Ormai da qualche anno, l'Internet of Things (IoT) è una realtà in continua evoluzione. La possibilità che le macchine (nodi) possano comunicare tra loro ha aperto la strada ad applicazioni che promettono di avere un profondo impatto sulle nostre vite. Includono l'agricoltura intelligente, domotica e comunicazione tra veicoli.

Uno degli elementi chiave dell'IoT è la comunicazione wireless tra macchine, nota come comunicazione Machine-to-Machine (M2M). A differenza delle reti mobili come il 4G, o reti WiFi, una parte significativa delle comunicazioni M2M è caratterizzata da velocità di trasmissione molto basse, pacchetti di dati molto piccoli e un numero enorme di dispositivi. Queste caratteristiche rappresentano una sfida importante in termini di coordinamento delle reti di telecomunicazioni.

Recenti ricerche presentano efficienti, algoritmi a bassa complessità in modo che l'Internet of Things via satellite sia sempre più accessibile, grazie all'implementazione di avanzati schemi di accesso casuale via satellite. La ricerca si sviluppa in uno studio pubblicato su Giornale internazionale di comunicazioni e reti satellitari , di cui uno dei suoi autori è Giuseppe Cocco, ricercatore presso il Dipartimento di Tecnologie dell'Informazione e della Comunicazione (DTIC) e presso il Centro aerospaziale tedesco (DLR), insieme ai ricercatori dell'Agenzia spaziale europea.

Il numero di sensori collegati allo stesso satellite può essere estremamente elevato

Supponiamo che una coltura abbia un sensore di umidità collegato ad un satellite che trasmette informazioni solo quando l'umidità scende al di sotto di una certa soglia. Il sensore potrebbe non inviare alcuna informazione per molto tempo e quando decide di farlo, la quantità di dati è molto piccola (pochi bit). In questo caso, il volume dei dati di controllo necessari per stabilire una connessione con la rete satellitare può superare la quantità di dati utili (payload) trasmessi dal sensore.

Anche se questo potrebbe non sembrare un problema se si tratta di un singolo sensore, nel caso delle reti satellitari il numero di sensori collegati ad un singolo satellite può essere estremamente elevato. Anche se ogni sensore trasmette una piccola quantità di dati molto occasionalmente, il volume totale del traffico può essere molto grande. Inoltre, rimuovere o ridurre le informazioni di controllo nel traffico M2M potrebbe portare a segnali provenienti da diversi sensori che interferiscono tra loro, che potrebbe causare una perdita di informazioni inviate e, in caso di traffico intenso, anche a un crollo della rete.

In questo contesto si comprende come le informazioni sul controllo del traffico M2M siano un notevole ma necessario spreco di risorse per evitare interferenze, che può portare alla necessità di utilizzare una larghezza di banda più ampia, satelliti più grandi e costosi o più, un maggior costo della comunicazione M2M e un impatto negativo sullo sviluppo dell'IoT.

Risolvere questo problema, negli ultimi anni sono stati sviluppati nuovi sistemi avanzati di accesso casuale multiplo che consentono di limitare notevolmente le informazioni di controllo senza influire sulle prestazioni della rete. Questi sistemi funzionano in modo così controintuitivo, questo è, invece di cercare di evitare interferenze, lo aumentano, lasciare che ogni nodo trasmetta più copie dello stesso messaggio senza sapere se qualcun altro sta trasmettendo contemporaneamente.

"Il trucco sta nel modo in cui il ricevitore sfrutta questa interferenza per pulire il segnale ricevuto, trarne informazioni utili, " spiega Cocco. "Per avere un'idea di come funzionano questi sistemi, puoi pensare a come mangi un carciofo:ogni volta che togli una foglia ne mangi la parte buona, ma si liberano anche le foglie che stanno in basso, quindi c'è almeno una nuova foglia che può essere rimossa ogni volta, " aggiunge il coautore dell'articolo.

Diversi articoli su riviste scientifiche internazionali hanno confermato che l'accesso multiplo casuale basato sulla trasmissione di più copie di ciascun messaggio è molto promettente. Però, questi studi utilizzano semplificazioni (necessarie per lavorare più semplicemente con equazioni e simulazioni) che non consentono di valutare le prestazioni di questi sistemi in un ambiente reale, spiegano gli autori dello studio.

"Il nostro contributo va oltre queste semplificazioni. Abbiamo studiato l'impatto sull'intero sistema di vari elementi presenti nei sistemi reali (come le imperfezioni dell'elettronica a basso costo tipiche di molti nodi IoT) e abbiamo sviluppato algoritmi che aiutano a rafforzare il sistema contro loro. Così, abbiamo fatto uno sforzo particolare per sviluppare algoritmi che siano allo stesso tempo efficienti e di bassa complessità, affinché IoT via satellite sia sempre più efficiente e accessibile a tutti, "conclude Cocco.