Industrial Wireless Sensor Networks - Simulation and measurement in an interfering environment

La comunità scientifica, recentemente, sta considerando con sempre maggiore interesse l'adozione di reti di sensori wireless in contesti come le comunicazioni real-time (industriali) e i sistemi di misura distribuiti. Queste applicazioni richiedono tipicamente, al sistema di comunicazione, di soddisfare requisiti molto stringenti, considerando anche l'intrinseca inaffidabilità del canale radio. Risulta quindi necessaria un'accurata caratterizzazione, in termini metrologici, del comportamento di questa tipologia di reti, tramite sistemi di misura adatti alla valutazione dei più appropriati indici di prestazioni. Sfortunatemente, infatti, l'impiego di questi sistemi è ancora agli inizi, nonostante le interessanti prospettive applicative fornite dalle reti wireless real-time. Appare quindi chiaro come un'accurata caratterizzazione sperimentale del loro comportamento reale migliorerebbe sensibilmente l'efficacia delle analisi teoriche, delle simulazioni e di conseguenza del progetto della rete, risultando incrementata l'accuratezza dei modelli teorici e limitate le sorgenti di deviazione tra i risultati attesi e quelli sperimentali. Con il lavoro presentato in questa tesi, l'autore intende fornire contributi originali nel campo delle misure sulle reti wireless real-time adottate per comunicazioni industriali e sistemi di misura distribuiti. In questo contesto, uno dei principali aspetti da considerare, come si evince dalla letteratura, è dato dall'interferenza dovuta a comunicazioni "intenzionali" da parte di sistemi esterni. Per affrontare quest'analisi si sono inizialmente valutate alcune tecniche di simulazione. Questo ha portato allo sviluppo di un software di simulazione per reti di comunicazione specificamente progettato per l'analisi cross-layer dei fenomeni d'interferenza. Quest'attività ha stimolato uno studio approfondito dei protocolli di comunicazione IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11. Nell'ottica del loro impiego per reti wireless real-time, particolare enfasi è stata rivolta alle tecniche di accesso al mezzo specificate nei citati standard. Sulla base di quest'analisi, sono stati proposti alcuni metodi originali per incrementare l'affidabilità di questi sistemi, considerando ad esempio nuove politiche di ritrasmissione per reti basate su polling ciclico. Inoltre sono stati proposti nuovi algoritmi per l'adattamento automatico del rate di trasmissione per reti IEEE 802.11, progettati per l'impiego specifico in un contesto di reti real-time. Infine, considerando che l'affidabilità di una rete in questo contesto dipende strettamente dal comportamento fisico dei componenti impiegati, viene proposto un approccio sperimentale per la misura e caratterizzazione dei ritardi introdotti dai dispositivi di rete, allo scopo di fornire metodi e modelli adeguati in un contesto di progettazione di rete.