Protocollo di discovery

Come introdotto nel precedente paragrafo, la topologia di rete scelta è quella di una WSN sparsa, dove si ricorda che i sensori non possono comunicare direttamente ma è necessaria la presenza di un elemento mobile che visiti i dispositivi per raccogliere i dati da loro campionati e inviarli al sistema di back-end.

Il protocollo di Discovery prevede che la radio del sensore rimanga spen- ta per la maggior parte del tempo e venga accesa soltanto quando si verica il passaggio di un ME nelle vicinanze, in modo che possa avvenire lo scambio di dati tra i due nodi.

Figura 3.4: Fasi di attività di un nodo sensore secondo il protocollo di discovery

Tuttavia, poiché la mobilità del ME si assume non deterministica, il pro- tocollo stabilisce che l'elemento mobile trasmetta periodicamente dei mes- saggi, beacon, per avvisare i dispositivi nei paraggi della propria presenza, e che i sensori attivino la radio per periodi brevi ma tali da consentire la corretta ricezione di tale messaggio in modo da dare inizio così all'invio dei dati.

Si denisce Duty Cycle il rapporto tra il periodo in cui la radio del sensore è accesa (TON) e il periodo totale (TOF F+TON) (gura 3.5). A duty

cycle più bassi corrispondono TON più piccoli, per cui un ridotto consumo

energetico, ma anche una minore probabilità di rilevare il contatto: bisogna per cui regolare in modo appropriato il tempo d'accensione TON e l'intervallo

con cui il beacon viene inviato TB(beacon period) per non compromettere le

Figura 3.5: Parametri della fase di discovery

tale da garantire una corretta ricezione dell'intero beacon anche nel caso peggiore, per questo motivo

TON >= TB+ TD (3.1)

dove TD è la durata di un beacon.

Si denisce area di contatto l'area all'interno della quale due sensori pos- sono comunicare, cioè lo spazio in cui l'uno si trova nel raggio di comunica- zione dell'altro. Le dimensioni del raggio di comunicazione sono determinate dal livello di potenza con cui vengono eettuate le trasmissioni.

Figura 3.6: Scenario di riferimento

Il tempo che intercorre tra l'ingresso e l'uscita del ME nell'area di contatto di un sensore prende il nome di Nominal Contact Time: durante questo periodo

di tempo, i due nodi sono ipoteticamente in grado di comunicare. Tuttavia, poiché il sensore opera in duty cycle, non è detto che sia in grado di rilevare immediatamente il passaggio del ME, per cui parte del tempo di contatto viene speso per eettuare il discovery. Il tempo eettivamente disponibile per la comunicazione prende il nome di Residual Contact Time. In gura 3.6 si può osservare una schematizzazione di quanto esposto n'ora. Nel seguito verranno descritti due possibili protocolli di discovery, il protocollo Single Beacon e il Dual Beacon.

Il protocollo Single Beacon (SB) è un protocollo di discovery tradi- zionale che prevede che l'elemento mobile invii periodicamente un beacon per annunciare la propria presenza utilizzando lo stesso livello di potenza utilizzato dal nodo sensore per il trasferimento dei dati, quindi il sensore è in grado di rilevarne il passaggio soltanto nel momento in cui il ME è entra- to nella sua area di contatto. Durante la fase di discovery il nodo sensore utilizza un duty cycle sso.

La fase di trasferimento dati inizia immediatamente dopo la ricezione di un beacon. Durante la comunicazione, il duty cycle è ovviamente pari a 1 (radio sempre accesa). Se per un certo periodo di tempo non vengono più ricevuti beacon da parte del ME, si assume che esso sia uscito dall'area di contatto e si ritorna ad eseguire la fase di discovery in duty cycle.

Nel protocollo Dual Beacon Discovery (2BD) il ME alterna periodi- camente l'invio di due diversi tipi di beacon: un LRB (Long Range Beacon), che viene inviato ad una potenza maggiore di quella utilizzata dal nodo sen- sore per la trasmissione, per cui può essere ricevuto anche al di fuori della sua area di contatto e serve ad avvisare i sensori dell'avvicinamento dell'e- lemento mobile, ed un SRB (Short Range Beacon), del tutto simile al beacon utilizzato nel protocollo SB, che serve quindi a noticare l'ingresso del ME nell'area di contatto del nodo che lo riceve.

Il sensore utilizza due diversi duty cycle: normalmente si trova in Low Duty Cycle, ma al momento della ricezione di un LRB, poiché ipotizza che un ME si stia avvicinando, commuta ad un High Duty Cycle, aumentando il periodo di accensione della radio in modo da incrementare la probabilità di ricevere un SRB e rilevare così tempestivamente l'ingresso del ME nell'area di contatto, con un conseguente aumento del tempo residuo disponibile per la comunicazione.

ma non un SRB (se ad esempio il ME si sta allontanando o segue un percorso che non attraversa l'area di contatto del sensore): tale timer viene settato alla ricezione dell'LRB, momento in cui il nodo sensore passa da un Low DC ad un High DC, e allo scadere riporta l'attività del sensore in Low DC. Nel caso in cui venga ricevuto un SRB senza aver ricevuto un LRB, il sensore passa immediatamente dal Low DC a DC=1 ed inizia il trasferimento dei dati.

In gura 3.7 è mostrato un esempio che rappresenta la fase di discovery prima con il protocollo SB e poi con il 2BD.

(a) Discovery SB

(b) Discovery 2BD

Figura 3.7: Esempio esecuzione fase di discovery, in alto con il protocollo SB, in basso con il 2BD

Per una trattazione più approfondita della fase di discovery e un confronto tra le prestazioni dei due protocolli, si rimanda a [10].

In questo lavoro si è scelto di utilizzare per la fase di discovery il protocollo Single Beacon perché più semplice e dalle prestazioni soddisfacenti per gli

scopi dell'applicazione, come è emerso dalle prove eettuate. È comunque possibile modicare questa decisione e implementare il 2BD, per un'eventuale valutazione di come la scelta del protocollo utilizzato in fase di discovery possa inuenzare il trasferimento dei dati.