Wireless sensor network

Le reti di sensori wireless, wireless sensor network (WSN) sono reti molto dense, cioè costituite da moltissimi nodi (spesso centinaia o migliaia, fino talvolta ai milioni), chiamati sensor nodes, che comunicano mediante una comunicazione wireless multi-hop: ogni nodo rileva e trasmette i propri dati (sensing), ma inoltra anche i dati provenienti da altri nodi (forwarding). Tutti i dati vengono raccolti da un nodo chiamato sink, che li memorizza o li trasmette su una rete “convenzionale” (Internet, satellite, ecc). Le WSN sono una delle tecnologie IoT.

Hardware dei sensori

A livello hardware, un sensor node deve avere costi, dimensioni e peso limitati, ma al tempo stesso integrare tutte le funzionalità necessarie per l’applicazione, ed essere in grado di operare autonomamente, resistendo e adattandosi all’ambiente in cui viene installato. Le caratteristiche esatte dell’hardware dipendono dall’applicazione, ma, in generale, i principali componenti hardware di un sensor node sono:

• la sensing unit, che misura diverse grandezze fisiche, trasformando le misurazioni in valori digitali tramite un apposito convertitore (ADC, Analog-to-Digital Converter)
• la processing unit (CPU e memoria), grazie alla quale il sensor node è dotato di una (piccola) capacità di processamento on-board
• un modulo ricetrasmittente (transceiver) è un’antenna
• la power unit, una batteria (e talvola una sorgente di energia per ricaricarla), che fornisce l’alimentazione necessaria per gli altri componenti. Un sensor node ha solitamente risorse energetiche limitate, anche perchè in molte applicazioni non è possibile nè ricaricare nè sostituire la batteria, quindi la vita del sensore è limitata.

Alcuni sensori hanno poi anche altri componenti, come ad esempio un location finding system (GPS) e un mobilizer, che permette al sensore di spostarsi fisicamente.

L’hardware dei sensori ha avuto nel tempo una notevole evoluzione, caratterizzata da un aumento delle prestazioni e una diminuzione delle dimensioni, grazie in particolare ai progressi nel campo della microelettronica.

Applicazioni

Le wireless sensor network hanno svariate applicazioni, tra cui:

• Applciazioni militari:
  • monitoraggio di forze alleate, equipaggiamento e munizioni
  • rilevamento di forze nemiche
  • targeting
  • valutazione dei danni
  • rilevamento di attacchi nucleari, biologici e chimici
  • rilevamento di mine
  • monitoraggio dei confini nazionali
• Applicazioni ambientali:
  • tracciamento dei movimenti degli animali
  • monitoraggio delle condizioni ambientali che influenzano il raccolto
  • irrigazione
  • monitoraggio della terra ed esplorazione planetaria
  • ricerche meteorologiche o geofisiche
  • rilevamento di incendi boschivi
• Applicazioni per la salute:
  • diagnostica
  • telemonitoraggio di dati umani fisiologici
  • tracciabilità e monitoraggio di medici, pazienti e infermieri all’interno di un ospedale
  • monitoraggio della somministrazione di farmaci
• Smart roads:
  • monitoraggio del traffico e rilevamento di incidenti
  • monitoraggio di parcheggi vuoti tramite comunicazione diretta tra veicoli (car-to-car communication)
  • rilevamento e monitoraggio di furti
  • tracciabilità dei veicoli
• Altre applicazioni:
  • esplorazione spaziale
  • controllo di processi chimici
  • monitoraggio della qualità del prodotto
  • domotica
  • giochi interattivi
  • musei interattivi
  • ecc

Underground wireless sensor network

I nodi di una wireless sensor network possono essere installati sotto terra, e convogliare le informazioni — sempre tramite comunicazione wireless a radiofrequenza — a una sink posizionata sulla superficie. In tal caso, si parla di underground wireless sensor network. Alcune applicazioni di questo tipo di rete sono: