Embedded

TSCH |

hardware

EMBEDDED

56 • maggio • 2015

ore (vedere riquadro: “Gli effetti del multipath

fading sulle comunicazioni wireless”). Sebbene

una rete con agilità di canale possa passare a un

altro canale non esposto alla sorgente attiva di

interferenza, poiché continua a funzionare su un

solo canale è ancora esposta agli effetti devastan-

ti del multipath fading.

Funzionamento a duty cycle tramite modalità

sleep per l’intera rete – Per il funzionamento a

bassa potenza, le reti wireless di sensori funzio-

nano con un determinato duty cycle per ridurre

al minimo la percentuale di tempo trascorso in

funzionamento attivo (ossia, fasi di trasmissione

o ricezione, nelle quali in genere vengono assor-

bite correnti dell’ordine dei milliampere) e mas-

simizzare la percentuale di tempo trascorso in

modalità sleep, ossia a bassa potenza (in genere,

correnti assorbite dell’ordine di 1mA o meno).

Alcune reti wireless di sensori incorporano uno

schema di inattività dell’intera rete (a cui a volte

si fa riferimento con il termine “mesh con moda-

lità sleep”), in cui tutti i nodi della rete vengono

portati in uno stato di basso consumo di potenza

per un lungo periodo di tempo e riattivati circa

nello stesso istante per inviare/ricevere/inoltra-

re il traffico di rete. In tali schemi, nessuna par-

te della rete è disponibile per le comunicazioni

durante il periodo di inattività. Per esempio, se

una WSN si riattiva solo una volta all’ora per le

comunicazioni, non può inviare

un messaggio di allarme durante

tale ora né può ricevere un mes-

saggio da un controller per attiva-

re un indicatore di avviso collega-

to. È importante anche considera-

re come l’uso della modalità sleep

per l’intera rete influisca sulla ca-

pacità di una WSN di far fronte a

condizioni di funzionamento reali.

Durante lunghi periodi nella mo-

dalità sleep, l’ambiente RF circo-

stante rimane dinamico e cambia;

qualsiasi percorso del segnale che

diventi inutilizzabile durante tali periodi può es-

sere riparato solo quando la rete si riattiva. An-

cora più fastidioso è il fatto che le reti con modali-

tà sleep tendono a essere reti a singolo canale; ne

conseguono ulteriori carichi sulla rete durante i

periodi di attività e aumenta il rischio di instabi-

lità delle comunicazioni. Un’altra ripercussione

dell’uso della modalità sleep per l’intera rete è

che tale approccio costringe un utente ad accet-

tare una velocità di trasmissione dati inferiore (e

quindi una quantità minore di dati trasmessi) a

quanto non sia richiesto dall’applicazione. Que-

sto è un compromesso infelice, poiché lo scopo

principale di una WSN è quello di trasmettere i

dati affidabilmente e di utilizzarli per consentire

un’analisi più approfondita dei sistemi dell’uten-

te mostrando inefficienze e andamenti operativi,

come il peggioramento delle prestazioni di motori

sempre più vecchi o il maggiore consumo di po-

tenza ciclico di vecchi apparecchi di refrigerazio-

ne in un negozio di vendita al dettaglio. Quando

i dati trasmessi dalla WSN sono scarsi a causa

delle limitazioni della rete, i vantaggi e le analisi

che questa permette di ottenere diventano limi-

tati e pongono il rischio di ridurre la proposta di

valore complessiva del sistema di monitoraggio/

controllo.

Reti mesh TSHC (Time Synchronized

Channel Hopping)

Sono reti a più salti (multi-hop) che utilizzano un

sincronismo quasi perfetto per coordinare accu-

ratamente le comunicazioni e l’utilizzo del cana-

le di frequenza. In una rete TSCH, ciascun nodo

scambia con quelli vicini informazioni sull’offset

del sincronismo esistente tra tali

nodi affinché l’offset non superi

alcuni decimi di microsecondo. La

trasmissione dati nella rete è or-

ganizzata in intervalli temporali

(timeslot) nei quali sono program-

mate opportunità di trasmissione/

ricezione dei pacchetti individua-

li, ossia ciascun timeslot è abba-

stanza lungo (p. es., 7,5 ms) af-

finché un nodo di trasmissione si

riattivi, trasmetta un pacchetto e

riceva il riscontro del livello di col-

legamento dal nodo di ricezione. Il

traffico di una rete TSHC può essere programma-

to dinamicamente, il che consente channel hop-

ping a coppie, diversità di frequenza e dell’intero

percorso, scambio di pacchetti con basso consumo

di potenza e funzionamento a duty cycle per assi-

curare alta disponibilità.

In una rete TSHC

ogni canale di

scambio dei

pacchetti cambia

per evitare

l‘inevitabile

attenuazione e

interferenza RF