Tecnologia

Le reti di sensori wireless
Una rete di sensori wireless è una rete a maglia attraverso la quale i sensori o nodi, alimentati a batteria o rete elettrica,  trasmettono in radio frequenza le grandezze fisiche rilevate in tempo reale verso un coordinatore che renderà disponibili queste informazioni ad uno o più computer.

Sono reti wireless a 2,4GHz che trasmettono in modalità DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) dello standard IEEE 802.15.4 e del relativo protocollo ZigBee, appartenenti alla stessa famiglia dei più noti Bluetooth e WiFi. Alcune reti applicano anche variazioni dinamiche di queste frequenze, ottenendo una maggiore resistenza alle interferenze, superando i limiti di ZigBee in ambienti con disturbi in radio frequenza e aumentando il range di trasmissione.

Questi protocolli di trasmissione sono stati progettati appositamente per gestire comunicazioni bidirezionali a basso consumo e per la creazione di reti multi-hop (come Internet). Sfruttando le comunicazioni peer-to-peer tra i dispositivi, o nodi, il protocollo implementa potenti funzioni come la bidirezionalità, l’autoconfigurazione, l’autoriparazione, la propagazione dei messaggi con  particolare attenzione alla gestione del consumo delle batterie dei nodi. Per facilitare la configurazione della rete ed aumentare l’affidabilità delle comunicazioni, vengono implementati collegamenti ridondanti.

Il campo di applicazione è ovunque vi sia la necessità di monitorare grandezze fisiche e logiche in tempo reale: l'unico limite di queste reti è la nostra fantasia.

Componenti della rete wireless

Le componenti che interagiscono nel funzionamento di una rete di sensori wireless sono:

  • Nodo RFD - I nodi RFD (Reduced Function Device o Star Node) sono costituiti da un ricetrasmettirore radio miniaturizzato, alimentato a batteria, che fornisce la trasmissione e la ricezione di dati da/a sensori (es. temperatura, umidità, luce, movimento, pressione, gas, ecc.) ed attuatori (es. ventilatori, LED, interruttori, ecc.) verso un coordinatore e quindi verso un computer server. I sensori collegati ai nodi possono essere calibrati, abilitati o disabilitati da remoto e i nodi stessi possono essere riprogrammati con una versione diversa di firmware. L'intervallo di rilevazione dei dati può essere modificato da remoto. Con un intervallo di rilevazione dei dati di un minuto la batteria dura oltre tre anni.
  • Nodo FFD - I nodi FFD (Full Function Device o Mesh Node) oltre a rilevare diverse grandezze provenienti dai sensori connessi sono utilizzati per inoltrare e instradare i dati trasmessi tra i nodi RFD verso un coordinatore e quindi verso un computer server.. Essi trasmettono i messaggi ricevuti dai nodi RFD o da altri nodi FFD verso il nodo che è fisicamente connesso (gateway) alla rete LAN. Essi possono interfacciare, per ciascuna porta, termistori, sensori con interfaccia 0-5V, contatti ON/OFF, 0-20mA, in modo configurabile. Oltre alla lettura dei dati rilevati possiedono dei relè che possono essere aperti o chiusi da remoto. I nodi FFD possiedono della memoria dove memorizzare i dati in transito e le tabelle di instradamento e sono alimentati esternamente.
  • Nodo Gateway - Il nodo Gateway (o Bridge Node) è il coordinatore e quindi l’interfaccia tra la rete wireless di sensori ed il mondo esterno. Esso riceve e trasmette tutti i messaggi da/verso la rete di sensori wireless e il mondo wired. Per il suo funzionamento non è necessario un PC in quanto include un server con interfaccia web, accedibile attraverso la rete locale o un cavo USB a cui è connesso, e svolge tutte le funzioni di gestione della rete wireless. Tutti i dati di configurazione relativi alla rete di sensori wireless sono memorizzate internamente. Alcune volte i dati e la configurazione sono anche disponibili attraverso una interfaccia ModBus/TCP. Via ftp può inoltre esportare i dati rilevati in una specifica locazione di un PC connesso alla rete locale ad intervalli di tempo prefissati. I gateway posseggono anche altri sistemi di interfacciamento in funzione del produttore.
  • Software di gestione - Il software di gestione della rete è tipicamente installato nel firmware del gateway ed è accessibile attraverso un qualsiasi browser web in modalità http. Attraverso questo software è possibile effettuare tutte le fondamentali operazioni per una rete wireless:
    • Impostazione: autenticazione del nodo, associazione fisica e logica
    • Configurazione: identificazione, configurazione dei sensori e dei nodi wireless
    • Monitoraggio: monitoraggio dei dati, del funzionamento e della connettività della rete
    • Gestione: aggiornamento del firmware dei nodi, attivazione e disattivazione dei dispositivi e delle reti
    • Integrazione: interfacciamento con applicativi esistenti e integrazione con protocolli e standard

      A secondo del produttore esistono altre interfacce al gateway e ai suoi dati: ModBus, OPC, ftp, ecc.

Altre utili informazioni su questa tecnologia sono presenti nel video seguente.

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Aggiornato il 10/06/2016