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Reti wireless di sensori: un'API Java per la comunicazione seriale di Windows x86 con TinyOS Mica2

Le reti wireless di sensori hanno avuto un grande impulso in questi ultimi anni e verranno introdotte in molti contesti fino a divenire parte integrante della vita quotidiana delle persone.
Una rete di sensori acquisendo, elaborando, organizzando e instradando le diverse grandezze fisiche monitorate (ad esempio la temperatura, la luminosità, il rumore, l'intensità dei campi magnetici, l'umidità ed altro ancora), può controllare l'ambiente in cui è inserita.
Sullo scenario internazionale sta guadagnando popolarità il sistema operativo TinyOS, progettato da U. C. Berkeley, che nasce per far parte della tecnologia "smart dust", "polvere intelligente" e che attualmente viene adottato da numerosi modelli di mote (i nodi delle reti di sensori), tra cui il Mica2 di Crossbow, utilizzato in questo lavoro nel ruolo di nodo sink.
Nelle reti wireless di sensori il nodo sink raccoglie tutte le misurazioni provenienti dai vari nodi che compongono la rete e inoltra i pacchetti ricevuti ad un PC. In questa tesi è stata progettata un'Application Programming Interface (Interfaccia di Programmazione di un'Applicazione, un insieme di procedure raggruppate a formare un set di strumenti specifici per un determinato compito) chiamata robotica-tos_serial_comm, che semplifica la scrittura di applicazioni Java in grado di permettere ad un PC Windows x86 di scambiare pacchetti di TinyOS con un nodo sink TinyOS Mica2 di una rete di sensori, utilizzando come mezzo trasmissivo un cavo seriale RS-232.
Per la ricezione e la trasmissione di byte attraverso la porta seriale viene sfruttata la libreria Java RXTX 2.1 . Il protocollo seriale di comunicazione, condiviso dall'API robotica-tos_serial_comm e da TinyOS, che regolamenta la trasmissione dei frame dei pacchetti, è un PPP-HDLC-like (Point-to-Point Protocol Highlevel Data Link Control-like) che rispetta lo standard RFC1662.
L'API può essere usata principalmente per scrivere due tipi di applicazioni:
- applicazioni che leggano i pacchetti che giungono al nodo sink, per poi memorizzarli, elaborarli, etc.;
- applicazioni che possano generare pacchetti da inviare alla rete attraverso il nodo sink, ad esempio per inviare alla rete delle interrogazioni.

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Introduzione «Le tecnologie più importanti sono quelle che scompaiono. Si intrecciano con la vita di tutti i giorni fino a divenire indistinguibili da essa» sosteneva Mark Weiser del Palo Alto Research Center, pioniere dell'ubiquitous computing [1]. Si consideri la scrittura. Ha dato all'uomo la possibilità di memorizzare informazioni in modo permanente, di comunicale senza che queste si volatilizzino, di tramandarle. Ma non si pensi solo ai libri o alle riviste. Si pensi anche ai manifesti, alle etichette dei prodotti di consumo, alle insegne degli esercizi commerciali, alla segnaletica stradale ed anche ai graffiti. Ci si guardi attorno: si vedranno decine e decine di scritte sparse nell'intorno. Quest'antica tecnologia dell'informazione è parte integrante dell'ambiente che ci circonda e delle nostre vite. Si pensi ora al computer. Ha da poco compiuto 25 anni il Commodore 64 che resta, secondo il Guinnes dei primati, il computer più venduto della storia. In totale, ne sono stati venduti oltre 17 milioni di esemplari; record che, con tutta probabilità non verrà mai più superato. La natura degli attuali computer, assemblati diversamente a seconda delle esigenze dell'utente, rende praticamente impossibile ripetere un'impresa simile. Ma, nonostante il fatto che i computer si siano avvicinati sempre di più alle esigenze degli utenti, non si sono ancora integrati nella vita quotidiana della gente comune. Le informazioni restituite dai computer non possono ancora essere assorbite con la stessa spontaneità di quando, per la strada, si legge l'insegna di un negozio. Il filosofo Michael Polanyi definisce la conoscenza che si acquisisce spontaneamente come la dimensione tacita. Secondo il filosofo, la dimensione tacita è frutto di esperienze, di riflessione critica sulle esperienze effettuate, d'intuito, di comprensione della specificità dei contesti. I PC hanno delle dimensioni e un peso che non consentono di trasportarli agevolmente (anche se sono dei laptop), ad esempio con una mano, mentre li utilizziamo e hanno un unico schermo che copre un'area ridotta. Weiser sottolineò il fatto che nessuno si sognerebbe di lavorare su una scrivania delle dimensioni dello schermo di un PC. Secondo il suo parere, sarebbero necessari più schermi leggeri e dotati di CPU, collegati tra di loro attraverso reti wireless, da poter prendere tra le mani e portare in giro come si fa con un quaderno. Inoltre i PC non possono configurarsi autonomamente rispetto all'ambiente e alle situazioni. Un PC spento, ad esempio, potrebbe prepararsi a funzionare quando entriamo nel suo raggio d'azione ed essere pronto a visualizzare la schermata di login appena siamo davanti allo schermo. Riflessioni come queste portarono Weiser all'idea di un mondo in cui il PC sia sostituito da un insieme di mini-computer integrati nell'ambiente e collegati tra loro in rete. Quanti mini-computer nascosti immaginava Weiser in una stanza? Centinaia. Alcuni di questi, alimentati dalla rete elettrica, dovrebbero essere capaci di elaborare una grande quantità di informazioni da instradare agli altri. Altri, leggeri e dotati di pile, dovrebbero poter essere usati e trasportati agevolmente. Altri ancora, dotati di sensori, dovrebbero essere capaci di reagire agli stimoli dell'ambiente in cui si trovano e avviare, cooperando con gli altri nodi della rete, delle procedure. Grazie ai recenti sviluppi nel campo dei dispositivi microelettronici a basso costo, ridotto consumo di energia, piccole dimensioni, in grado di acquisire diverse grandezze fisiche e di comunicare via radio con un gran numero di dispositivi simili tra loro, il sogno di Weiser potrebbe concretizzarsi. Oggi migliaia di nodi wireless dotati di pile e sensori possono monitorare un ambiente per un lungo periodo, consentendo così lo sviluppo di molteplici applicazioni. 8

Tesi di Laurea

Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali

Autore: Mauro Paglietta Contatta »

Composta da 82 pagine.

 

Questa tesi ha raggiunto 755 click dal 31/08/2012.

Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.