sa sono le reti di sensori wireless (WSN) e i relativi campi di applicazione. Nel

Sommario

Il lavoro svolto nella presente tesi di laurea ha avuto come oggetto lo studio, l’im- plementazione e la valutazione sperimentale di un protocollo volto al controllo dell’accesso al mezzo trasmissivo (protocollo MAC - Medium Access Control) in reti di sensori wireless ad hoc. La caratteristica peculiare del protocollo svilup- pato è l’uso di un meccanismo adattivo che garantisca una buona gestione della latenza e offra una oculata efficienza energetica. Parametro, quest’ultimo, tra i più importanti nella progettazione di software e hardware per reti di sensori wire- less. Infatti, i dispositivi della rete sono comunemente alimentati da batterie con capacità limitata e spesso non vi sono le condizioni per sostituirle. Il protocol- lo implementato, chiamato Adaptive B-MAC+, fornisce, comunque, le classiche funzionalità presenti in tutti i protocolli di questo genere, quali l’effettiva gestione delle collisioni, cura delle operazioni di trasmissione e ricezione delle informazio- ni, minimo overhead, scalabilità, buon utilizzo della banda disponibile e criteri di equità.

Il primo capitolo, d’intoduzione al problema, illustra, nella sua parte iniziale, co-

sa sono le reti di sensori wireless (WSN) e i relativi campi di applicazione. Nel

prosieguo si introducono le principali problematiche cui un protocollo MAC (Me-

dium Access Control) per reti di sensori wireless deve far fronte, dettagliando le

tecniche più note ed in uso per il controllo dell’accesso al mezzo trasmissivo. Si

distinguono due tipologie di approcci: schedule based e contention based; en- trambe derivano da protocolli CSMA ed entrambe realizzano una politica di ”duty cycle” per attenuare il consumo energetico del chip radio. Con riferimento al- lo schedule based sono presentati i protocolli S-MAC e T-MAC, mentre per il contention based i protocolli B-MAC e WISE-MAC.

Il secondo capitolo approfondisce gli aspetti del protocollo per reti di sensori at- tualmente più utilizzato e studiato: il protocollo B-MAC; sottolinea non solo le caratterisctiche che lo hanno portato ad essere così diffuso e apprezzato, ma an- che le lacune e i limiti che presenta. Questi ultimi portano all’introduzione di un protocollo evolutivo: il B-MAC+. Tale protocollo, introducendo una minima complessità, riesce a migliorare notevolmente l’efficienza del B-MAC e mantiene inalterata la sua efficacia. Anche il B-MAC+, però, non è un protocollo adattivo, infatti non risolve i problemi legati alla capacità di variare alcuni parametri in base alle mutabili condizioni della rete.

Nel terzo capitolo viene analizzato analiticamente il consumo energetico di un nodo sensore. Si indicano i componenti del dispositivo che assorbono potenza nel loro funzionamento e si caratterizza, con una equazione, la funzione energetica relativa. Vengono graficamente confrontati i risultati ottenuti con l’utilizzo del protocollo B-MAC e quelli ottenuti con il protocollo B-MAC+. È dimostrato, successivamente, come al variare del traffico della rete alcuni parametri del B- MAC+, che garantiscono un preciso consumo energetico, seguano le variazioni imposte (per esempio il check interval ottimo). Viene quantificato, sotto alcune ipotesi di lavoro, il guadagno di efficienza ottenibile se il protocollo riuscisse ad adattare tali parametri.

Il quarto capitolo illustra la realizzazione e l’implementazione del protocollo

adattivo (Adaptive B-MAC+).

descritta, nello specifico, la piattaforma hard-

ware del nodo Tmote Sky, il mocroprocessore TI MSP430 e il chip radio Chipcon

CC2420. Viene fatta una panoramica sul sistema operativo per reti di sensori Ti-

nyOS e sul linguaggio di programmazione NesC, evidenziando gli strumenti messi

a disposizione dal sistema operativo per lo scambio dei dati e per le comunicazioni

tra i nodi. Si tracciano le specifiche del protocollo Adaptive B-MAC+, i concetti

alla base dello stesso, le considerazioni implementative e di progetto.

Nel quinto capitolo si riportano alcune valutazioni sperimentali eseguite, in di- versi scenari, su nodi reali Tmote Sky . Si evidenziano i benefici ottenuti con il protocollo Adaptive B-MAC+ riferiti all’ andamento del Round Trip Time e del tempo di trasmissione dei pacchetti.

Il sesto ed ultimo capitolo riassume i risultati ottenuti dalle analisi e dalle speri-

mentazioni fatte; sottolinea i vantaggi che il protocollo Adaptive B-MAC+ apporta

alle prestazioni generali della rete, sia dal punto di vista della latenza che dal punto

di vista del risparmio energetico.