11

TUTTO SULLE ANTENNE

In presentazione vi mostriamo i tipi di antenne, il loro funzionamento e le loro In presentazione vi mostriamo i tipi di antenne, il loro funzionamento e le loro caratteristiche.caratteristiche.

•Routing dinamico proattivo (ad hoc + MESH)Routing dinamico proattivo (ad hoc + MESH)

•Configurazione automatica delle frequenze per nodi MESH multi-radioConfigurazione automatica delle frequenze per nodi MESH multi-radio

CARATTERISTICHE E FUNZIONAMENTO DI UN

ANTENNA

33

INTRODUZIONEINTRODUZIONE• Le antenne sono dispositivi in grado di convertire (o, più Le antenne sono dispositivi in grado di convertire (o, più

precisamente, precisamente, trasdurretrasdurre) il ) il campo elettromagneticocampo elettromagnetico che captano che captano in un in un segnale elettricosegnale elettrico, oppure di irradiare, sotto forma di , oppure di irradiare, sotto forma di campo elettromagnetico, il segnale elettrico con il quale campo elettromagnetico, il segnale elettrico con il quale vengono alimentati. Un principio fondamentale vengono alimentati. Un principio fondamentale dell'elettromagnetismo, detto dell'elettromagnetismo, detto principio di reciprocitàprincipio di reciprocità, , garantisce che qualsiasi antenna possa indifferentemente garantisce che qualsiasi antenna possa indifferentemente funzionare sia come antenna trasmittente che come antenna funzionare sia come antenna trasmittente che come antenna ricevente.ricevente.

• Anche se in via teorica qualunque oggetto elettricamente Anche se in via teorica qualunque oggetto elettricamente conduttoreconduttore si comporta da antenna, il fenomeno di trasduzione si comporta da antenna, il fenomeno di trasduzione proprio dell'antenna è rilevante solo per forme e dimensioni proprio dell'antenna è rilevante solo per forme e dimensioni dell'oggetto ben precise: le caratteristiche geometriche di dell'oggetto ben precise: le caratteristiche geometriche di un'antenna ne definiscono caratteristiche e prestazioni. un'antenna ne definiscono caratteristiche e prestazioni. Questo dà conto della varietà di dispositivi che la tecnologia Questo dà conto della varietà di dispositivi che la tecnologia realizza: così un'antenna omnidirezionale per realizza: così un'antenna omnidirezionale per onde medieonde medie sarà sarà costruttivamente del tutto differente da un'antenna direttiva costruttivamente del tutto differente da un'antenna direttiva per per microondemicroonde. Il tipo più semplice di antenna è detto . Il tipo più semplice di antenna è detto dipolodipolo: è : è una coppia di fili rettilinei, e la sua forma semplice rende una coppia di fili rettilinei, e la sua forma semplice rende semplice anche la relativa trattazione matematica. Inoltre, semplice anche la relativa trattazione matematica. Inoltre, proprio perché semplice e facile da costruire viene usato proprio perché semplice e facile da costruire viene usato spesso come termine di paragone per tutte le altre antenne.spesso come termine di paragone per tutte le altre antenne.

44

• Caratteristiche delle antenne Caratteristiche delle antenne

• Il Il guadagnoguadagno (amplificazione), l' (amplificazione), l'aperturaapertura e il e il diagramma di diagramma di radiazioneradiazione di una antenna sono strettamente connessi. di una antenna sono strettamente connessi.

• Il Il guadagnoguadagno di una antenna è misurato per confronto tra di una antenna è misurato per confronto tra l'antenna considerata e (idealmente) un'antenna isotropa (cioè l'antenna considerata e (idealmente) un'antenna isotropa (cioè perfettamente omnidirezionale). Nella pratica come antenna di perfettamente omnidirezionale). Nella pratica come antenna di riferimento si usa spesso il dipolo, perché una antenna realmente riferimento si usa spesso il dipolo, perché una antenna realmente isotropa è un'idealizzazione fisicamente impossibile, mentre si isotropa è un'idealizzazione fisicamente impossibile, mentre si dimostra che il dipolo ha un guadagno di 2,15 dimostra che il dipolo ha un guadagno di 2,15 dBdB rispetto ad una rispetto ad una sorgente isotropa ideale. La maggior parte delle antenne reali sorgente isotropa ideale. La maggior parte delle antenne reali irradiano più di un'antenna isotropa in alcune direzioni e meno in irradiano più di un'antenna isotropa in alcune direzioni e meno in altre, permettendo quindi una maggiore intensità di irradiazione (o altre, permettendo quindi una maggiore intensità di irradiazione (o un segnale captato più intenso) in certe particolari direzioni. Il un segnale captato più intenso) in certe particolari direzioni. Il guadagno è quindi dato dalla capacità dell'antenna di concentrare guadagno è quindi dato dalla capacità dell'antenna di concentrare il campo elettromagnetico in una data direzione, ed è solitamente il campo elettromagnetico in una data direzione, ed è solitamente misurato nella direzione in cui l'antenna ha la massima emissione misurato nella direzione in cui l'antenna ha la massima emissione o ricezione, come un numero adimensionale.o ricezione, come un numero adimensionale.

55

L'L'aperturaapertura di un'antenna è l'angolo sotteso alla direzione del di un'antenna è l'angolo sotteso alla direzione del massimo guadagno a -3massimo guadagno a -3dBdB, cioè l'angolo in cui il guadagno si , cioè l'angolo in cui il guadagno si mantiene entro 3dB dal valore massimo; il mantiene entro 3dB dal valore massimo; il diagramma di diagramma di radiazioneradiazione è la rappresentazione tridimensionale del guadagno, è la rappresentazione tridimensionale del guadagno, ma solitamente si preferisce più comodamente considerare i ma solitamente si preferisce più comodamente considerare i diagrammi di sezioni orizzontali e verticali. Antenne ad alto diagrammi di sezioni orizzontali e verticali. Antenne ad alto guadagno solitamente presentano dei lobi laterali. Essi guadagno solitamente presentano dei lobi laterali. Essi rappresentano dei picchi minori del guadagno rispetto al lobo rappresentano dei picchi minori del guadagno rispetto al lobo principale (il "fascio"). Questi lobi laterali limitano la qualità principale (il "fascio"). Questi lobi laterali limitano la qualità dell'antenna se questa è usata in sistemi in cui si deve dell'antenna se questa è usata in sistemi in cui si deve determinare la direzione del segnale, come ad esempio nei determinare la direzione del segnale, come ad esempio nei sistemi sistemi radarradar. Nella figura è rappresentato un diagramma di . Nella figura è rappresentato un diagramma di radiazione a due dimensioni (che potrebbe rappresentare una radiazione a due dimensioni (che potrebbe rappresentare una sezione verticale o una sezione orizzontale dello spettro di sezione verticale o una sezione orizzontale dello spettro di emissione). In rosso è rappresentato il fascio (emissione). In rosso è rappresentato il fascio (main lobemain lobe) e, in ) e, in blu, i lobi laterali (blu, i lobi laterali (side lobeside lobe).).

66

• Resistenza di radiazione Resistenza di radiazione

• Esempio di antenna televisivaEsempio di antenna televisiva

• Di una qualsiasi antenna è possibile calcolare la potenza irradiata Di una qualsiasi antenna è possibile calcolare la potenza irradiata integrando il integrando il vettore di Poyntingvettore di Poynting (densità di potenza elettrica) (densità di potenza elettrica) SS = = ExHExH * * su una superficie chiusa che contiene l'antenna.su una superficie chiusa che contiene l'antenna.

• La resistenza di radiazione (La resistenza di radiazione (RradRrad) è un parametro equivalente tale che, ) è un parametro equivalente tale che, applicando ai morsetti dell'antenna una tensione sinusoidale di valore applicando ai morsetti dell'antenna una tensione sinusoidale di valore efficace V (cioè ), la potenza irradiata risulta:efficace V (cioè ), la potenza irradiata risulta:..È possibile equivalentemente calcolare la potenza dissipata dall'antenna È possibile equivalentemente calcolare la potenza dissipata dall'antenna ((PdissPdiss) come la differenza tra la potenza effettivamente assorbita ai ) come la differenza tra la potenza effettivamente assorbita ai morsetti e la potenza irradiata morsetti e la potenza irradiata PradPrad..Esattamente come è stato fatto precedentemente, è possibile definire Esattamente come è stato fatto precedentemente, è possibile definire una resistenza di perdita tale che:una resistenza di perdita tale che:..Abbiamo ottenuto in questo modo un equivalente circuitale dell'antenna Abbiamo ottenuto in questo modo un equivalente circuitale dell'antenna costituito dalla serie di due resistenze; la potenza dissipata su queste costituito dalla serie di due resistenze; la potenza dissipata su queste resistenze rappresenta quella trasformata nei fenomeni di resistenze rappresenta quella trasformata nei fenomeni di irraggiamento e dissipazione. Nel caso in cui l'antenna non sia risonante irraggiamento e dissipazione. Nel caso in cui l'antenna non sia risonante nell'equivalente andrà aggiunta una reattanza di valore appropriato.nell'equivalente andrà aggiunta una reattanza di valore appropriato.

77

• Impedenza caratteristica Impedenza caratteristica

• L'L'impedenza caratteristicaimpedenza caratteristica di un'antenna (o impedenza in di un'antenna (o impedenza in ingresso all'antenna) è l'ingresso all'antenna) è l'impedenzaimpedenza che un'antenna presenta ai che un'antenna presenta ai suoi terminali. Ogni tipo di antenna ha la sua impedenza suoi terminali. Ogni tipo di antenna ha la sua impedenza caratteristica che è necessario conoscere per poterla adattare caratteristica che è necessario conoscere per poterla adattare alla linea di trasmissione, cioè fare in modo che l'onda che si alla linea di trasmissione, cioè fare in modo che l'onda che si propaga venga completamente trasmessa e non riflessa.propaga venga completamente trasmessa e non riflessa.

• Il coefficiente di riflessione Γ ci dà una misura della quantità di Il coefficiente di riflessione Γ ci dà una misura della quantità di onda che torna verso il generatore. Per linee di trasmissione in onda che torna verso il generatore. Per linee di trasmissione in generale questa quantità è definita nel seguente modo generale questa quantità è definita nel seguente modo (assunto che il verso di propagazione dell'onda sia lungo la (assunto che il verso di propagazione dell'onda sia lungo la coordinata coordinata zz):):

• dove dove VV + ( + (zz) e ) e VV − ( − (zz) rappresentano rispettivamente l'onda di ) rappresentano rispettivamente l'onda di tensione progressiva e regressiva.tensione progressiva e regressiva.

• Se indichiamo con Se indichiamo con ZAZA l'impedenza in ingresso all'antenna e con l'impedenza in ingresso all'antenna e con ZCZC l'impedenza caratteristica della linea possiamo definire il l'impedenza caratteristica della linea possiamo definire il coefficiente di riflessione comecoefficiente di riflessione come

88

• Nel caso in cui l'antenna sia adattata alla linea Γ assume valore Nel caso in cui l'antenna sia adattata alla linea Γ assume valore nullo. In tutti gli altri casi si dice che l'antenna è disadattata. In nullo. In tutti gli altri casi si dice che l'antenna è disadattata. In particolare sono importanti i due valori limite del coefficiente di particolare sono importanti i due valori limite del coefficiente di riflessione:riflessione:

• Γ = 1 indica un circuito aperto (Γ = 1 indica un circuito aperto (ZAZA tendente all'infinito) tendente all'infinito)

• Γ = − 1 indica un corto circuito (Γ = − 1 indica un corto circuito (ZAZA = 0) = 0)

• In maniera del tutto analoga è possibile definire il Rapporto In maniera del tutto analoga è possibile definire il Rapporto d'Onda Stazionaria (ROS) o, in inglese, Voltage Standing Wave d'Onda Stazionaria (ROS) o, in inglese, Voltage Standing Wave Ratio (Ratio (VSWRVSWR). Se assumiamo ). Se assumiamo zz come verso di propagazione come verso di propagazione dell'onda in linea e indichiamo con la tensione dell'onda al dell'onda in linea e indichiamo con la tensione dell'onda al variare della coordinata spazialevariare della coordinata spaziale

• Esplicitando Esplicitando VV((zz) come somma dei fenomeni propagativi ) come somma dei fenomeni propagativi progressivo e regressivo, cioè progressivo e regressivo, cioè VV((zz) = ) = VV + ( + (zz) + ) + VV − ( − (zz))

99

• Per esempio, un dipolo aperto con impedenza pari a 72 Ohm Per esempio, un dipolo aperto con impedenza pari a 72 Ohm su un cavo da 50 Ohm presenta un ROS di 72/50 = 1.44. Lo su un cavo da 50 Ohm presenta un ROS di 72/50 = 1.44. Lo stesso ROS si ottiene collegando allo stesso cavo un'antenna stesso ROS si ottiene collegando allo stesso cavo un'antenna che abbia un'impedenza caratteristica di 34.7 Ohm. Il ROS si che abbia un'impedenza caratteristica di 34.7 Ohm. Il ROS si misura col Rosmetro e non dovrebbe mai superare il valore di misura col Rosmetro e non dovrebbe mai superare il valore di 3 per non generare sul trasmettitore tensioni dannose per la 3 per non generare sul trasmettitore tensioni dannose per la componentistica. Alcune impedenze caratteristiche:componentistica. Alcune impedenze caratteristiche:

• Dipolo aperto 72 Ohm Dipolo aperto 72 Ohm

• Dipolo chiuso 300 Ohm Dipolo chiuso 300 Ohm

• Ground plane (120 gradi)50 Ohm Ground plane (120 gradi)50 Ohm

• Inverted V (60 gradi) 50 Ohm Inverted V (60 gradi) 50 Ohm

• Marconi 1/2 onda (presa calcolata) con discesa ad 1/7 dal Marconi 1/2 onda (presa calcolata) con discesa ad 1/7 dal centro 600 Ohm centro 600 Ohm

1010

• L'impedenza caratteristica di un'antenna si può L'impedenza caratteristica di un'antenna si può agevolmente adattare al cavo mediante l'uso di appositi agevolmente adattare al cavo mediante l'uso di appositi trasformatori di impedenza (Vedi anche trasformatori di impedenza (Vedi anche balunbalun e e accordatori) che possono essere costituiti da tratti di linea accordatori) che possono essere costituiti da tratti di linea risonanti con la frequenza caratteristica dell'antenna o risonanti con la frequenza caratteristica dell'antenna o spostando l'attacco della linea di discesa dal centro spostando l'attacco della linea di discesa dal centro dell'antenna stessa. In fondo, anche un'antenna risonante dell'antenna stessa. In fondo, anche un'antenna risonante non è altro che un trasformatore d'impedenza che adatta non è altro che un trasformatore d'impedenza che adatta l'impedenza di uscita di un trasmettitore o di un ricevitore l'impedenza di uscita di un trasmettitore o di un ricevitore (molto spesso 50 ohm) con quella dello spazio (tipica 377 (molto spesso 50 ohm) con quella dello spazio (tipica 377 ohm)ohm)

1111

Antenne lineariAntenne lineari Dipolo elettricoDipolo elettrico È costituita da due spezzoni di cavo elettrico, la È costituita da due spezzoni di cavo elettrico, la cui lunghezza è ¼ d'onda ciascuna. La lunghezza totale del cui lunghezza è ¼ d'onda ciascuna. La lunghezza totale del dipolo è quindi di ½ onda. Nel caso dei 10 m la lunghezza teorica dipolo è quindi di ½ onda. Nel caso dei 10 m la lunghezza teorica del dipolo è di 5 m. Date le lunghezze di questi tipi di antenna, i del dipolo è di 5 m. Date le lunghezze di questi tipi di antenna, i dipoli sono normalmente disposti orizzontalmente al terreno o a dipoli sono normalmente disposti orizzontalmente al terreno o a formare una V invertita con un angolo di circa 60°, in formare una V invertita con un angolo di circa 60°, in quest'ultimo caso il dipolo presenta un'impedenza di circa 50 quest'ultimo caso il dipolo presenta un'impedenza di circa 50 ohm (adatta ad un tipico cavo coassiale) e una maggiore ohm (adatta ad un tipico cavo coassiale) e una maggiore omnidirezionalità rispetto al dipolo steso in orizzontale che omnidirezionalità rispetto al dipolo steso in orizzontale che irradia principalmente in sole 2 direzioni.irradia principalmente in sole 2 direzioni.Dipolo a ¼ d'onda o antenna Marconi (verticale) Dipolo a ¼ d'onda o antenna Marconi (verticale) L'antenna verticale è composta da un solo elemento, verticale, la L'antenna verticale è composta da un solo elemento, verticale, la cui cui lunghezza d'ondalunghezza d'onda è ¼ d'onda. L'antenna verticale a è ¼ d'onda. L'antenna verticale a differenza del dipolo ha bisogno di un piano di terra, cioè di un differenza del dipolo ha bisogno di un piano di terra, cioè di un "piano" riflettente, in modo da risultare per il trasmettitore o per "piano" riflettente, in modo da risultare per il trasmettitore o per il ricevitore come un elemento doppio. La sua impedenza il ricevitore come un elemento doppio. La sua impedenza caratteristica varia da 37 ohm per i piani di terra a 90 gradi caratteristica varia da 37 ohm per i piani di terra a 90 gradi rispetto all'elemento radiante a 72 ohm se l'angolo fosse 180 rispetto all'elemento radiante a 72 ohm se l'angolo fosse 180 gradi. Normalmente si inclinano i piani di terra di circa 120 gradi gradi. Normalmente si inclinano i piani di terra di circa 120 gradi rispetto all'elemento radiante per avere un'impedenza rispetto all'elemento radiante per avere un'impedenza caratteristica di 50 ohm, adatta per connettere l'antenna ai cavi caratteristica di 50 ohm, adatta per connettere l'antenna ai cavi coassiali normalmente in uso.coassiali normalmente in uso.

1212

Spira elettrica (dipolo magnetico) Spira elettrica (dipolo magnetico) Le antenne cosiddette LOOP MAGNETICO sono costituite da un Le antenne cosiddette LOOP MAGNETICO sono costituite da un cerchio con una apertura (in genere nella parte alta) nella quale è cerchio con una apertura (in genere nella parte alta) nella quale è inserito un condensatore variabile il quale provvede a sintonizzare inserito un condensatore variabile il quale provvede a sintonizzare l'antenna alla frequenza di utilizzo. Per comodità di comprensione l'antenna alla frequenza di utilizzo. Per comodità di comprensione potremmo paragonare la loop magnetica ad un dipolo ripiegato in potremmo paragonare la loop magnetica ad un dipolo ripiegato in cerchio ove le due estremità anziché finire libere in aria finiscono cerchio ove le due estremità anziché finire libere in aria finiscono ai capi del condensatore variabile. Queste antenne sono ai capi del condensatore variabile. Queste antenne sono caratterizzate da un basso rumore e da una marcata direttività che caratterizzate da un basso rumore e da una marcata direttività che si esprime nella direzione del cerchio e non perpendicolare ad si esprime nella direzione del cerchio e non perpendicolare ad esso, come invece avviene nel dipolo. In pratica si tratta di un esso, come invece avviene nel dipolo. In pratica si tratta di un circuito risonante a induttanza (il cerchio) e capacità (il circuito risonante a induttanza (il cerchio) e capacità (il condensatore) particolarmente curato per presentare il più elevato condensatore) particolarmente curato per presentare il più elevato fattore di merito possibile. Questo fa si che il rendimento di tale fattore di merito possibile. Questo fa si che il rendimento di tale antenna sia prossimo a quello del dipolo ma mantenendo antenna sia prossimo a quello del dipolo ma mantenendo dimensioni oltremodo ridotte. Si pensi ad un dipolo che risuoni dimensioni oltremodo ridotte. Si pensi ad un dipolo che risuoni sugli 80 metri di lunghezza d'onda il quale è lungo circa 40 metri sugli 80 metri di lunghezza d'onda il quale è lungo circa 40 metri (metà onda) ebbene ha circa lo stesso guadagno di una loop (metà onda) ebbene ha circa lo stesso guadagno di una loop magnetica di soli 3 o 4 metri di diametro. Particolare da rilevare è magnetica di soli 3 o 4 metri di diametro. Particolare da rilevare è che ai capi del condensatore variabile, a causa dell'elevato fattore che ai capi del condensatore variabile, a causa dell'elevato fattore di merito, si generano tensioni elevatissime sull'ordine di migliaia di merito, si generano tensioni elevatissime sull'ordine di migliaia di volt. Per tale motivo in genere vengono usati condensatori sotto di volt. Per tale motivo in genere vengono usati condensatori sotto vuoto i quali meglio sopportano elevate tensioni senza generare vuoto i quali meglio sopportano elevate tensioni senza generare scariche elettriche tra le lamine dovute appunto alla ionizzazione scariche elettriche tra le lamine dovute appunto alla ionizzazione dell'aria interposta tra le stesse. dell'aria interposta tra le stesse.

1313

Essendo sotto vuoto non avvengono quelle dannose scintille Essendo sotto vuoto non avvengono quelle dannose scintille tra le lamine del condensatore. Ovviamente tale tra le lamine del condensatore. Ovviamente tale condensatore deve essere motorizzato con meccanismi a condensatore deve essere motorizzato con meccanismi a moto ridotto e comandabili a distanza per poter di volta in moto ridotto e comandabili a distanza per poter di volta in volta far risuonare l'antenna alla frequenza di utilizzovolta far risuonare l'antenna alla frequenza di utilizzo..

1414

A10. Content-based A10. Content-based routing in scenari routing in scenari altamente dinamicialtamente dinamici• Obiettivo:Obiettivo:

• realizzare algoritmi di content-based routing efficente per reti realizzare algoritmi di content-based routing efficente per reti wireless ad-hoc e WSNwireless ad-hoc e WSN

• Publish/subscribe:Publish/subscribe:– Nodi si sottoscrivono a informazioni o le pubblicanoNodi si sottoscrivono a informazioni o le pubblicano– Il MW si occupa dell’istradamento dei messaggiIl MW si occupa dell’istradamento dei messaggi– Ideale per allarmi e notifica di eventi in generaleIdeale per allarmi e notifica di eventi in generale– Ricerca ancora embrionale in situazioni di dinamicità della topologia: Ricerca ancora embrionale in situazioni di dinamicità della topologia:

mobilità fisica, nodi/link che si inseriscono/sganciano(churn)mobilità fisica, nodi/link che si inseriscono/sganciano(churn)

• Query/advertise:Query/advertise:– Nodi notificano il possesso di risorse o le cercanoNodi notificano il possesso di risorse o le cercano– Il MW si occupa di instradare le ricerche verso i soliIl MW si occupa di instradare le ricerche verso i soli

nodi potenzialmente interessatinodi potenzialmente interessati•Il MW instrada anche le risposteIl MW instrada anche le risposte

– Ideale per knowledge discoveryIdeale per knowledge discovery– Stessa situazione precedente in presenza di scenari altamente Stessa situazione precedente in presenza di scenari altamente

dinamicidinamici

• Content-based routing: Un modello di routing unificato per MW Content-based routing: Un modello di routing unificato per MW p/s e q/ap/s e q/a

1515

A10. Content-based A10. Content-based routing in scenari routing in scenari altamente dinamici: altamente dinamici: punto di partenzapunto di partenza

Algoritmi di riconfigurazione di una rete di Algoritmi di riconfigurazione di una rete di broker p/s in presenza di variazioni nella broker p/s in presenza di variazioni nella connettivitàconnettività

– Pensati per il caso più comune diPensati per il caso più comune ditopologia aciclica della rete di brokertopologia aciclica della rete di broker

– Diversi a seconda se scenari wiredDiversi a seconda se scenari wiredo wirelesso wireless

REDS: Un middleware publish/subscribe REDS: Un middleware publish/subscribe modularemodulare

– Supporto alla riconfigurazione della Supporto alla riconfigurazione della rete di broker in presenza di variazioni rete di broker in presenza di variazioni della topologia di rete...della topologia di rete...

– ...per scenari wired (reti p2p) o wireless ...per scenari wired (reti p2p) o wireless (MANET)(MANET)

– Gestione integrata delle risposteGestione integrata delle risposte

1616

A10. Content-based A10. Content-based routing in scenari routing in scenari altamente dinamici: altamente dinamici: prossimi 6 mesiprossimi 6 mesi

• Studio di algoritmi di routing p/s per reti a meshStudio di algoritmi di routing p/s per reti a mesh

• Sviluppo di un algoritmo di content-based routing Sviluppo di un algoritmo di content-based routing per WSNper WSN– Abbandonando l’ipotesi di base di topologia aciclicaAbbandonando l’ipotesi di base di topologia aciclica

• Generalizzazione di REDS quale infrastruttura per Generalizzazione di REDS quale infrastruttura per content-based routing realizzato in softwarecontent-based routing realizzato in software– Su overlay...Su overlay...– ...ma anche sfruttando direttamente i servizi di livello 2...ma anche sfruttando direttamente i servizi di livello 2

1717

A10. Energy harvesting e A10. Energy harvesting e stima dell’energia stima dell’energia residuaresidua

Obiettivo: sfruttare nuove fonti di energia perObiettivo: sfruttare nuove fonti di energia per

• Prolungare la vita utile dei dispositiviProlungare la vita utile dei dispositivi

• Avere maggiori funzionalitàAvere maggiori funzionalità– distanza di comunicazione distanza di comunicazione

– computazione computazione

– sensori onboardsensori onboard

mW10CPU

mW30Ricez.radio

mW70Trasmiss. radio

mW10Sensore (MEMS) più catena di acquisizione

Consumo medio nodi (es. MicaZ)

• Densità di potenza Densità di potenza Densità di energiaDensità di energia• Batterie (zinc-air) Batterie (zinc-air) 1000-1500 mWh/cm1000-1500 mWh/cm33

• Batterie ricaricabili al litioBatterie ricaricabili al litio 300 mWh/cm300 mWh/cm33

• Solare (esterni) Solare (esterni) 15 mW/cm15 mW/cm22 (direct sun) (direct sun)• 0.15 mW/cm0.15 mW/cm22 (cloudy day) (cloudy day)• Solare (interni) Solare (interni) 6 µW/cm6 µW/cm22 (office desk) (office desk)• 0.6 mW/cm0.6 mW/cm22 (60 W desk lamp) (60 W desk lamp)• Vibrazioni negli edificiVibrazioni negli edifici 0.01 – 0.1 mW/cm0.01 – 0.1 mW/cm33

• Rumore acusticoRumore acustico 3 nW/cm3 nW/cm22 at 75 Db at 75 Db• 1 µW/cm1 µW/cm22 at 100 Db at 100 Db

• Sistemi passivi alimentati Sistemi passivi alimentati • dall’uomo (sottoscarpa) dall’uomo (sottoscarpa) 2 mW2 mW

1818

A10. Adattatività del A10. Adattatività del punto ottimale di punto ottimale di lavoro: stato dell’artelavoro: stato dell’arte

•MPPT: PoliMi: Si estrae potenza da 1mW a 250mW

MPPT: sistemi che consentono a una cella solare di lavorare in condizioni ottimali a fronte di situazioni non stazionarie del processo di trasduzione, e trasferire l’energia generata in sistemi di accumulo

1919

A10. Attività di ricerca A10. Attività di ricerca prossimi 6 mesiprossimi 6 mesi• Analisi sperimentale effetti di invecchiamento batterie

(fenomeni di carica/ricarica)

• Modifiche HW da apportare al MPPT per supportare i supercondensatori

• Integrazione supercondensatori e test elettronica

• Realizzazione driver per la valutazione dell’energia residua nei supercondensatori

2020

A10. Data fusionA10. Data fusionObiettivoObiettivo

ridurre il consumo energetico associato alla trasmissione delle informazioni ridurre il consumo energetico associato alla trasmissione delle informazioni attraverso meccanismi di attraverso meccanismi di

– Fusione delle caratteristiche (e.g., tecniche di computational intelligence)Fusione delle caratteristiche (e.g., tecniche di computational intelligence)

– Compressione (lossless e lossy)Compressione (lossless e lossy)

– Gestione adattativa del campionamento dei datiGestione adattativa del campionamento dei dati

Attivita’ di ricerca prossimi 6 mesiAttivita’ di ricerca prossimi 6 mesi

– Studio di meccanismi per una gestione adattativa del campionamento dei Studio di meccanismi per una gestione adattativa del campionamento dei segnalisegnali

– Studio algoritmi per compressione losslessStudio algoritmi per compressione lossless

2121

Domande?Domande?