RICERCA ITALIANA     

Affidabilità e qualità del servizio in sistemi di monitoraggio basati su Wireless Sensor Networks per applicazioni critiche

Università degli Studi di Firenze

Abstract

Una Wireless Sensor Network (WSN) è costituita da un elevato numero di nodi sensori ciascuno dei quali ha la capacità di acquisire informazione dall’ambiente circostante, elaborarla e inviarla mediante comunicazione wireless verso una stazione di raccolta (sink). I nodi sono solitamente alimentati con batterie e usano un approccio multi-hop per far pervenire i dati al sink, organizzandosi autonomamente in modo da costituire un sistema di monitoraggio distribuito e cooperativo. Questo rende possibile la realizzazione di impianti di monitoraggio in scenari operativi non praticabili con tecnologie più tradizionali.
Tuttavia, queste stesse caratteristiche pongono severe limitazioni su risorse energetiche, capacità di calcolo e affidabilità della comunicazione, per cui la rete è soggetta a malfunzionamenti e non disponibilità diffuse. Questo ostacola la realizzazione di impianti destinati al monitoraggio di sistemi critici ai fini della sicurezza.

Questo Progetto intende investigare soluzioni innovative che permettano di applicare reti WSN nella costruzione di sistemi di monitoraggio per applicazioni critiche ai fini della sicurezza.

A tal fine sono integrate due linee di ricerca complementari: una linea tecnologica sviluppa soluzioni di gestione efficiente delle risorse della rete per aumentarne la qualità del servizio e il tempo di vita; una linea metodologica sviluppa tecniche di valutazione quantitativa che rendono predicibile il livello >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Enrico Vicario Università degli Studi di FIRENZE

Obiettivo del Programma di Ricerca

Questo progetto intende sviluppare soluzioni innovative che permettano l'impiego di reti WSN nella costruzione di sistemi di monitoraggio per applicazioni critiche ai fini della sicurezza.

Con questo obiettivo il progetto combina due linee di ricerca: una linea tecnologica (WP2) finalizzata allo studio di soluzioni innovative per la gestione efficiente e affidabile delle risorse della rete; e una linea metodologica (WP3) finalizzata allo studio di tecniche di modellazione e analisi che supportano la valutazione quantitativa dei livelli di affidabilità e qualità del servizio conseguiti. Tra le due linee esiste un duplice legame (WP4). Da un lato, le tecniche di modellazione e analisi supportano la valutazione di soluzioni sistemistiche, proposte in letteratura o sviluppate nell’ambito del Progetto stesso, in modo da renderne predicibili e comparabili le caratteristiche di affidabilità e qualità del servizio. Dall'altro lato, quelle tecniche di valutazione che possono essere eseguite in modalità on-line sull'architettura di calcolo di una WSN possono essere integrate in strategie avanzate di gestione delle risorse.
Il Progetto integra poi una terza linea applicativa, finalizzata a garantire il raccordo tra i temi della ricerca e il contesto nel quale i risultati possono diventare occasione di trasferimento e avanzamento tecnologico (WP1,WP5).

Gli obiettivi finali concreti che il progetto si propone di raggiungere possono >>>

Risultati parziali attesi

Le WSN hanno attratto nell'ultimo decennio un notevole interesse da parte della comunità scientifica e solo più recentemente sono anche divenute una tecnologia sempre più diffusa sul mercato e sempre più utilizzata in applicazioni pratiche. Ci si aspetta che l’interesse verso le reti di sensori sia destinato a crescere notevolmente negli anni a venire.

Secondo lo studio di mercato condotto nel Luglio 2005 dalla ON World Incorporation e intitolato “Wireless Sensor Networks – Growing Markets, Accelerating Demands” (http://www.onworld.com/html/wirelesssensorsrprt2.htm) si prevede che nel 2010 siano operativi 127 milioni di nodi sensori e che, successivamente, la quota di mercato di questa tecnologia sia destinata ad aumentare considerevolmente, in particolare in certi settori applicativi quali quello delle applicazioni industriali.

Il progetto "Embedded WiSeNTs" (www.embedded-wisents.org), finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del VI Programma Quadro, ha prodotto nel Novembre del 2006 una roadmap che include un'analisi del mercato. Secondo questa roadmap il mercato delle WSN è destinato a crescere notevolmente nel periodo fino al 2015, in particolare nel settore della logistica e del controllo&automazione (http://www.embedded-wisents.org/dissemination/roadmap.html).

Un eco dell’interesse di questa nuova tecnologia su un pubblico più vasto di non addetti ai lavori, può essere rintracciato nel >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Le Wireless Sensor Network (WSN) sono un prodotto tecnologico innovativo, apparso come nuovo oggetto di studio, sviluppo e possibile applicazione in anni recenti. Le WSN sono state rese possibili dallo sviluppo dell'elettronica, che ha prodotto circuiti compatti in grado di rilevare una grandezza fisica (sensori), eseguire su di essa una elaborazione ed effettuare una trasmissione di informazioni [Aky02], e delle telecomunicazioni che hanno reso possibile la trasmissione radio (wireless) anche su dispositivi di piccole dimensioni e di piccola potenza. I nodi di una WSN sono piccoli apparecchi a bassa potenza, multifunzionali e capaci di comunicare tra loro tramite tecnologia wireless a raggio limitato. Un Nodo Sensore è però dotato di una limitata sorgente di energia, quindi di un limitato tempo di vita. Per questo gli sforzi della ricerca si sono concentrati nella ricerca di soluzioni che contenessero il consumo energetico, non solo a livello MAC ma anche a livello di rete e applicazione.
La quasi totalità delle soluzioni proposte però assume che il consumo di potenza della radio sia preponderante rispetto a quello delle altre componenti del nodo. Recentemente l'attenzione dei ricercatori si è rivolta verso possibili applicazioni pratiche delle WSN. Ciò ha messo in evidenza una serie di aspetti trascurati negli studi precedenti:
- il sensore può consumare più energia che la trasmittente [Rag06, Ali07];
- gli algoritmi ed i protocolli finora >>>