This thesis focuses on the development of an innovative Wireless Sensor Network for IoT applications. An evaluation of the main communication protocols and an implementation of the network's management system for both local and remote control and monitoring is performed. Specifically, it deals with the two use cases: Wireless Sensor Network (WSN) for lighting system control and low-cost sensor networks for seismic monitoring. A smart lighting system has created capable of remotely and real time control the lighting performance. The main elements of the developed architecture are the control system, the detection system, the management system and the lighting system. The first two elements allow the acquisition of information relating to the level of illumination and the color temperature (CCT) in the analysis site, the management system integrates local and remote monitoring functions of the lighting parameters for control, while the lighting system is composed of LED fixtures. A low-cost sensing unit, composed of MEMS accelerometers, has developed for seismic applications. Through the data collected by this device it is possible to recording earthquakes of several intensity. During the field tests the obtained results show similar performance to the national seismic network of the National Institute of Geophysics and Volcanology (INGV). Given the high accuracy the device can be used to improve current installations and create new network infrastructures of smart systems for seismic and structural monitoring, finalized to collapses prevention in critical structures, such as schools and hospitals, for creating shaking maps and for implementation of Earthquake Early Warning (EEW) system, based on Internet of Things architectures.

La presente tesi si focalizza sullo sviluppo di innovative Wireless Sensor Network con relative applicazioni orientate all’IoT, valutando e analizzando i principali protocolli di comunicazione e implementando sistemi di gestione delle reti sia in locale che da remoto. Nello specifico ci si è concentrati su due use cases: Wireless Sensor Network (WSN) per il controllo di un sistema di illuminazione e reti diffuse di sensori low-cost per il monitoraggio sismico. In relazione al primo ambito si è realizzato un sistema intelligente capace di monitorare da remoto ed in tempo reale i corpi illuminanti. I principali elementi dell'architettura realizzata sono il sistema di controllo dell'impianto di illuminazione, il sistema di rilevamento, il sistema di gestione e il sistema di illuminazione. I primi due elementi consentono l'acquisizione di informazioni relative al livello di illuminamento e alla temperatura colore (CCT) nel sito di analisi, il sistema di gestione integra funzioni di monitoraggio locale e remoto dei parametri illuminotecnici per il controllo, mentre il sistema di illuminazione è composto dai corpi illuminanti. Per quanto riguarda il secondo ambito applicativo si è sviluppata un'unità di sensing low-cost, composta da accelerometri che, attraverso i dati rilevati è in grado di registrare terremoti, rilevando sia eventi di bassa magnitudo che significativi. Dai risultati ottenuti nelle prove effettuate sul campo, il sistema assicura prestazioni analoghe rispetto a quelle della rete sismica nazionale dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). Vista l'ottima precisione ottenuta dall'unità di sensing, il dispositivo può essere utilizzato per incrementare e creare una rete diffusa per il monitoraggio di edifici strategici, come scuole e ospedali, per la realizzazione di mappe di scuotimento e per la creazione di sistemi intelligenti di Earthquake Early Warning (EEW) per l'allerta precoce, basati sulle architetture di Internet of Things.

Sviluppo e implementazione di soluzioni innovative di Wireless Sensor Network per IoT e use cases in ambito Smart Environment

RAGGIUNTO, SARA
2020-03-03

Abstract

La presente tesi si focalizza sullo sviluppo di innovative Wireless Sensor Network con relative applicazioni orientate all’IoT, valutando e analizzando i principali protocolli di comunicazione e implementando sistemi di gestione delle reti sia in locale che da remoto. Nello specifico ci si è concentrati su due use cases: Wireless Sensor Network (WSN) per il controllo di un sistema di illuminazione e reti diffuse di sensori low-cost per il monitoraggio sismico. In relazione al primo ambito si è realizzato un sistema intelligente capace di monitorare da remoto ed in tempo reale i corpi illuminanti. I principali elementi dell'architettura realizzata sono il sistema di controllo dell'impianto di illuminazione, il sistema di rilevamento, il sistema di gestione e il sistema di illuminazione. I primi due elementi consentono l'acquisizione di informazioni relative al livello di illuminamento e alla temperatura colore (CCT) nel sito di analisi, il sistema di gestione integra funzioni di monitoraggio locale e remoto dei parametri illuminotecnici per il controllo, mentre il sistema di illuminazione è composto dai corpi illuminanti. Per quanto riguarda il secondo ambito applicativo si è sviluppata un'unità di sensing low-cost, composta da accelerometri che, attraverso i dati rilevati è in grado di registrare terremoti, rilevando sia eventi di bassa magnitudo che significativi. Dai risultati ottenuti nelle prove effettuate sul campo, il sistema assicura prestazioni analoghe rispetto a quelle della rete sismica nazionale dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). Vista l'ottima precisione ottenuta dall'unità di sensing, il dispositivo può essere utilizzato per incrementare e creare una rete diffusa per il monitoraggio di edifici strategici, come scuole e ospedali, per la realizzazione di mappe di scuotimento e per la creazione di sistemi intelligenti di Earthquake Early Warning (EEW) per l'allerta precoce, basati sulle architetture di Internet of Things.
This thesis focuses on the development of an innovative Wireless Sensor Network for IoT applications. An evaluation of the main communication protocols and an implementation of the network's management system for both local and remote control and monitoring is performed. Specifically, it deals with the two use cases: Wireless Sensor Network (WSN) for lighting system control and low-cost sensor networks for seismic monitoring. A smart lighting system has created capable of remotely and real time control the lighting performance. The main elements of the developed architecture are the control system, the detection system, the management system and the lighting system. The first two elements allow the acquisition of information relating to the level of illumination and the color temperature (CCT) in the analysis site, the management system integrates local and remote monitoring functions of the lighting parameters for control, while the lighting system is composed of LED fixtures. A low-cost sensing unit, composed of MEMS accelerometers, has developed for seismic applications. Through the data collected by this device it is possible to recording earthquakes of several intensity. During the field tests the obtained results show similar performance to the national seismic network of the National Institute of Geophysics and Volcanology (INGV). Given the high accuracy the device can be used to improve current installations and create new network infrastructures of smart systems for seismic and structural monitoring, finalized to collapses prevention in critical structures, such as schools and hospitals, for creating shaking maps and for implementation of Earthquake Early Warning (EEW) system, based on Internet of Things architectures.
Wireless Sensor Network; Internet of Things; Smart Environment
Rete di sensori wireless; Internet of Things; Ambiente intelligente
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