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WSN, Wireless Sensor Network (Rete di sensori senza fili)

en-lang WSN, Wireless Sensor Network

Le reti wireless di sensori (WSN, Wireless Sensor Network) o di sensori e attuatori (WSAN, Wireless Sensor Actuator Network) sono reti ad hoc a basso costo utilizzate per il rilevamento, l’elaborazione e la trasmissione dati in svariati campi applicativi.

Il consolidamento di numerose tecnologie in radiofrequenza e l’elevato livello di integrazione dei componenti elettronici (grazie a caratteristiche di basso consumo, dimensioni ridotte, basso costo) hanno favorito l’uso di sensori con interfacce wireless. A questo processo si sono accompagnate tecniche di modulazione sofisticate (alta velocità, elevata affidabilità) e la riduzione delle “barriere all’adozione” da parte degli utenti. Il funzionamento wireless dei sensori si associa non solo all’assenza di collegamenti fisici, ma anche all’assenza della rete di alimentazione.

Nelle WSN sono previsti metodi di “risveglio” su evento e spegnimento automatico, oltre alla presenza di un “coordinatore” (interlocutore remoto del sensore) che sceglie il canale di comunicazione e rimane in ascolto. In rete i sensori wireless possono supportare la semplice estensione alla topologia a stella disattivandosi nel caso escano dal raggio di azione del nodo “coordinatore” o sfruttare algoritmi di sincronizzazione e localizzazione dei nodi. In tal caso alcuni nodi possono fare da “ponti” per la trasmissione (architetture Mesh). La scelta del percorso dipende dallo stato delle batterie dei nodi e dalle interferenze.

Le reti wireless di sensori (WSN, Wireless Sensor Network) o di sensori e attuatori (WSAN, Wireless Sensor Actuator Network) sono dunque reti ad hoc a basso costo utilizzate per il rilevamento, l’elaborazione e la trasmissione dati (ad esempio, le reti WPAN basate sullo standard IEEE 802.15). I nodi della rete sono caratterizzati da un’architettura relativamente semplice con una potenza di calcolo e trasmissione moderata.

 

La diffusione delle WSN / WSAN

Il funzionamento wireless di sensori e attuatori in rete si accompagna non solo all’assenza di collegamenti fisici, ma anche alla indisponibilità della rete di alimentazione. A questo scopo i dispositivi wireless sono dotati di sistema di alimentazione autonoma a batteria, algoritmi per l’allungamento della vita delle batterie dei sensori, duty cycle ridotto (molto minore di 1) e tecniche di cattura dell’energia di tipo “energy harvesting”.

L’impiego delle reti WSN (Wireless Sensor Network) e WSAN (Wireless Sensor Actuator Network) è in costante aumento per la sostituzione di cablaggi e nell’installazione di micro-sensori. Nelle realizzazioni indoor e outdoor vengono realizzate per integrare sistemi di termoregolazione (HVAC, temperatura, umidità), monitoraggio ambientale (terra, aria, acqua), agrindustria (microclima, irrigazione, luce), misure industriali (accelerometri, vibrazioni, pressioni), robotica (sensori di posizione e coordinamento), monitoraggio strutturale (gallerie, dighe, ponti), domotica (sistemi di sicurezza e controllo) e automazione infrastrutture (interruttori, sonde, valvole, comandi, allarmi).

Nel settore Oil & Gas le reti wireless prevedono l’impiego di sistemi RTU (Remote Terminal Unit) che contribuiscono a migliorare l’efficienza della produzione, il monitoraggio delle emissioni ambientali, la gestione tempestiva di allarmi e la raccolta di informazioni.

I fattori tecnologici alla base dello sviluppo di WSN e WSAN sono la miniaturizzazione dei componenti elettronici e degli apparati, i bassi consumi elettrici e l’introduzione di standard interoperabili (WirelessHart, Isa SP100). Oltretutto i sensori wireless rappresentano la soluzione ottimale per acquisire dati in prossimità di pozzi e piping distribuiti su vaste aree, dove è assente la rete di alimentazione elettrica. Collegati fino a decine di kilometri a sensori alimentati a batterie, gli apparati RTU possono inviare dati ai centri di controllo tramite ponti radio, reti GSM, GPRS o satellitari. Hanno così origine sistemi territorialmente complessi e distribuiti, con architetture Mesh, in grado di realizzare comunicazioni in tempo reale tra apparati periferici e centri di supervisione.

 


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