44 / 84
EMBEDDED
56 • maggio • 2015
hardware
|
TSCH
44
in un sistema di trasmissione dati. A differen-
za delle comunicazioni cablate, in cui il segnale
che trasporta i dati è schermato dalle influenze
esterne poiché si propaga lungo dei cavi, i segna-
li a radiofrequenza si propagano nell’etere e in-
teragiscono con l’ambiente circostante. Esiste la
possibilità che altre sorgenti di trasmissioni RF
causino interferenze distruttive.
Tuttavia, è molto più frequente l’effet-
to dell’attenuazione da percorsi mul-
tipli (multipath fading), ossia quando
il messaggio RF può essere attenuato
dal suo stesso segnale che viene rifles-
so dalle superfici circostanti e arriva
sfasato (vedere Figura 1). Gli utenti di
telefoni cellulari riscontrano l’effetto
multipath ogni giorno, quando l’inten-
sità del segnale captato dal telefono è
scadente in un punto ma migliora spo-
stando il telefono di alcuni centimetri.
Questo effetto varia nel tempo, poiché
le superfici riflettenti vicine (p. es., per-
sone, auto, porte) in genere si muovono;
il risultato netto è che in un qualsiasi
canale RF la qualità del segnale varie-
rà significativamente nel tempo.
Il problema è ulteriormente complicato
dal fatto che il multipath fading è im-
prevedibile. Per definizione, una rete deve tra-
smettere attivamente su un canale per rilevarne
(e quindi misurarne) le prestazioni in presenza
del multipath fading. Quindi, mentre il meto-
do di utilizzare una semplice misura passiva
dell’intensità del segnale (RSSI, received signal
strength indicator) di un canale inutilizzato può
essere utile per rilevare sorgenti attive di inter-
ferenza, non può prevedere l’idoneità del canale
in presenza del multipath fading.
Fortunatamente, poiché il multipath fading in-
fluisce in modo diverso su ciascun canale RF e
varia nel tempo, l’utilizzo del channel hopping ai
fini della diversità di frequenza ne riduce al mi-
nimo gli effetti negativi. Il problema a cui devono
far fronte i protocolli delle WSN è la possibilità di
usare il channel hopping in reti di grandi dimen-
sioni tramite più salti.
Approcci frequenti nelle WSN
Per capire come WSN diverse funzionino in pre-
senza di tali vincoli, esamineremo varie tecniche
adottate spesso in alcune reti mesh wireless per
sfruttare la diversità di frequenza e assicurare
un basso consumo di potenza.
WSN a canale singolo e agilità di canale – Un
approccio frequente in implementazioni semplici
di reti mesh wireless consiste nel far funzionare
tutti i nodi su uno stesso canale. Poiché si uti-
lizza un solo canale RF, per definizione solo un
dispositivo alla volta può trasmettere. Gli svilup-
patori dello stack della rete spesso continuano a
scegliere il funzionamento a canale singolo a cau-
sa della relativa semplicità di implementazione e
così facendo ottengono una WSN senza pratica-
mente alcuna diversità di frequenza.
Per rispondere alla presenza di un’interferenza
RF attiva nel canale, alcune WSN a canale sin-
golo sono dotate di un meccanismo denominato
“agilità di canale”: una rete può trasmettere un
messaggio a tutti i nodi per passare a un altro ca-
nale di funzionamento. Ma anche in una rete con
agilità di canale, in ogni momento la rete sta an-
cora funzionando a canale singolo. L’uso dell’a-
gilità di canale presuppone che vi sia un singolo
canale adeguato per l’intera rete. Tuttavia, con
gli effetti del multipath fading, i dati effettivi mo-
strano che in qualsiasi canale RF si verificherà
una grave degradazione del percorso durante la
vita utile della rete, che causa la caduta di nodi
della rete stessa per periodi di minuti o anche
Fig. 2 – Diversità di percorso e di frequenza – Se la co-
municazione non riesce lungo la freccia verde, il nodo D
ritenta lungo la freccia viola attraverso un canale e un
percorso diversi
segue da pag.42