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SPECIALE SPS ITALIA 2024 25 cazione (inviato o ricevuto). Sfortunatamente, le peculiarità delle reti di sensori e le caratteristiche dei nodi rendono difficilmente riutilizzabile il software disponibile in commercio, e richiedono lo sviluppo di soluzioni progettate appositamente per la piattaforma utilizzata e per la specifica applicazione da realizzare. Questo vale anche per il sistema operativo, al quale è richiesto di soddisfare i seguenti requisiti: - ridottissima occupazione di memoria; - basso consumo di energia durante l’esecuzione dei processi; - consumo del tutto trascurabile durante lo stato di inattività (‘idle’); - gestione della concorrenza (accesso simultaneo di più thread alla stessa risorsa); - supporto efficiente ai protocolli di rete (in termini di consumo energetico); - facile accesso alle funzionalità di basso livello della piattaforma per mezzo di interfacce astratte. Generalmente, lo sviluppo del sistema operativo e delle applicazioni av- viene per mezzo di linguaggi di programmazione basati su C, che vengono quindi compilati per lo specifico microprocessore del nodo sensore utiliz- zato. Tuttavia, è quasi sempre possibile ricorrere alla programmazione di alcuni moduli utilizzando direttamente il linguaggio Assembly del micro- processore, se si desidera spingere al massimo le prestazioni del codice. Come per il sistema operativo, il software che definisce i servizi più avanzati della WSN deve occupare pochissimo spazio di memoria e deve risultare quanto più possibile efficiente in termini di consumi energetici. Questo comporta la necessità di progettare l’applicazione inmodo daminimizzare 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 peri- colosi: sono pertanto necessari sensori che possano lavorare in ambiente corrosivo edove lapresenzadi cavi potrebbe essereproblematica.I sensori installati controllano emonitorano la concentrazione di uno o piùmateriali durante un processo chimico. - Automotive: un’applicazione fra lepiùdiffuse èquelladi controllare egestire 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 monito- raggio dell’integrità dei tubi e della pressione, del livello del combustibile a disposizione, della corrosione ecc. - Automazione e robotica: i robot sono dispositivi intelligenti in grado di percepire,calibrare,comunicare,misurare eoperareper ottenereunamag- giore accuratezza; essi sono in grado di comunicare via wireless, trovando impiego nella realizzazione di sistemi intelligenti in realtime nell’automa- zione industriale. In ambito industriale,inoltre,dove l’ambiente non è proprio il migliore per una classica comunicazione dati wireless, vale la pena riassumere le principali sfide tecniche da affrontare ai fini dell’ottimizzazione di unaWSN: - risorse ridotte: la progettazione e l’implementazione delle Iwsn è limitata da 3 tipi di risorse: energia,memoria e capacità di elaborazione.Ciò è dovuto,in particolare, alle limitate dimensioni che tali sensori devono assumere; - topologia di rete variabile e severe condizioni ambientali: nell’ambiente industriale,la topologia e la connettivitàdelle reti possono fare ladifferenza: quest’ultima, se sceltamale, può causare la perdita del collegamento con i nodi, considerando interferenze RF, ambienti corrosivi, alta umidità, vibra- zioni, strutture metalliche, sporcizia, polvere…; - esigenze di qualità del servizio (QoS): data l’ampia varietà di applicazioni possibili è richiesto che ciascuna Iwsn abbia un’adeguata qualità del servi- zio. Inoltre, è importante 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 sensori sono strettamente corre- late nel dominio dello spazio e del tempo, pertanto, per limitare le trasmis- sioni e lo spreco di energia, i dati ridondanti devono essere ridotti tramite opportune elaborazioni; - errori nei pacchetti e capacità variabile dei collegamenti: contraria- mente 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 caratte- ristiche 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 proget- tazione del sistema, infatti non deve essere possibile alcuna intrusione indesiderata. Gli attacchi passivi consistono nella rilevazione del traffico e nella scoperta del contenuto dei messaggi, mentre gli attacchi attivi nella modifica e nell’interruzione del servizio, o addirittura nella gestione fraudo- lenta del nodo. Il protocollo deve quindi essere immune a tali tipi di attacchi; - schieramento su larga scala e architettura ad hoc: alcuni sistemi Iwsn contengono centinaia o addiritturamigliaia di nodi, che potrebbero essere distribuiti in maniera casuale nell’ambiente. La rete deve essere pertanto gestibile nonostante l’alto numero di utenze, e deve potersi organizzare autonomamente (funzionalità 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 utilizzano gateway in grado di gestire una connessione Ethernet, e spessomolti sensori sono già dotati di una propria connettività IP (IoT). FIg. 5 - In molti processi industriali, in particolare nell’oil&gas, i sensori sono utilizzati per il monitoraggio dell’integrità dei tubi e della pressione, del livello del combustibile a disposizione, della corrosione ecc. Fonte: foto Shutterstock