offre be-
nefici immediati in termini di sicurezza, immunità ai disturbi,
robustezza e affidabilità della rete. I sistemi Fhss infatti sono
stati originariamente progettati per applicazioni militari du-
rante la II guerra mondiale, per garantire la sicurezza dei dati e
la prevenzione dalle interferenze che i sistemi a frequenza fissa
esistenti non potevano fornire in modo affidabile. L’integrità
della trasmissione e ricezione del segnale costituisce oggi un
‘must’ per gli utenti, che sono preoccupati di esporre il controllo
(quindi il business) all’hacking o ad attacchi ‘denial of service’
a causa dell’uso di reti vulnerabili. Se si utilizzano radio Dsss,
per aumentare il livello di sicurezza si può ricorrere alla cifratura
della comunicazione. La sicurezza a livello dei dati viene fornita
attraverso sistemi di cifratura a 128-bit e 256-bit, come con
l’Advanced Encryption Standard (AES). L’algoritmo AES utilizza
una chiave di crittografia (password) che viene usata per codi-
ficare le trasmissioni, aumentandone la dimensione si aumenta
sia la robustezza sia la complessità di esecuzione dell’algoritmo
di scrambling.
Integrità dei dati
Come accade con la trasmissione dati via cavo, i protocolli wi-
reless sono dotati di sistemi di controllo degli errori a livello
di pacchetto. Il controllo degli errori è progettato per garan-
tire che i dati ricevuti non vengano inoltrati ai livelli superiori
fino a quando la trasmissione non venga riconosciuta come
corretta. Per fare questo si impiegano sistemi di controllo di
ridondanza ciclica (CRC), nei quali viene assegnata a ogni pac-
chetto una firma digitale univoca (‘checksum’). La probabilità di
rilevare qualsiasi errore casuale aumenta con la larghezza delle
checksum. In particolare, un checksum a 16 bit è in grado di
rilevare il 99,9985% degli errori, mentre un checksum a 32 bit
ha un tasso di rilevamento del 99,9999%. Se i sistemi wireless
vengono usati per trasmettere pochi pacchetti al secondo (50-
100 frame al secondo), anche un CRC a 16 bit potrebbe offrire
un rate di errore accettabile nell’unità di tempo.
Metriche importanti per le prestazioni
Vi sono alcuni valori da considerare per capire quali siano le
reali prestazioni offerte dalle reti wireless e dalle tecnologie per
implementarle.
• Rssi - Radio Signal Strength Indication: quanto è forte il se-
gnale al ricevitore. La potenza è relativa a tutto il canale spet-
trale e non è indice di qualità del segnale ricevuto.
• Packet Delivery: questo numero indica quale sia la percentuale
dei messaggi inviati che sono stati ricevuti. Per esempio, con un
valore del 50% solo un pacchetto su due arriva a destinazione.
• SNR - Signal to Noise Ratio: è il rapporto di potenza tra il se-
gnale (informazioni significative) e il rumore di fondo (segnale
indesiderato).
• Sensibilità: i ricevitori più sensibili possono ricevere segnali
trasmessi più deboli, consentendo una maggiore distanza ope-
rativa o la presenza di ostacoli tra il trasmettitore e il ricevitore.
Poiché la sensibilità di ricezione indica quanto debole possa es-
sere il segnale radio ricevuto correttamente, essa è espressa in
dBm (logaritmico) ed è migliore più il numero è negativo. Ciò
Fonte: triviasoftware.com
