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Industrial Wireless Sensor Networks - Simulation and measurement in an interfering environment
Full text linkRecently the research community is considering with a growing interest the adoption of IWSNs in application contexts such as real-time (industrial) communications and distributed measurement systems.
These types of applications typically impose very tight equirements to the underlying communication systems and, moreover, they might have to cope with the intrinsic unreliability of wireless networks.
It is hence needed an accurate characterization of these networks' behavior, from a metrological point of view. Suitable measurement systems have to be realized, and experiments performed aimed at evaluating some of the most appropriate performance indicators.
Unfortunately, despite the appealing opportunities provided by IWSNs, their adoption is just at its beginning.
It is clear that a comprehensive experimental analysis of their behavior would improve theoretical analysis, simulations and design of the network, since the consequent increased accuracy of models could reduce the source of difference between real and expected behaviors.
With the work presented in this thesis the author would provide some original contribution in the field of measurements on real-time wireless networks adopted for industrial communications and distributed measurement systems.
In this context, one of the most relevant aspect to be considered is represented, as described in the literature, by interference that possibly arises from "intentional" communications taking place in external systems.
In order to address such an issue, some simulation techniques have been considered.
As a result, they lead to the development of a network simulator software tool that enabled a cross-layer analysis of interference.
This activity stimulated an in-depth study of the IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11 communication protocols. Particularly, medium access techniques have been analyzed in the perspective of IWSN applications. On this basis new and effective methods for increasing the network reliability have been proposed, along with fair packet retransmission scheduling methods. Moreover, new rate adaptation algorithms for wireless networks specifically designed for real-time communication purposes, exploiting the high robustness of low transmission rates have been proposed.
Finally, since the reliability of a network strongly depends on the real behavior of the employed devices, an experimental approach for the measurement of the devices characteristics is presented, with the aim of providing suitable models and methods for designers.La comunità scientifica, recentemente, sta considerando con sempre maggiore interesse l'adozione di reti di sensori wireless in contesti come le comunicazioni real-time (industriali) e i sistemi di misura distribuiti.
Queste applicazioni richiedono tipicamente, al sistema di comunicazione, di soddisfare requisiti molto stringenti, considerando anche l'intrinseca inaffidabilità del canale radio.
Risulta quindi necessaria un'accurata caratterizzazione, in termini metrologici, del comportamento di questa tipologia di reti, tramite sistemi di misura adatti alla valutazione dei più appropriati indici di prestazioni.
Sfortunatemente, infatti, l'impiego di questi sistemi è ancora agli inizi, nonostante le interessanti prospettive applicative fornite dalle reti wireless real-time. Appare quindi chiaro come un'accurata caratterizzazione sperimentale del loro comportamento reale migliorerebbe sensibilmente l'efficacia delle analisi teoriche, delle simulazioni e di conseguenza del progetto della rete, risultando incrementata l'accuratezza dei modelli teorici e limitate le sorgenti di deviazione tra i risultati attesi e quelli sperimentali.
Con il lavoro presentato in questa tesi, l'autore intende fornire contributi originali nel campo delle misure sulle reti wireless real-time adottate per comunicazioni industriali e sistemi di misura distribuiti.
In questo contesto, uno dei principali aspetti da considerare, come si evince dalla letteratura, è dato dall'interferenza dovuta a comunicazioni "intenzionali" da parte di sistemi esterni. Per affrontare quest'analisi si sono inizialmente valutate alcune tecniche di simulazione. Questo ha portato allo sviluppo di un software di simulazione per reti di comunicazione specificamente progettato per l'analisi cross-layer dei fenomeni d'interferenza.
Quest'attività ha stimolato uno studio approfondito dei protocolli di comunicazione IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11. Nell'ottica del loro impiego per reti wireless real-time, particolare enfasi è stata rivolta alle tecniche di accesso al mezzo specificate nei citati standard.
Sulla base di quest'analisi, sono stati proposti alcuni metodi originali per incrementare l'affidabilità di questi sistemi, considerando ad esempio nuove politiche di ritrasmissione per reti basate su polling ciclico.
Inoltre sono stati proposti nuovi algoritmi per l'adattamento automatico del rate di trasmissione per reti IEEE 802.11, progettati per l'impiego specifico in un contesto di reti real-time.
Infine, considerando che l'affidabilità di una rete in questo contesto dipende strettamente dal comportamento fisico dei componenti impiegati, viene proposto un approccio sperimentale per la misura e caratterizzazione dei ritardi introdotti dai dispositivi di rete, allo scopo di fornire metodi e modelli adeguati in un contesto di progettazione di rete
Coesistenza tra reti wireless per l'automazione: simulazioni di interferenza per l'analisi delle prestazioni
No full textIn questa memoria sono analizzate alcune tecniche di simulazione volte a valutare il grado di coesistenza tra reti wireless per l'automazione ed il funzionamento delle stesse in presenza di interferenza. Sono inoltre analizzate e proposte alcune soluzioni di ottimizzazione di modelli a livello fisico e di accesso al mezzo. Sono infine descritti alcuni risultati sperimentali di validazione delle soluzioni considerate
Banco di prova efficace ed economico per la valutazione in pre-compliance di emissioni irradiate nella banda 2-8 GHz
No full textCon il presente lavoro si intende presentare un sistema
per effettuare misure di emissione irradiata
ad alta frequenza (banda 2 – 8 GHz) in precompliance,
ovvero senza le restrizioni normative
sul sito di prova. Questo sistema presenta delle
caratteristiche molto interessanti di ripetibilità della
misura. Lo scopo del sistema
proposto è di permettere al progettista che abbia
già individuato le criticità del proprio circuito in
termini di emissioni irradiate, di effettuare in modo
rapido ed economico delle misure di emissione
per valutare l’efficacia delle soluzioni adottate per
la riduzione dei disturbi
Un simulatore per reti wireless di sensori
No full textsi descrivono sinteticamente le caratteristiche fondamentali di un simulatore, realizzato in ambiente Omnet++, che prevede la possibilità di analizzare il comportamento simultaneo di più reti wireless valutando fenomeni d’interferenza e propagazione nel canale di trasmissione.
Il simulatore permette anche di analizzare correttamente alcuni effetti notevoli introdotti da dispositivi reali comunemente impiegati nell’infrastruttura di rete, come ad esempio i ritardi di elaborazione e quelli dovuti al comportamento fisico di dispositivi elettronici
Metodo di taratura per induttori planari su PCB
No full textI circuiti per applicazioni a radiofrequenza sono spesso realizzati tramite una fase di produzione durante la quale vengono finemente accordati valori di componenti discreti. Tale pratica ha degli svantaggi
considerevoli dovuti all’impiego di manodopera qualificata che incrementa notevolmente i costi di produzione. In talune situazioni, poi, risulta semplicemente inaccettabile ricorrere a operazioni manuali
a garanzia delle prestazioni dichiarate dei dispositivi in forma duratura e affidabile. Tra i vari componenti coinvolti in tale procedura gli induttori assumono un ruolo di primo piano. Per tale motivo la comunita` tecnica e scientifica e alla ricerca di soluzioni a basso costo di produzione che permettano di superare gli inconvenienti evidenziati. In questo contesto gli induttori planari su Printed Circuit Board (PCB) costituiscono un caso di studio notevole, a causa del loro crescente impiego nelle applicazioni
per telecomunicazioni e nella compatibilita` elettromagnetica, in particolare per la realizzazione di filtri.
I modelli della letteratura sono allo stato attuale non sono specificamente pensati per induttori su PCB, ed inoltre non sono note tecniche che permettano di l’accordo degli stessi in fase di produzione. Invece
sono disponibili parecchi risultati teorici nel caso di realizzazione su circuito integrato. Nel lavoro di ricerca brevemente riassunto in questa memoria, si sono analizzati i modelli disponibili per tecnologie
integrate, verificandone il grado di applicabilita` al caso della realizzazione su PCB, confrontando le varie proposte e evidenziando per ciascuna di esse i limiti di impiego. Si e inoltre messa a punto una
tecnica originale che permette di regolare finemente il valore dell’induttanza in fase di produzione e con costi estremamente contenuti. La tecnica proposta e stata validata sperimentalmente su prototipi verificandone anche la ripetibilita`
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