Tecniche consistenti di whitelisting probabilistico in reti TSCH = Consistent techniques for probabilistic whitelisting in TSCH networks

Lo standard Time Slotted Channel Hopping (TSCH) consente ai nodi in una rete mesh di comunicare in maniera in maniera robusta e deterministica, fornendo tecniche atte a mitigare efficacemente gli effetti delle interferenze esterne causate, in particolare, dal traffico generato da reti poste nelle vicinanze e a ridurre drasticamente i consumi energetici, garantendo la possibilità di costruire apposite reti di dispositivi autonomi e alimentati a batteria, dette Wireless Sensor Networks (WSN). L’introduzione della tecnica di channel hopping consente di raggiungere tali risultati: tentativi ripetuti di trasmissione del frame hanno luogo su canali logici, e quindi fisici, differenti. In questo modo, se l’implementazione assicura un’appropriata esplorazione dei canali a disposizione, l’effetto di un’interferenza esterna non si ripercuote sui tentativi di trasmissione successivi. Le tecniche di whitelisting possono essere sfruttate per escludere in modo dinamico i canali peggiori, riducendo le latenze e il numero medio di ritrasmissioni ed aumentando il livello di stabilità della rete. Per assicurare un’efficacia maggiore, le whitelist vengono definite in relazione ai singoli link, piuttosto che a livello globale, e sono associate alle specifiche coppie di nodi. L’informazione contenuta nelle whitelist deve essere scambiata in modo coerente in quanto entrambi i nodi devono concordare sul canale da utilizzare per la comunicazione. In caso contrario, i nodi potrebbero non essere in grado di comunicare e potrebbe verificarsi una disconnessione di una porzione della rete. In questo lavoro di tesi vengono valutati i requisiti di robustezza richiesti dal processo di scambio della whitelist e viene proposto uno specifico protocollo, denominato CONSIP, che fornisce una soluzione ai problemi citati in precedenza. Lo scambio di informazioni relative alla whitelist, infatti, avviene su due canali di comunicazioni distinti e paralleli, resi disponibili rispettivamente tramite l’utilizzo di celle principali e celle di backup che assicurano, al termine della transazione, che l’informazione scambiata sia la stessa sui due end-point. Allo stesso tempo, tuttavia, la ridondanza introdotta dall’utilizzo delle celle di backup provoca un leggero aumento nei consumi energetici misurati sul nodo ricevitore. L’altro contributo offerto da questa tesi è relativo all’implementazione di un algoritmo di whitelisting probabilistico che ha lo scopo di fornire gli strumenti per selezionare in maniera pseudo-randomica i canali su cui trasmettere. La selezione è basata su specifici parametri di qualità dei link misurati su apposite finestre temporali, di lunghezza configurabile. Il protocollo CONSIP e il protocollo di whitelisting probabilistico sono stati verificati formalmente e per mezzo di apposite simulazioni, eseguite utilizzando una versione opportunamente modificata di un simulatore di reti TSCH implementato in Python. Un vasto numero di simulazioni ha permesso di sperimentare l’efficacia e le performance delle tecniche proposte. I parametri utilizzati per le misurazioni sono stati definiti in seguito a modellazioni realistiche dello stato dei canali oppure ricavati da un apposito database costruito a partire dall’analisi del traffico tra due nodi TSCH posizionati in un contesto reale di laboratorio e circondati da sorgenti di interferenze esterne. I risultati delle simulazioni hanno sottolineato un incremento nullo o trascurabile in termini di consumi energetici e latenze.