Reti di Comunicazione per l'Automazione e Applicazioni Industriali
Reti Wireless Affidabili e Deterministiche
Oltre a fornire ai progettisti un grado di flessibilità ineguagliabile, l’eliminazione dei collegamenti fisici nei sistemi di controllo/rilevamento distribuiti, ottenuta connettendo i dispositivi tramite reti non cablate, appare indispensabile ogni qualvolta l’utilizzo dei cavi è impossibile, problematico o semplicemente limitante.
Per garantire i livelli di affidabilità e determinismo richiesti dalle applicazioni industriali, nonostante l’imprevedibilità del comportamento delle reti wireless, è però necessario ricorrere a tecniche specifiche quali, ad esempio, la ridondanza di canale, il frequency hopping, l’accesso coordinato/schedulato al supporto e la sincronizzazione temporale, senza considerare l’adozione di algoritmi intelligenti. Frequentemente è anche richiesto un ridotto consumo energetico.
Le attività di ricerca svolte in questo contesto sono orientate allo studio e valutazione di tecnologie emergenti, analizzando le loro caratteristiche/limiti e proponendo possibili miglioramenti. Attualmente, l'attenzione dei ricercatori è maggiormente concentrata sulle soluzioni che operano in bande senza licenza quali IEEE 802.11 (Wi-Fi) e 802.15.4 (in particolare, TSCH), in quanto esse non impongono agli utenti costi di sottoscrizione.
Industrial Internet of Things (IIoT)
La quarta rivoluzione industriale (Industry 4.0) prevede l'integrazione e l'interoperabilità delle tecnologie operative e dell'informazione sia nei sistemi sia nelle applicazioni. A tal fine, l’Internet delle cose industriale (IIoT) definisce una nuova architettura distribuita per scenari industriali, che può essere considerata la logica evoluzione della tradizionale piramide di automazione.
Secondo il paradigma IIoT, che si basa sui più recenti progressi dell'ICT, tutte le interazioni tra i possibili attori avvengono tramite l’Internet Protocol (IPv4 e IPv6) e la relativa suite di protocolli di livello superiore e servizi di rete. Oltre alla comunicazione ed al middleware, le tecnologie abilitanti per l'IIoT includono Cloud ed Edge Computing, Big Data, Cyber-Physical Systems (CPS) e Machine Learning (ML).
Le attività di ricerca svolte in questo contesto sono orientate allo studio ed alla sperimentazione di una serie di soluzioni in parte già note, come OPC UA, MQTT, database non relazionali, ma anche di strumenti di programmazione ed ambienti di sviluppo integrati specificamente concepiti per l'automazione che sono analizzati dal punto di vista sia qualitativo (funzionale) sia quantitativo (prestazionale).
Reti in Tempo Reale Cablate
Quando occorre soddisfare vincoli di massima affidabilità e tempo reale stringente, come accade nella maggior parte delle applicazioni di controllo per scenari industriali, sistemi embedded e automobilistici, le reti di tipo cablato sono la soluzione più praticabile. L’adozione di comunicazioni completamente digitali, iniziata negli anni '80 con i bus di campo e proseguita negli anni 2000 con le proposte Industrial Ethernet, sta vivendo una nuova fase evolutiva con l'obiettivo di ottenere la convergenza tra le diverse tecnologie.
In tale ambito l’approccio time-sensitive networking (TSN), che incorpora funzioni per la sincronizzazione temporale, lo stream reservation e la replica dei frame nelle specifiche di Ethernet, è senza dubbio il tentativo di standardizzazione più promettente. Interessante è anche la definizione di un'estensione del protocollo Controller Area Network (CAN), denominata CAN XL, per consentire il tunneling trasparente di messaggi Ethernet.
Le attività di ricerca svolte in questo contesto si basano sulla vasta conoscenza che i ricercatori del gruppo CE&N hanno acquisito negli ultimi decenni e prevedono anche la partecipazione a importanti organismi di standardizzazione internazionali come CAN in Automation (CiA) e IEEE.
