Piattaforme e sistemi

 

Reti di sensori

In relazione diretta con le cosiddette Wireless Sensor Networks (WSN) di cui esistono numerosi esempi e installazioni sia in contesto di ricerca sia in contesto industriale e istituzionale, le reti di sensori vanno intese più ampiamente come punti di misura di grandezze e fenomeni - singoli o multipli - tra di loro interconnessi e facenti capo ad una struttura di raccolta, elaborazione e condivisione di informazioni in tempo reale, differito o in serie storica. Le connessioni possono essere sia wireless, sia cablate o più frequentemente un ibridazione tra le due tipologie.
Le applicazioni di queste architetture di sensori vanno dal monitoraggio dell'inquinamento ai sistemi di allarme sia in contesti outdoor sia in ambienti chiusi o spazi circoscritti. Le caratteristiche dei luoghi da monitorare influiscono sensibilmente sia sul tipo di sensoristica da integrare sia sulle tipologie di sistemi di trasmissione dati.

Favoriti dall’innovazione nel settore della connettività wireless, sono comparsi recentemente sul mercato dei nuovi dispositivi hardware che, grazie alle ridotte dimensioni e i bassi consumi, consentono la realizzazione di particolari reti di sensori wireless correntemente indicate con l’acronimo WSN. La caratteristica principale di queste reti è data dal fatto di essere costituita da nodi che integrano le funzioni di misura con quelle di calcolo e comunicazione pur mantenendo dimensioni e consumi ridottissimi. Questi nodi vengono chiamati motes.

Dato lo sviluppo tecnologico in questo settore, Unisky sta sviluppando uno specifico settore di ricerca e sviluppo di sistemi di monitoraggio diffuso basato su componentistica Low-Cost.

Caratteristiche principali

L’architettura di base delle Wireless Sensor Networks ha l’interessantissima caratteristica di essere autoadattiva in quanto la geometria dei collegamenti non viene stabilita a priori ma si genera automaticamente in base alla dislocazione dei nodi nello spazio. Si vengono di fatto a creare dei cluster nei quali un nodo funge da centralizzatore per tutti gli altri grazie al fatto che su ogni dispositivo è in funzione un vero e proprio sistema operativo leggero sul quale possono essere mandate in esecuzione applicazioni diverse, an-che in multitasking. Il software embedded può anche occuparsi di pretrattare i dati misurati dal sensore prima di inviarli al nodo che si occupa della trasmissione.
I vantaggi delle WSN sono molteplici. Esse possono essere realizzate ad hoc in modo flessibile e possono connettersi e cooperare con altre reti esistenti; la topologia dinamica svincola da una progettazione rigida predeterminata e permette anche di impiegare i nodi in mobilità. Il sistema operativo consente inoltre di aggiornare il software da remoto senza accedere fisicamente al dispositivo e di ottimizzare la trasmissione e i consumi in ragione dei dati acquisiti e delle specifiche di pre-elaborazione. 
I protocolli di comunicazione utilizzabili dai motes sono quelli normalmente impiegati in altri settori come il Wi-Fi, ZigBee, UMTS-3G e altri; la gamma dei protocolli tecnologici di comunicazione è infatti piuttosto ampia e offre buona flessibilità nella progettazione di sistemi basati sulla combinazione di più segmenti interconnessi tra loro con modalità di trasmissione diverse.
Recentemente la miniaturizzazione dei ricevitori GPS ha consentito di dotare i motes del sistema di posizionamento grazie anche allo sviluppo di particolari antenne multi-banda. I nodi possono essere alimentati da tradizionali batterie in formato mignon che permettono un’autonomia che può raggiungere molti mesi, il che rende le WSN particolarmente interessanti per applicazioni outdoor.

In presenza di aree infrastrutturale ed ridotte esigenze di capillarità delle misure può essere scelta un’architettura differente basata sull'impiego di box multi-sensore in numero sensibilmente inferiore a quello necessario per una WSN.
L’architettura a box multisensore, a differenza della WSN, si basa su un minor numero di nodi ma di consistenza maggiore. Una Smart Box può contenere fino a 8-16 sensori diversi collegati ad una unità di calcolo basata su sistemi operativi embedded in tutto e per tutto analoga ad un normale computer. Un box multi-sensore può utilizzare tutti i protocolli di trasmissione già descritti e ha normalmente necessità di un’alimentazione relativamente consistente avendo consumi comunque bassi ma autonomia nell’ordine delle ore o qualche giorno. Diversi box possono essere assemblati in base a precise esigenze utilizzando componentistica appositamente progettata e commercializzata come ad esempio quella fornita da Phidgets.

Tecnologie correlate

Unisky svolge ricerca e sviluppo di reti di misura in real-time basate sull'integrazione di sensori atmosferici,  acustici, sonar, meccanici e posizionamento GPS in progetti afferenti alle tematiche del monitoraggio ambientale e del rischio idrogeologico. L'impiego di queste tecnologie di acquisizione è inoltre generalmente associato a strumenti di gestione, elaborazione e condivisione come geodatabase, GIS, server di mappe e piattaforme per l'erogazione di geoweb services.

Progetti in cui sono stati utilizzati reti di sensori

 

Progetti:

Idee progettuali:

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