Introduzione
Le reti di sensori (Sensor Networks) costituiscono un’importante area di ricerca di questi ultimi anni. Grazie alle loro caratteristiche, prime fra tutte le piccole dimensioni e la comunicazione via radio, vengono ampliate le possibilità offerte rispetto alle reti tradizionali, che devono invece tener conto dei limiti imposti dalle connessioni via cavo. Si sono aperti di conseguenza nuovi scenari e nuove necessità, ai quali è corrisposto un sempre maggiore sforzo nello sviluppo di nuove architetture hardware e software. La capacità di questo tipo di rete si è ampliata in termini di numero, configurabilità e mobilità.
Scopo del lavoro di tesi è la progettazione, di un protocollo denominato “SMART” per la comunicazione fra elementi fissi disposti in un punto ben preciso dell’ambiente e sink mobili (o Data-Mules Mobile Ubiquitous LAN Extensions). Il sink mobile si muove inviando periodicamente in broadcasting un beacon e il nodo fisso alterna periodi di sleep in cui la radio è spenta a periodi di active in cui ascolta il canale. Appena rileva il beacon esegue calcoli considerando la quantità di dati presenti nel buffer, la velocità del mule, la packet-loss del canale per stimare il momento ottimale per trasmettere i dati, in termini di tempo effettivo di trasmissione.
Nella realizzazione di questo protocollo è preso in considerazione un eventuale pacchetto di acknologement inviato dal mule.
In tutte le scelte progettuali lo scopo principale è stato quello di cercare di spostare tutto il carico di lavoro sugli elementi mobili, visto che questi non hanno problemi di energia, preservando il più possibile la potenza dei nodi fissi.
I risultati raggiunti dal protocollo SMART sono stati confrontati con quelli ottenuti da un altro protocollo implementato denominato NAIVE, col quale il nodo fisso non effettua nessuna stima dell’istante ottimale per iniziare a trasmettere ma inizia non appena avverte il segnale di beacon.
La tesi è strutturata come segue:
nel primo capitolo si introducono gli aspetti fondamentali che caratterizzano le reti di sensori, i fattori che influenzano la progettazione di una wireless sensor network e alcuni esempi di mobilità.
nel secondo capitolo è illustrato lo scenario operativo preso in considerazione ed in particolare sono introdotte le varie fasi del protocollo: start-up, discovery e comunication phase.
Il terzo capitolo mostra per prima cosa l’ambiente di simulazione TOSSIM e gli script realizzati per l’automatizzazione delle operazioni di simulazione. Successivamente è illustrato come le procedure progettate sono state effettivamente implementate utilizzando il sistema operativo TinyOS, evidenziando il funzionamento di ogni singolo modulo software realizzato.
Nel quarto capitolo vengono mostrati i risultati ottenuti dalle simulazioni del protocollo di data gathering, sottolineando le differenze di prestazioni fra l’algoritmo smart e quello naive ed evidenziando come cambia il comportamento del sistema al variare della velocità del mule della distanza del nodo fisso dal path del mule e della finestra di trasmissione.
