Comunicare con le infrastrutture

Ing. Maurizio Del Corso

Torino - 16 Ottobre 2009

(m.delcorso@inware.it)

Networkiong: topologie di rete

Analisi delle reti mesh

Implementazione di una rete mesh: Zigbee?

Case history: applicazione al trasporto pubblico

Caratteristiche:

• Necessita di un concentratore

• rete paritetica

• gestione delle collisioni

Concentratore

Nodo2Nodo1

Nodo3

Rete a stella

Caratteristiche:

• la comunicazione avviene tra master ed uno slave

• Due slave non possono comunicare tra di loro

• gestione delle priorità

Master

Slave2Slave1

Slave3

Rete master/slave

Caratteristiche:

• la comunicazione può avvenire tra due qualsiasi nodi

• autoconfigurazione della rete

• auto-riparazione della rete

• protocollo di comunicazione complesso

Nodo4

(coordinatore)

Nodo2

(router)

Nodo1

(router)

Nodo3

(router)

Rete mesh

Nodo5

(endpoint)

Nodo6

(endpoint)

End Device (RFD or FFD)

Router (FFD)

Coordinator (FFD)

Mesh Link

▫ La parte radio dei coordinatori e dei routers deve essere sempre attiva▫ Esiste sempre un percorso possibile tra sorgente e destinatario

Rete mesh

Rete mesh

Rete mesh

Rete mesh

Rete mesh

ZigBee Features

▫ Rete ad-hoc con capacità di auto-composizione e auto-riparazioneMeshPossibilità di inviare messaggi broadcastNessun controllo ricezione del messaggio

▫ Tipologie di dispositiviCoordinatori, Router, Endpoint

▫ SicurezzaAES-128 a chiave simmetricaAuthenticazione ed Encryption a livello network e applicazione.Key Hierarchy: Master Keys (optional), Network Keys and Link Keys (optional)

▫ SvantaggioFrequenza operativa (2.4GHz)

Factor433 MHz 868 MHz 2.4 GHz

Loss Attenuation Loss Attenuation Loss Attenuation

Open office 0 % 0 dB 0 % 0 dB 0 % 0 dB

Window < 5 % < 1 dB 15 % 1 – 2 dB 30 % 3 dB

Thin wall (plastic) 25 % 3 dB 35 % 3 – 4 dB 50 % 5 – 8 dB

Medium wall (wood) 40 % 4 – 6 dB 50 % 5 – 8 dB 70 % 10 – 12 dB

Thick wall (concrete) 50 % 5 – 8 dB 60 % 9 – 11 dB 85 % 15 – 20 dB

Armored wall (reinforced concrete)

70 % 10 – 12 dB 80 % 12 – 15 dB 90 % 20 – 25 dB

Floor or ceiling 50 % 5 – 8 dB 60 % 9 – 11 dB 85 % 15 – 20 dB

Armored floor or ceiling 70 % 10 – 12 dB 80 % 12 – 15 dB 90 % 20 – 25 dB

Rain and/or Fog 90 % 20 – 25 dB 95 % 25 – 30 dB ?? ??

Che cosa è una rete wireless mesh?Un insieme di moduli radio che costituiscono i nodi di una rete in cui ciascun nodo può essere un trasmettitore, un ricevitore o semplicemetne un contenitore di un messaggio.

Vantaggi

• Ogni nodo può comunicare con qualsiasi altro nodo.

• Range di comunicazione esteso (ogni nodo può funzionare come ripetitore)

• Alta affidabilità (un mittente ed un destinatario possono scambiare dati usando molteplici percorsi possibili)

Limiti

• E’ necessario un protocollo di gestione della rete che può aumentare i tempi di latenza

•Il coordinatore è l’unico gestore della rete, quindi deve essere sempre funzionante.

In sintesi:

• Una rete wireless mesh consente di realizzare applicazioni fino ad ora impossibili da realizzare.

• Non è adatta a tutte le applicazioni specialmente nel caso in cui velocità e tempi di risposta sono fattori critici.

Tipi di nodi:

Coordinatorel’unico master della rete. Il coordinatore gestisce l’architettura della rete e l’allocazione degli slots di trasmissione

RouterUn modulo che può accettare e gestire nodi figli (può considerarsi un bridge). Può essere associato ad un coordinatore o ad un altro router

Endpointè il nodo terminale dell’albero e può essere associato ad un router o al coordinatore. Non supporta nodi figli.

Caratteristiche:

• Frequenza operativa: 868MHz

• può gestire reti fino a 239 nodi

• protocollo snello

• I nodi possono operare simultaneamente in diverse reti

Installazione semplice:

auto-associazione dei nodi

• Il coordinatore invia il segnale di “discovery” che viene replicato dai router

• Questi segnali consentono di mantenere la sincronizzazione attraverso l’intera rete.

• Un nuovo dispositivo che deve unirsi alla rete ascolterà questi segnali e sceglierà il nodo migliore per il link.

• Questa modalità di funzionamento limita i consumi

Funzionalità auto-repair

Quando un perscorso viene interrotto la rete prova a creare un percorso alternativo per i nodi rimasti orfani ricostruendo associazioni con altri nodi ove possibile.

Regole di routing

Ciascun modulo ha un unico identificatrore assegnato in fase di installazione.

FF

Coordinator

I messaggi vengono instradati nella rete non necessariamente coinvolgendo il coordinatore.

R1

R2

E1

E2

E3

E4

E5

R3

R4E6

E7

E8

E9

In uno stesso istante possono avvenire comunicazioni purchè coinvolgano distinte zone della rete.

Hardware

• formato SIMcard

• MCU PIC16LF88, 16F886, 24FJ32

• fino a 6 I/O (max 3 analogici)

• Sensore di temperatura onboard

• Comunicazione SPI

• Sistema operativo precaricato

• Programmazione in C mediante primitive di sistema

1000m

Control CenterHigh Rise

Building

200m 500m