FN_117

NOVEMBRE 2023 FIELDBUS & NETWORKS 47 Fieldbus & Networks risultare quanto più possibile efficiente in ter- mini di consumi energetici. Questo comporta la necessità di progettare l’applicazione in modo da minimizzare quanto più possibile l’utilizzo delle diverse interfacce (radio, trasduttori, attuatori) e del processore, cosa che si traduce spesso in un tradeoff tra efficienza energetica del sistema e qualità del servizio offerto. Applicazioni industriali In generale, le WSN possono essere utilizzate nel controllo di processo in qualunque ambito industriale. Esistono però settori industriali specifici nei quali le Iwsn (Industrial Wireless Sensor Networks) vengono maggiormente utilizzate. Vediamone alcuni. − Chimico: in questo tipo di industria possono essere utilizzati materiali pericolosi: sono per- tanto necessari sensori che possano lavorare in ambiente corrosivo e dove la presenza di cavi potrebbe essere problematica. I sensori installati controllano e monitorano la concentrazione di uno o più materiali durante un processo chimico. − Automotive: un’applicazione fra le più diffuse è quella di controllare e gestire all’interno di un veicolo (adibito a vari scopi) parametri che ne permettano il corretto funzionamento tramite sensori/attuatori (pressione gomme, livello olio, sicurezze, confort ecc.), e di comunicare con altri veicoli al fine di prevenire incidenti e di ottenere un traffico più fluido (smart mobility). − Petrolifero e gas: in questo ambito i sensori sono utilizzati per il monitoraggio dell’integrità dei tubi e della pressione, del livello del com- bustibile a disposizione, della corrosione ecc. − Automazione e robotica: i robot sono disposi- tivi intelligenti in grado di percepire, calibrare, comunicare, misurare e operare per ottenere una maggiore accuratezza; essi sono in grado di comunicare via wireless, trovando impiego nella realizzazione di sistemi intelligenti in re- altime nell’automazione industriale. In ambito industriale, inoltre, dove l’ambiente non è proprio il migliore per una classica comu- nicazione dati wireless, vale la pena riassumere le principali sfide tecniche da affrontare ai fini dell’ottimizzazione di una WSN: − risorse ridotte: la progettazione e l’implemen- tazione delle Iwsn è limitata da 3 tipi di risorse: energia, memoria e capacità di elaborazione. Ciò è dovuto, in particolare, alle limitate dimen- sioni che tali sensori devono assumere; − topologia di rete variabile e severe con- dizioni ambientali: nell’ambiente indu- striale, la topologia e la connettività delle reti possono fare la differenza: quest’ultima, se scelta male, può causare la perdita del colle- gamento con i nodi, considerando interferenze RF, ambienti corrosivi, alta umidità, vibrazioni, strutture metalliche, sporcizia, polvere…; − esigenze di qualità del servizio (QoS): data l’ampia varietà di applicazioni possibili è richiesto che ciascuna Iwsn abbia un’ade- guata qualità del servizio. Inoltre, è impor- tante la tempistica con cui i dati vengono trasmessi ed elaborati, soprattutto nei sistemi in cui è richiesto il realtime; − ridondanza dei dati: le osservazioni dei sen- sori sono strettamente correlate nel dominio dello spazio e del tempo, pertanto, per limi- tare le trasmissioni e lo spreco di energia, i dati ridondanti devono essere ridotti tramite opportune elaborazioni; − errori nei pacchetti e capacità variabile dei collegamenti: contrariamente ai sistemi cablati, la capacità raggiungibile, ovvero la quantità di dati trasferiti nell’unità di tempo in condizioni ottimali, misurata in bit/s, di un collegamento wireless dipende dal livello di interferenza percepito al ricevitore. Inoltre, i sistemi wireless presentano comunemente ca- ratteristiche variabili nel tempo e nello spazio dovute all’ambiente rumoroso citato, quindi la capacità e il ritardo di ogni collegamento dipendono dalla locazione dei nodi e variano continuamente, rendendo difficili le previsioni della QoS; − sicurezza: è senza dubbio uno dei requisiti più importanti nella progettazione del sistema, infatti non deve essere possibile alcuna intru- sione indesiderata. Gli attacchi passivi con- sistono nella rilevazione del traffico e nella scoperta del contenuto dei messaggi, mentre gli attacchi attivi nella modifica e nell’interru- zione del servizio, o addirittura nella gestione fraudolenta del nodo. Il protocollo deve quindi essere immune a tali tipi di attacchi; − schieramento su larga scala e architet- tura ad hoc: alcuni sistemi Iwsn contengono centinaia o addirittura migliaia di nodi, che po- trebbero essere distribuiti in maniera casuale nell’ambiente. La rete deve essere pertanto gestibile nonostante l’alto numero di utenze, e deve potersi organizzare autonomamente (fun- zionalità plug&play); − integrazione con Internet e altre reti: è di fondamentale importanza per lo sviluppo delle Iwsn che esse possano interfacciarsi e interoperare con il mondo Internet e altre reti, al fine di rendere accessibili i dati da qualunque postazione remota. La rete IWSN dovrebbe essere integrata con architettura IP. Attualmente le piattaforme di rete di sensori utiliz- zano gateway in grado di gestire una connessione Ethernet, e spesso molti sensori sono già dotati di una propria connettività IP (IoT). Fig.4 - Schema hardware a blocchi di un generico nodo sensore Fig.5 - Fra le più diffuse Iwsn in ambito automotive figura la comunicazione fra veicoli (smart mobility) Fonte: foto Shutterstock