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Progetto e valutazione di algoritmi per la raccolta dati affidabili su reti di sensori senza cavo dall’utilizzo di pile elettrochimiche, il cui sviluppo tecnologico non ha visto notevoli incrementi nell’ultimo ventennio; ecco perchè la progettazione delle reti di sensori è centrata sul risparmio energetico. Fonti di energia alternative sono argomento di ricerca ma, come riportato in Tab. 1.1, al momento non sono ancora in grado di rimpiazzare l’alimentazione a batterie; l’unica strategia applicabile per ora è lo spegnimento selettivo dei nodi per la maggior parte del tempo, in modo da ridurre il consumo di potenza medio. Promettente è la combinazione data da energia solare ed elettrochimica, in cui l’energia elettrica prodotta dalle celle fotovoltaiche esposte alla luce del sole, va a ricaricare una batteria tampone che il nodo utilizza in assenza di luce. 1.5 PARAMETRI DI PROGETTO Le WSN sono state concepite al fine di rilevare delle informazioni dall’ambiente circostante e di inviarle presso un centro specializzato che elabori queste informazioni. Le reti di sensori wireless possono essere dislocate anche in ambienti particolarmente ostili o comunque in ambienti in Sorgente di energia Trasduttore Potenza Svantaggi Conversione diretta da camminata Piezoelettrico 5W Elevato rumore E.M. ed elevato ingombro Utilizzabile solo durante Solare Cella fotovoltaica 20mW le ore del giorno e abbastanza costosa Campo magnetico Induttore 1.5 mW Scarsa potenza erogabile Vibrazioni Bobina mobile 400 mW Necessità di vibrazioni per essere attivato Vibrazioni ad alta frequenza MEMS e bobina mobile 100 mW Necessità di vibrazioni per essere attivato Campo a radio frequenza Antenna 5 mW - Scarsa potenza erogabile Tabella 4-1: Fonti energetiche alternative 11
Progetto e valutazione di algoritmi per la raccolta dati affidabili su reti di sensori senza cavo cui un intervento di manutenzione da parte dell’uomo potrebbe risultare impossibile (si pensi ad esempio ad una dislocazione di nodi in un bosco attraverso l’ausilio di un aereo). Questo primo esempio ci fa già comprendere come le caratteristiche di una rete di sensori siano strettamente legate al reale impiego che se ne deve fare, infatti ogni specifica applicazione richiede che la WSN abbia delle proprietà particolari; questo naturalmente limita fortemente la portabilità e riusabilità delle rete in contesti differenti (al contrario delle tradizionali reti ad-hoc) e si paga anche in termini di complessità di progettazione e tempi di sviluppo. Gli aspetti da considerare sono molteplici [3], di seguito si prenderanno in considerazione i principali parametri da tenere in considerazione nella fase di progettazione di una Wireless Sensor Network. 1.5.1 Consumo energetico La vita di un sensore è legata principalmente alla durata della batteria. Inoltre, la riserva di energia posseduta da un sensore risulta essere estremamente ridotta, e molto spesso difficile da rifornire. Ciò implica l’introduzione di appositi meccanismi che preservino la durata delle batterie, se possibile, fino ad alcuni anni, massimizzando l’invio delle informazioni dall’ambiente in cui si è scelto di installare la WSN. In questa logica lo scopo principale da perseguire, che del resto è una vera e propria sfida tecnologica per questi sistemi, è la riduzione del consumo di potenza. La richiesta di potenza va quindi minimizzata ad ogni livello di sviluppo, sia a livello hardware che software al fine di ottenere le prestazioni energetiche desiderate. Il consumo energetico può essere suddiviso in due punti fondamentali: comunicazione ed elaborazione dati in tempo reale. • COMUNICAZIONE: Un sensore spende la maggior parte dell’energia nelle fasi di comunicazione, che comprendono sia la trasmissione che la ricezione dei 12
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