REPORT_2: Analisi della Robustezza della Rete

Come richiesto dalla consegna, la rete è stata sottoposta a varie simulazioni di guasti e attacchi per valutarne la resilienza. L’impatto di ciascun attacco è stato misurato calcolando la Dimensione della Componente Gigante Normalizzata $G/N$ in relazione alla proporzione di nodi progressivamente rimossi dal grafo.

Poiché avevamo un grafo relativamente piccolo (circa 1.700 nodi), abbiamo deciso di rimuovere un singolo nodo a ogni iterazione e ricalcolare i valori per ciascun attacco, in modo da massimizzare la granularità del grafico risultante. Abbiamo utilizzato quattro diverse strategie di attacco mirato, come richiesto:

0. Guasto casuale: Selezione casuale del nodo da rimuovere.
1. Grado (Degree): Rimozione del nodo con il grado più elevato.
2. Interposizione (Betweenness): Rimozione del nodo con la betweenness più elevata.
3. PageRank: Rimozione del nodo con il PageRank più elevato.

Robustezza della Rete: Dimensione della Componente Gigante sotto Attacco

I. VALUTAZIONE DELLE STRATEGIE DI ATTACCO

La simulazione rivela chiare differenze strutturali a seconda della strategia di attacco utilizzata[cite: 1]:

Attacco casuale (Guasti casuali): La rete dimostra un’elevata resilienza contro i guasti casuali. Il declino della componente gigante è quasi lineare e si deve rimuovere più del 25% (circa il 27%) dei nodi prima che la rete collassi completamente.
Attacchi mirati (Grado e PageRank): Gli attacchi basati sulla rimozione dei nodi più connessi (Grado) e di quelli con il PageRank più elevato si rivelano significativamente più distruttivi rispetto all’approccio casuale. Prendendo di mira i nodi ad alto grado (come ‘Gennaro’ o ‘ZedNode - Rocca di Papa’), la componente gigante scende asintoticamente a zero rimuovendo appena il 10% della rete.
Attacco mirato sulla Betweenness: Questa è di gran lunga la strategia più dannosa per la rete Meshtastic. Rimuovendo i nodi che fungono da collegamenti radio, il grafo si frammenta quasi istantaneamente. La componente gigante scende al di sotto del 10% ( $G/N < 0.1$ ) rimuovendo appena il 6-7% dei nodi, dimostrando che il flusso di informazioni della rete dipende quasi interamente da un numero molto ridotto di “colli di bottiglia” (bottleneck) critici.

Questa estrema vulnerabilità è probabilmente dovuta al fatto che i nodi con un’elevata betweenness (ad es. ‘Linea Gotica sixt’ con 0.1943 o ‘Monte Cosce’ con 0.1101) sono ponti radio montani. Non hanno necessariamente decine di vicini (basso grado locale), ma costituiscono l’unico collegamento a radiofrequenza (RF) che connette, ad esempio, la rete dell’Emilia-Romagna con quella della Toscana.

II. AUMENTARE LA RESILIENZA

Per mitigare la vulnerabilità della rete e migliorarne la robustezza, è stato effettuato un tentativo di aumentare la soglia critica $f_{c}$ aggiungendo nuovi archi. Un valore più elevato di $f_{c}$ indica una rete capace di resistere alla rimozione di un maggior numero di nodi prima di frammentarsi.

La rete originale ha una $f_{c}$ di 0.92122, significativamente più alta rispetto a quella di una configurazione completamente randomizzata ( $f_{c} = 0.58552$ ), a dimostrazione del fatto che il posizionamento reale dei nodi segue già una logica strutturata e non casuale[cite: 1].

Sono state valutate due strategie di rinforzo, creando connessioni ad anello (ring) tra i vicini dei nodi principali ordinati per Grado e Betweenness:

CONFRONTO DELLE METRICHE E DEI RINFORZI

Dimensione Grafo	1° Momento	2° Momento	$f_{c}$	Costo (Nuovi Archi)
Originale ( $N=1721, L=2118$ )	2.46136	33.70366	0.92122	0
Randomizzato ( $N=1721, L=2118$ )	2.46136	8.39977	0.58552	0
1° anello Grado (ID: 6984) ( $N=1721, L=2193$ )	2.54852	35.07496	0.92165	75
2° anello Grado (ID: ce4d) ( $N=1721, L=2240$ )	2.60314	36.27542	0.92269	122
3° anello Grado (ID: 450c) ( $N=1721, L=2282$ )	2.65195	37.58977	0.92410	164
1° anello Between. (ID: e182) ( $N=1721, L=2142$ )	2.48925	34.38117	0.92195	24
2° anello Between. (ID: 6bb2) ( $N=1721, L=2177$ )	2.52992	35.11214	0.92235	59
3° anello Between. (ID: 3cdc) ( $N=1721, L=2195$ )	2.55084	35.71761	0.92309	77

Strategia 1: Anello sui primi 3 nodi per grado (Costo elevato): L’aggiunta di archi ai vicini dei primi tre nodi per grado (ID: 6984, ce4d, 450c) ha aumentato la $f_{c}$ da 0.92122 a 0.92410. Tuttavia, il costo totale per i tre anelli è stato estremamente alto: sono stati aggiunti ben 164 nuovi archi.
Strategia 2: Anello intorno ai primi 3 nodi per Betweenness (Strategia ottimizzata): Questa strategia crea ridondanza attorno ai colli di bottiglia (i ponti radio ID: e182, 6bb2, 3cdc), portando la $f_{c}$ a 0.92309. Il costo totale di questa operazione è stato significativamente inferiore: solo 77 nuovi archi (meno della metà rispetto alla strategia precedente). Anche considerando l’aggiunta del solo primo anello attorno al nodo con la betweenness più elevata, questa strategia costa meno della metà in termini di archi aggiunti e garantisce un risultato migliore.

III. CONSIDERATIONS FISICHE SULL’AGGIUNTA DI ARCHI

Sebbene nella teoria dei grafi “aggiungere un arco” sia un’operazione banale, nella realtà fisica del dominio Meshtastic rappresenta una sfida significativa che costituisce il vero “costo”. I 77 archi richiesti dal 3° anello di Betweenness significano che i vicini di un nodo montano devono essere in grado di comunicare direttamente tra loro, nonostante possano trovarsi a 100 km di distanza su versanti opposti.

In pratica, per implementare questo potenziamento, la comunità italiana può ricorrere a tre soluzioni[cite: 1]:

Infrastruttura Hardware (Nodi ad alimentazione solare): Aggiungere fisicamente nodi intermedi sulle vette adiacenti ai colli di bottiglia. Questo comporta un costo molto elevato in termini di hardware (pannelli solari, batterie) e manutenzione fisica, ma mantiene intatta l’integrità off-grid della rete[cite: 1].
Potenziamento della portata (Antenne direttive): Sostituire le antenne omnidirezionali di alcuni vicini strategici con antenne Yagi-Uda ad alto guadagno puntate orizzontalmente l’una verso l’altra per aggirare il nodo centrale. Questo approccio è soggetto a limitazioni normative riguardanti le soglie legali di EIRP nella banda degli 868 MHz.
Uplink MQTT: I nodi Meshtastic possono connettersi tramite Wi-Fi a un broker MQTT su Internet[cite: 1]. Questo è il modo più rapido e a “costo zero” per creare gli archi teorici calcolati nel nostro anello: configurando alcuni nodi per comunicare tra loro tramite Internet anziché via LoRa[cite: 1].

TRADE-OFF CRUCIALE

L’uso di MQTT mina concettualmente il paradigma di Meshtastic come “rete di emergenza off-grid autonoma”[cite: 1]. In caso di disastro naturale e di un blackout totale delle dorsali degli ISP italiani (ovvero l’esatto scenario in cui Meshtastic dovrebbe eccellere), gli archi creati tramite MQTT sparirebbero all’istante, causando un crollo improvviso della robustezza della rete.