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SENSORI WIRELESS |

HARDWARE

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59 • FEBBRAIO • 2016

il basso”, sino a quelle più adatte per applicazio-

ni IoT in ambito industriale cruciali per le azien-

de. In particolare, la modalità di collegamento

in rete di questi sensori determina se è possibile

installarli in sicurezza ed economicamente negli

ambienti difficili tipici delle applicazioni indu-

striali. Nel seguito esamineremo alcuni dei re-

quisiti imprescindibili che distinguono le reti di

sensori wireless (WSN) industriali.

Affidabilità e sicurezza.

A differenza delle ap-

plicazioni per i consumatori, dove il costo è spes-

so l’attributo più importante del sistema, per le

applicazioni industriali normalmente sono prio-

ritarie l’affidabilità e la sicurezza; nell’indagine

globale sugli utenti di WSN industriali condotta

OnWorld’s

l’una e l’altra

sono i due pro-

blemi più impor-

tanti menzionati

(Bibl. 1). Ciò non

deve

sorpren-

dere, quando si

considera che i

profitti di un’a-

zienda, la quali-

tà e l’efficienza

con cui questa

produce i beni

e garantisce la

sicurezza dei la-

voratori spesso

dipendono

queste reti. Per

questi

motivi,

l’affidabilità e la

sicurezza sono

essenziali per le

reti di sensori

wireless

indu-

striali.

Un principio ge-

nerale di proget-

tazione di una

rete, per quanto riguarda l’affidabilità, è la ri-

dondanza, ossia il ricorrere a meccanismi di fai-

lover, predisposti per problemi probabili e che

consentono il ripristino del sistema senza perdi-

ta di dati. In una rete di sensori wireless, esi-

stono due opportunità base per sfruttare questa

ridondanza. Il primo livello di ridondanza deri-

va dal concetto di ridondanza spaziale: per ogni

nodo wireless esistono almeno altri due nodi con

i quali tale nodo può comunicare e uno schema

di instradamento che consente di ritrasmette-

re i dati all’uno o all’altro nodo. In ogni caso i

dati raggiungono sempre la destinazione finale

prevista. Una rete

mesh

formata correttamente,

ossia in cui ogni nodo può comunicare con due

o più nodi adiacenti, è più affidabile di una rete

“da punto a punto” poiché invia automaticamen-

te i dati su un percorso alternativo se il primo

percorso non è disponibile. Il secondo livello di

ridondanza può essere ottenuto mediante più

canali disponibili nello spettro RF. Il concetto

è quello del “channel hopping”, in cui coppie di

nodi possono cambiare canali a ogni trasmissio-

ne, evitando così problemi temporanei con qua-

lunque dato canale nell’ambiente RF difficile e

continuamente variabile che è tipico delle appli-

cazioni industriali. La norma IEEE 802.15.4 re-

lativa alla banda di frequenza a 2,4GHz prevede

15 canali con la tecnica di espansione di spettro

(

spread spectrum

) disponibili per i “salti”, con-

sentendo ai sistemi channel hopping di offri-

re resilienza di gran lunga superiore a quella

dei sistemi senza salti (ossia a singolo canale).

Esistono molte norme per l’uso delle reti mesh

wireless che includono questa ridondanza dop-

pia, spaziale e di canale: la norma Time Slotted

Channel Hopping (TSCH), che include la norma

IEC62591 (WirelessHART) e l’imminente norma

IETF 6TiSCH (Bibl. 2). Queste norme, che uti-

lizzano frequenze radio nello spettro a 2,4GHz

disponibile globalmente senza bisogno di licen-

za, sono state sviluppate a partire dalla ricerca

condotta dal gruppo Dust Networks di Linear

Technology, che è stato pioniere nell’uso dei pro-

tocolli TSCH con dispositivi a bassa potenza e

risorse limitate, iniziando nel 2002 con i prodotti

SmartMesh.

Sebbene TSCH sia un componente fondamentale

per l’affidabilità dei dati in ambienti RF difficili,

la creazione e manutenzione della rete mesh è

essenziale per il funzionamento continuo, senza

problemi nel corso di anni. Una rete wireless in-

dustriale spesso deve funzionare per molti anni

e nel corso della sua vita sarà soggetta a diverse

problematiche di radiofrequenza nonché a re-

quisiti sulla trasmissione dei dati. Quindi, l’ele-