Il livello Radio Duty Cycling (RDC) si occupa di ottimizzare la gestione della radio per conseguire l’ottimizzazione delle risorse energetiche, è necessario per l’alimentazione a batteria dei nodi della rete. La gestione dell’alimentazione è determinante per i nodi sensori wireless per ottenere un elevato tempo di vita della rete. Per raggiungere questo obiettivo il solo hardware radio a basso consumo energetico non è sufficiente. Esistono transceiver radio a bassa po- tenza ma il loro impatto risulta comunque troppo elevato per garantire lunghi tempi di vita dei nodi. Ad esempio, il ricetrasmettitore Spirit1, prodotto dalla
2.2 Radio Duty Cycling STMicroelectronics, e venduto come dispositivo low energy richiede circa 60 milliwatt di potenza solo quando si è in ascolto per il traffico radio. Il suo consumo di energia durante la trasmissione dei dati via radio è leggermente superiore. Con un assorbimento di potenza di 60 milliwatt un nodo sensore esaurirebbe le batterie nel giro di pochi giorni.
Per ottenere una lunga durata delle risorse energetiche, il ricetrasmettitore radio deve restare spento quanto più tempo possibile. Ma di contro quando la radio è spenta, il nodo non è in grado di inviare o ricevere messaggi. Ecco che si rende indispensabile una gestione tale da permettere ai nodi di ricevere e trasmettere messaggi, che però mantenga il transceiver spento fra ricezione e trasmissione ottimizzandone l’utilizzo.
Lo scopo di un protocollo di duty cycling è proprio quello di conseguire il risparmio energetico mantenendo la radio spenta e fornendo abbastanza punti d’incontro per due nodi cosí da consentire la comunicazione tra di loro. Ci sono diversi modi di fornire punti di incontro in un protocollo RDC. Se i nodi sono tempo-sincronizzati, il protocollo può impostare e mantenere un programma di quando questi possono comunicare. Il protocollo dovrebbe accendere la radio in un tempo noto e permettere ai vicini di trasmettere i pacchetti in questo dato momento. Senza la sincronizzazione dell’ora programmata, i nodi devono utilizzare altri mezzi per fornire punti di incontro. Nella comunità dei ricercatori che lavorano nell’ambito delle reti di sensori, i protocolli RDC sono spesso chiamati protocolli MAC perché è proprio a questo livello che sono implementati i meccanismi di controllo dell’energia consumata dal transceiver. Nel nostro caso si è diviso il livello MAC da quello di gestione del consumo della radio e si è trasferito in un proprio livello, chiamato proprio RDC.
2.2.1 Ascolto del canale a basso consumo
Il mantenimento della radio in ascolto a bassa potenza è una tecnica fonda- mentale dei protocolli RDC in cui i ricevitori eseguono una periodica interroga- zione del mezzo fisico per rilevare eventuali attività. Se c’è traffico nel canale, la radio viene mantenuta in ascolto per un tempo più lungo in modo tale da permettere l’invio e la ricezione dei pacchetti dati del nodo che deve inviarne. Prima di inviare un dato, il mittente invia un numero di pacchetti di segnala- zione (Strobe) con l’intento di notificare al ricevitore che un nodo è in possesso di informazioni da inviare. Dato che tutti i vicini, periodicamente, effettuano il campionamento del mezzo radio, questi intercetteranno i pacchetti di Strobe e potranno così mantenere la loro radio accesa in attesa del pacchetto dati. Il periodo di strobe è definito come il più lungo periodo di sonno dei vicini in modo che questi possano essere svegliati dai pacchetti di segnalazione.
Ci sono diverse varianti di ascolto a basso consumo. Alcune non inviano pac- chetti di segnalazione per svegliare i loro vicini, ma inviano un tono di sveglia di lunghezza definita tale da poter essere intercettato dagli altri nodi. Questo tono serve allo stesso scopo dei pacchetti di strobe, ma non può contenere al- cuna informazione. Il grosso limite di tale tecnica è quello di non consentire l’inserimento dell’indirizzo del ricevitore come avviene per i pacchetti di se- gnalazione. In questo modo i vicini possono decidere rapidamente se rimanere svegli in attesa del pacchetto dati, laddove l’indirizzo indichi che tale dato è diretto al nodo stesso, oppure tornare con la radio spenta.
B-MAC [10] è un primo esempio di un protocollo di ascolto a basso consumo. B-MAC, che è stato inizialmente sviluppato per ricetrasmettitori radio che non implementavano automaticamente la pacchettizazione dei byte in uscita e non utilizzavano i pacchetti di strobe, ma un tono di sveglia fra un invio ed il successivo.
WiseMAC [11] è simile a B-MAC, ma ottimizza ulteriormente la trasmissione consentendo a tutti i nodi di registrare il periodo di campionamento della radio dei loro vicini. Quando si invia un pacchetto a un dato vicino, il mittente attende che il vicino sia noto prima di testare il mezzo radio per poi inviare il suo tono di sveglia. Così facendo il tono di sveglia verrà inviata poco prima che il ricevitore si svegli, risparmiando ulteriormente energia.
X-MAC [12] è stato il primo protocollo di ascolto a basso consumo che è stato sviluppato per una radio che implementa la pacchettizzazione dei byte in invio, e il primo protocollo ad utilizzare lo strobe al posto di un tono di sveglia. In X-MAC, i pacchetti di segnalazione contengono l’indirizzo del destinatario cosicché gli altri vicini possano astenersi dal mantenere la loro radio accesa quando captano la segnalazione per un altro nodo. Inoltre, X-MAC ottimizza ulteriormente il meccanismo aggiungendo un pacchetto strobe di riconoscimen- to. Questo pacchetto viene inviato da un ricevitore in risposta ad uno strobe e contiene il suo indirizzo. Il mittente, dopo aver catturato il pacchetto di strobe, invia subito il proprio pacchetto dati.
2.2.2 Segnalazione a basso consumo
Il sondaggio del canale a bassa potenza è un metodo di sincronizzazione delle trasmissioni che inverte i ruoli rispetto all’ascolto a basso consumo. Invece di avere ricevitori che campionano periodicamente il mezzo radio, i ricevitori trasmettono periodicamente un segnale di test nel mezzo radio. Per inviare un pacchetto, il mittente accende la sua radio e ascolta se vi è o meno la presenza di un pacchetto di test dal vicino che deve ricevere il pacchetto di dati. Quando il pacchetto di presenza arriva, il mittente invia immediatamente il suo pacchetto di dati. Il ricevitore, che mantiene la sua radio accesa per un breve periodo
2.3 Il livello di adattamento 6LowPAN