Sia che si tratti della superficie di una strada di città per rilevare la presenza di parcheggi liberi o di siti industriali pericolosi, la domanda di informazioni provenienti dai sensori non è mai stata così elevata come nell'era dell'Internet of Things. Ormai nelle nuove applicazioni i sensori vengono collocati in luoghi che sono sempre stati considerati impraticabili. Per poter essere posizionato ovunque sia necessario raccogliere dati, il sensore deve essere veramente wireless, adatto sia per la comunicazione sia per l'alimentazione. Dato che i sensori devono avere un collocamento ottimale ai fini della raccolta dati, ma non necessariamente ai fini delle comunicazioni RF, è necessario che i dispositivi siano in grado di comunicare in modo affidabile e sicuro affinché le reti di sensori wireless si diffondano sempre più e vengano utilizzate ovunque.
Le reti mesh di sensori wireless embedded SmartMesh comprese nella linea di prodotti di Dust Networks, azienda parte del gruppo Linear Technology, sono utilizzate con successo in alcuni degli ambienti RF più difficili, inclusi stabilimenti industriali, centri di elaborazione dati, applicazioni per il parcheggio intelligente, automotrici e industria mineraria. Basate sull'Ltc5800, un system-on-chip a basso consumo di Linear Technology, conforme allo standard 802.15.4, le SmartMesh sono sistemi embedded dotati di hardware e software di networking, in grado di garantire bassi consumi e un'affidabilità maggiore del 99,999%.
Sincronizzazione e basso consumo
Le reti SmartMesh comunicano usando un livello di collegamento Tsch (Time Synchronized Channel Hopping), una tecnica che è stata lanciata da Dust Networks e costituisce la base degli standard relativi alle reti mesh wireless, tra cui il WirelessHart (Iec 62591) e l'Ieee 802.15.4e. In una rete Tsch tutti i mote sono sincronizzati nel giro di pochi microsecondi, consentendo ai nodi di entrare nella modalità sleep a bassissima corrente tra una comunicazione programmata e l'altra, con un duty cycle inferiore all'1%. In una rete mesh SmartMesh, i nodi wireless, anche quelli di routing, consumano mediamente meno di 50μA e possono funzionare per diversi anni con un paio di batterie AA al litio o con energia recuperata.
Diversità di percorso e frequenza
La sincronizzazione consente il 'channel hopping' (salto di canale) su ogni coppia trasmettitore/ricevitore (diversità di frequenza). In una rete SmartMesh ogni scambio di pacchetti effettua un salto di canale per evitare le inevitabili interferenze RF, così più trasmissioni possono aver luogo contemporaneamente, aumentando la larghezza di banda complessiva della rete. Ogni dispositivo dispone di percorsi ridondanti per evitare interruzioni della comunicazione dovute a interferenze, ostruzione fisica o multipath fading. Se la trasmissione di un pacchetto fallisce su un percorso, uno dei mote riprova automaticamente sul primo percorso disponibile e su un canale RF diverso.
Soluzione mesh sicura
Le reti SmartMesh possiedono diversi livelli di sicurezza* per soddisfare le esigenze in termini di riservatezza (mediante la cifratura), integrità (di un messaggio) e autenticità (verificare che il messaggio proviene dal mittente specificato). Al livello di collegamento i pacchetti vengono autenticati a ogni salto mediante il Message Integrity Check (Mic) che si basa su una chiave run-time e un contatore a tempo. In questo modo i messaggi vengono trasmessi solo dai mote che sono stati sincronizzati e ammessi nella rete dal manager. Inoltre, i pacchetti sono autenticati e criptati end-to-end usando chiavi di sessioni run-time e un contatore condiviso. Così solo il destinatario capisce il messaggio (riservatezza dei dati) e risponde, inoltre si evitano danneggiamenti ai dati o attacchi di tipo 'man-in-the-middle' (sicurezza dei dati). Inoltre, la crittografia Aes a 128 bit dei prodotti SmartMesh è certificata secondo il Nist Advanced Encryption Standard, Fips-197. Le chiavi di cifratura vengono generate mediante un vero generatore di numeri casuali basati sul rumore termico, secondo misurazioni nel front-end RF Ltc5800 con antenna scollegata. Questo funge da sorgente di entropia per seminare un generatore di numeri casuali.
*Funzioni di sicurezza di una rete SmartMesh:
Autenticazione del dispositivo (sceglie fra tre livelli di autenticazione crescenti con uso delle Acl, Access Control List);
Crittografia (la crittografia basata su Aes a 128 bit con chiavi multiple garantisce la riservatezza e la segretezza dei dati);
Generatore di numeri casuali basati sul rumore termico (usa il rumore termico misurato nell'Ltc5800 come sorgente di entropia);
Message Integrity Check (i dati trasmessi vengono protetti con appositi codici di autenticazione per escludere qualsiasi falsificazione);
Cambio chiavi sincronizzato (l'intera rete può essere programmata in modo da passare automaticamente a un'altra chiave di cifratura);
Rotazione chiavi personalizzata (il cliente decide la frequenza con la quale la rete deve cambiare le chiavi, bilanciando una maggiore sicurezza con un traffico di rete aggiuntivo).
A cura di Ross Yu, Product Marketing Manager, Dust Networks Product Group, Linear Technology
