Wireless sensor network: differenze tra le versioni

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[[File:WSN.svg|thumb|upright=1.8|Un tipico esempio di ''reti di sensori'']]

Con il termine '''''Wirelesswireless Sensorsensor Network''network''' (o WSN) si indica una determinata tipologia di [[rete informatica]] che, caratterizzata da una un'[[architettura di rete|architettura]] distribuita, è realizzata da un insieme di [[dispositivo elettronico|dispositivi elettronici]] autonomi in grado di prelevare dati dall'ambiente circostante e di comunicare tra loro.

== Descrizione ==

I recenti progressi tecnologici nei sistemi microelettromeccanici ([[MEMS]], micro electro mechanical system), nelle comunicazioni [[wireless]] e nell'elettronica digitale hanno permesso lo sviluppo di piccoli apparecchi a bassa [[Potenza (elettrotecnica)elettrica|potenza]] dai costi contenuti, multifunzionali e capaci di comunicare tra loro tramite tecnologia wireless a raggio limitato. Questi piccoli apparecchi, chiamati '''[[Motenodo sensore|nodi sensori]]''', '''sensor node''' (in inglese) o '''[[mote]]''' (principalmente nell'[[America settentrionale]]), sono formati da componenti in grado di rilevare grandezze fisiche ([[sensori]] di [[posizione]], [[temperatura]], [[umidità]] ecc.), di elaborare dati e di comunicare tra loro. Un sensore è comunemente definito come un particolare trasduttore che si trova in diretta interazione con il sistema misurato.

Una rete di sensori ('''{{Inglese|sensor network''' in inglese}}) è costituita da un insieme di sensori disposti in prossimità oppure all'interno del fenomeno da osservare. Questi piccoli dispositivi sono prodotti e distribuiti in massa, hanno un costo di produzione trascurabile e sono caratterizzati da dimensioni e pesi molto ridotti. Ogni sensore ha una riserva d'[[energia]] limitata e non rinnovabile e, una volta messo in opera, deve lavorare autonomamente; per questo motivo tali dispositivi devono mantenere costantemente i consumi molto bassi, in modo da avere un maggior ciclo di vita. Per ottenere la maggior quantità possibile di dati occorre effettuare una massiccia distribuzione di sensori (nell'ordine delle migliaia o decine di migliaia) in modo da avere un'alta densità (fino a 20 nodi/m3) e far sì che i nodi siano tutti vicini tra loro, condizione necessaria affinché possano comunicare. Una delle più comuni applicazioni in cui è possibile far uso di una rete di sensori consiste nel monitoraggio di ambienti fisici come il [[traffico]] in una grande città oppure dati rilevati da un'area disastrata da un [[terremoto]].

I nodi sensore all'interno di una rete hanno la possibilità di collaborare tra loro dal momento che sono provvisti di un [[processore]] on-board; grazie a quest'ultimo, ciascun nodo, invece di inviare dati ''grezzi'' ai nodi responsabili della raccolta dei dati, può effettuare delle semplici elaborazioni e trasmettere solo i dati richiesti e già elaborati.

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=== Applicazioni militari ===

La facilità e rapidità di distribuzione, l'auto-organizzazione e la [[tolleranza ai guasti]] fanno di una rete di sensori una tecnica promettente per applicazioni militari.

Poiché una rete di sensori è basata su una disposizione densa di nodi monouso ed a basso costo, la distruzione di alcuni nodi da parte del nemico non danneggia le operazioni militari come potrebbe accadere con la distruzione dei sensori tradizionali. Le possibili applicazioni vanno dal monitoraggio di forze alleate, equipaggiamenti e munizioni alla sorveglianza del campo di battaglia. Sempre nel campo militare, è possibile usare una rete di sensori per effettuare il riconoscimento di nemici, la stima dei danni di una battaglia oppure il riconoscimento del tipo di attacco (nucleare, biologico o chimico).

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In questo ambito, le reti di sensori potrebbero essere usate per alcune applicazioni che riguardano, ad esempio, il monitoraggio del movimento di uccelli, piccoli animali, insetti.

È possibile anche effettuare il monitoraggio di una [[foresta]] e rilevare prontamente eventuali incendi. Negli Stati Uniti è stato messo a punto un sistema per la previsione e rilevazione di inondazioni. Il sistema <ref>[http://webcms.pima.gov/cms/one.aspx?portalId=169&pageId=60223 Automated Local Evaluation in Real Time (ALERT)]</ref> è formato da molti sensori in grado di rilevare la quantità di [[pioggia]] caduta, il livello dell'[[acqua]] di un [[fiume]] e condizioni climatiche come ad esempio temperatura, l'umidità etc...

Le reti di sensori possono essere utilizzate anche nell'[[agricoltura]] di precisione. Tra gli obiettivi che è possibile raggiungere c'è quello di monitorare il livello dei pesticidi nell'acqua, il livello di [[erosione]] del [[terreno]] e il grado di [[inquinamento]] dell'[[aria]]. Il tutto effettuato in [[RealSistema real-time|tempo reale]]. Altra applicazione è quella del monitoraggio dell'[[habitat]] di animali, e lo studio del loro comportamento.

Sempre nel settore ambientale, le reti di sensori possono essere di interesse per studiare gli spostamenti ed il dinamismo all'interno dei ghiacciai. A tal proposito i sensori vengono distribuiti all'interno del [[ghiaccio]] a profondità differenti. I sensori sono capaci di rilevare temperatura e pressione comunicando con una stazione base posizionata in cima al ghiacciaio che provvederà al trasferimento di questi a chi di competenza.

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* ''Pre-deployment e deployment phase'': i sensori possono essere sia gettati sia disposti uno ad uno nell'ambiente; infatti possono essere gettati da un [[aereo]], da una [[catapulta]], collocati uno ad uno da un [[robot]] o da una persona umana.

* ''Post-deployment phase'': i cambiamenti topologici della rete sono dovuti al cambiamento della posizione dei nodi, oppure alla variazione della raggiungibilità di un nodo, dell'energia disponibile, alla presenza di malfunzionamenti etc...

* ''Re-deployment of additional nodes phase'': nodi sensore addizionali possono essere ridisposti in qualsiasi momento per rimpiazzare i nodi malfunzionanti o a causa della dinamica dei task. L'aggiunta di nuovi nodi comporta la necessità di riorganizzare la rete. L'alta frequenza di cambiamenti topologici e il vincolo stringente del [[risparmio energetico]] richiedono protocolli di routing molto particolari.

=== Vincoli hardware ===

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Un altro possibile modo per far comunicare i nodi è tramite gli infrarossi. La comunicazione con gli infrarossi non richiede permessi o licenze e protetta da interferenze. I transceiver basati sugli infrarossi sono economici e facili da costruire. Il problema maggiore che si ha nell'uso degli infrarossi è la necessità di avere una "[[Linea_di_vista|line-of-sight]]" diretta tra il trasmettitore ed il ricevitore. Questo rende gli infrarossi di difficile utilizzo nelle reti di sensori dove solitamente i nodi sono disposti in modo random.

La scelta del [[mezzo trasmissivo]] è imposta dall'applicazione. Ad esempio, le applicazioni marine impongono di usare l'acqua come mezzo trasmissivo. È quindi necessario usare onde che possano penetrare nell'acqua.

=== Consumo energetico ===

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===Protocolli di comunicazione===

I requisiti menzionati in precedenza impongono dei vincoli molto stringenti sulla tipologia di [[protocollo di rete | protocolli di rete]] da adottare nelle WSN. Le tecnologie wireless a corto raggio costituiscono un requisito imprescindibile, visto il ridotto budget energetico a disposizione di ciascun nodo. Tuttavia, realizzare ununa rete wireless di comunicazione multi-hop, che sia robusta ai guasti ed in grado di auto-configurarsi anche in ambienti ostili, rappresenta una sfida tecnologica notevole, che ha richiesto (e tuttora richiede) l'impegno di molteplici enti di standardizzazione, quali ad esempio [[IEEE]] ed [[IETF]]. In ambito IEEE, la tecnologia [[IEEE 802.15.4]] rappresenta un punto fermo nello sviluppo dei livelli [[Media Access Control|MAC]] e [[livello fisico|PHY]] di una WSN, poiché in grado di fornire bitrate sino a 250 kbps e di abilitare l'uso di topologie multi-hop, in modo energeticamente efficiente. I livelli superiori dello stack possono essere invece implementati seguendo la specifica [[ZigBee]] e le più recenti proposte emerse in ambito IETF per le cosiddette ''low power lossy network''.

== Note ==

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== Altri progetti ==

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{{Controllo di autorità}}