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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
ICT FOR INTERNET AND MULTIMEDIA - INGEGNERIA PER LE COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI E INTERNET
Insegnamento
WIRELESS COMMUNICATIONS - COMUNICAZIONI WIRELESS
INP6075439, A.A. 2017/18

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2017/18

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
ICT FOR INTERNET AND MULTIMEDIA - INGEGNERIA PER LE COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI E INTERNET
IN2371, ordinamento 2017/18, A.A. 2017/18
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Curriculum Percorso Comune
Crediti formativi 9.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese WIRELESS COMMUNICATIONS
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione (DEI)
Sito E-Learning https://elearning.dei.unipd.it/course/view.php?idnumber=2017-IN2371-000ZZ-2017-INP6075439-N0
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile MICHELE ROSSI ING-INF/03

Mutuazioni
Codice Insegnamento Responsabile Corso di studio
INP6075439 WIRELESS COMMUNICATIONS - COMUNICAZIONI WIRELESS MICHELE ROSSI IN0521
INO2043955 WIRELESS SYSTEMS AND NETWORKS - SISTEMI E RETI WIRELESS MICHELE ROSSI IN0520

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Ingegneria delle telecomunicazioni ING-INF/03 9.0

Modalità di erogazione
Periodo di erogazione Primo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Organizzazione della didattica
Tipo ore Crediti Ore di
Corso
Ore Studio
Individuale
Turni
LEZIONE 9.0 72 153.0 Nessun turno

Calendario
Inizio attività didattiche 25/09/2017
Fine attività didattiche 19/01/2018

Syllabus
Prerequisiti: Allo studente è richiesta una conoscenza di base inerentemente alla teoria della probabilità, ai processi e alle variabili aleatorie, la loro aspettazione statistica, etc. Per il presente insegnamento, non ci sono propedeuticità espressamente richieste. Infatti, il docente, all'inizio di ogni argomento, tratterà le basi matematiche necessarie alla sua corretta comprensione.

Ciò nonostante, una conoscenza approfondita dei processi stocastici e, in particolare, dei processi Markoviani, è sicuramente di aiuto allo studente per una maggiore comprensione di alcune delle analisi matematiche che verranno presentate all'interno del corso. Lo studente volenteroso è quindi motivato a seguire il seguente corso:

NETWORK MODELING - MODELLI PER LE RETI

In aggiunta, una conoscenza di base delle reti di comunicazione, degli strumenti fondamentali per la valutazione prestazionale delle stesse (es. teoria delle code) e dei principi di funzionamento dei principali protocolli di comunicazione (in particolare di livello di collegamento e trasporto) è altresì suggerita. Lo studente volenteroso è motivato a seguire il seguente corso:

TELECOMMUNICATION NETWORKS - RETI DI TELECOMUNICAZIONI
Conoscenze e abilita' da acquisire: Come obiettivo minimo, lo studente acquisirà conoscenze sui protocolli e le tecnologie di comunicazione di reti radio centralizzate e distribuite con particolare riferimento agli standard IEEE 802.11 (a/g/h/n) e alle reti di sensori wireless. Egli apprenderà i principi di funzionamento delle relative pile protocollari con riferimento a: 1) tecnologia di livello fisico, 2) metodi per l'accesso al mezzo, 3) algoritmi per l'instradamento dell'informazione, 4) algoritmi di codifica a pacchetto (application-layer coding, network coding).

In aggiunta, alla fine del corso lo studente acquisirà una piena comprensione dei principali protocolli di rete utilizzati in reti radio, delle relative scelte progettuali, delle loro prestazioni e delle interazioni con i protocolli e le tecnologie adottate agli strati più bassi dela pila protocollare ISO/OSI. Per una maggiore comprensione delle tecnologie di rete, in aggiunta ai protocolli di collegamento, accesso al mezzo e instradamento, nel corso saranno presentati alcuni aspetti relativi alla caratterizzazione canale radio e alle moderne tecniche di trasmissione adottate al livello fisico (PHY). Queste saranno poi collegate ai protocolli di rete (NET), evidenziando il loro impatto sugli stessi in termini di prestazioni e scelte di progettazione, sia per reti centralizzate (per esempio Wi-Fi) che distribuite (per esempio reti di sensori).

Infine, lo studente acquisirà la capacità di analizzare scenari di rete in presenza di collegamenti radio, calcolare le prestazioni di protocolli di rete in tali scenari e dimensionare l'intero sistema di trasmissione, partendo dal livello fisico fino al livello di Tali conoscenze permetteranno allo studente di scrivere simulatori di rete, per la caratterizzazione di scenari più complessi e sviluppare la sensibilità necessaria a modificare i suddetti protocolli, al fine di migliorarne le prestazioni.
Modalita' di esame: L'esame consiste di una prova scritta. La prova orale è opzionale e a scelta: 1) a discrezione dello studente, nel caso questo voglia provare ad alzare il voto proposto, o 2) a discrezione del docente, nel caso la prova scritta abbia evidenziato importanti lacune.

ESAME SCRITTO: l'esame scritto tipicamente contiene un primo esercizio numerico e due domande di teoria. L'esercizio è solitamente incentrato sul dimensionamento di uno scenario di comunicazione nel quale uno o più terminali trasmettono dati attraverso una rete caratterizzata dalla presenza di canali radio. Il docente risolverà numerosi esercizi durante le lezioni di esercitazione, fornendo un'ampia e completa preparazione allo scritto. Le domande di teoria verteranno sulla derivazione di una qualche formula per la caratterizzazione di uno dei sistemi / protocolli visti a lezione o sulla discussione in merito alle prestazioni di una tecnologia o protocollo. Lo studente può ottenere gli esami passati direttamente dal sito del corso, molti di questi contengono la soluzione del primo esercizio:

http://www.dei.unipd.it/~rossi/courses/SRW/Results.html

SVOLGIMENTO DI UN NUOVO ESAME SCRITTO: ogni studente, se in possesso di una valutazione positiva per uno scritto precedente ma non soddisfatto del risultato ottenuto, ha la facoltà di provare a svolgere un nuovo esame scritto. In questo caso, lo studente avrà 15 minuti di tempo per visionare le domande del nuovo scritto e decidere se tenere il voto dell'ultimo scritto o svolgere il nuovo esame. Nel secondo caso, il voto del vecchio esame verrà sostituito da quello del nuovo scritto.
Criteri di valutazione: L'esame consiste di una prova scritta per la quale lo studente deve ottenere almeno 18 punti su 30. La prova orale è opzionale e a scelta: 1) a discrezione dello studente, nel caso questo voglia provare ad alzare il voto proposto, o 2) a discrezione del docente, nel caso la prova scritta abbia evidenziato importanti lacune.

Nello scritto un certo punteggio è assegnato ad ogni domanda o esercizio ed è chiaramente indicato nel testo dell'esame.
Contenuti: L'obiettivo principale del corso consiste nel dare allo studente delle valide e aggiornate conoscenze inerentemente ai protocolli di comunicazione utilizzati in reti wireless. Queste comprendono un'accurata analisi dello stato dell'arte in termini di tecnologie, modelli, applicazioni e trend e la successiva analisi delle prestazioni dei sistemi discussi in determinati scenari di riferimento. Gli argomenti che verranno trattati in seno al corso spaziano dalle tecnologie di collegamento (link) fino alle tecniche di instradamento (routing) e alle moderne tecniche di codifica a fontana, che per la loro leggerezza computazionale sono usate in vari livelli della pila protocollare (come il link, il routing o l'application).

Nella prima parte del corso, lo studente sarà introdotto ai protocolli utilizzati in moderne pile protocollari ISO/OSI, affrontando lo studio di strumenti per la caratterizzazione delle prestazioni dei singoli livelli. In seguito, si proseguirà con un'analisi più completa, comprendente i livelli: fisico, di link, rete e trasporto. Nella seconda parte del corso, saranno introdotte tecnologie, protocolli e algoritmi relativi a reti radio distribuite, come le cosiddette ad hoc network (tecnologia IEEE 802.11 a/g/h/n) e le reti di sensori "wireless sensor network". Le tecnologie in questione verranno descritte in dettaglio, partendo dallo strato fisico fino all'accesso al mezzo e ai protocolli per l'instradamento dell'informazione.

Il corso sarà costantemente orientato alla discussione critica dei protocolli presentati e alla discussione di promettenti tematiche di ricerca. Alla fine dello stesso, lo studente avrà un valido bagaglio per la verifica delle prestazioni di reti di comunicazione in presenza di canali radio, inclusivo di modelli matematici e strumenti per la simulazione.

I maggiori argomenti che verranno affrontati nel corso sono riassunti nel seguito:

- Canale radio:
* Introduzione ai modelli di canale orientata alla simulazione: modelli di path loss, shadowing, fading, concetto di selettività in frequenza

- Livello di link:
* Algoritmi di link basati su codifica FEC: applicazioni
* Sistemi di ARQ ibrido: analisi matematica e calcolo delle prestazioni
* Codici a fontana: fondamenti teorici, tecniche di decodifica ottime e sub-ottime

- Analisi dell'intera pila protocollare:
* Valutazione delle prestazioni di pile protocollari in presenza di canali radio affetti da fading correlato temporalmente. L'analisi in questione coinvolgerà tutti i livelli dallo strato fisico fino al livello di trasporto, andando a trattare il canale radio tramite modelli Markoviani a tempo discreto e ottenendo le prestazioni ai livello superiori di collegamento e trasporto

- IEEE 802.11 a/g/h/n:
* Tecnologia di livello fisico. Introduzione all'OFDM, diversità spazio-temporale e tecniche MIMO multi-antenna (beamforming and multiplexing)
* Tecnologia di accesso al mezzo (Medium Access Control, MAC)
* Analisi matematica per la valutazione delle prestazioni degli algoritmi per il controllo dinamico della rate di trasmissione tramite la selezione adattiva dei profili di modulazione e codifica

- Instradamento in reti "ad hoc" distribuite:
* Analisi delle prestazioni di algoritmi per la disseminazione dei dati in reti distribuite multi-salto in presenza di link radio e mobilità dei terminali
* Descrizione dei protocolli AODV e DSR per l'instradamento dei dati in reti ad hoc e valutazione delle prestazioni

- Wireless sensor network (WSN):
* Studio di protocolli per l'accesso al mezzo ed l'instradamento e valutazione delle prestazioni
* Studio di sistemi WSN alimentati da energia solare

- Seminari su tematiche di ricerca in atto
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Tutte le tematiche del corso verranno affrontate per mezzo di lezioni frontali. Opportune slide verranno preparate dal docente e messe a disposizione agli studenti tramite il sito del corso prima di ogni lezione e possibilmente disponibili fin dall'inizio del corso. Tipicamente, le slide verranno utilizzate per presentare algoritmi, schemi tecnici e verifiche prestazionali, mentre i vari modelli matematici verranno presentati tramite lezioni alla lavagna.

Durante il corso, il docente risolverà numerosi esercizi, al fine di dimostrare l'applicazione dei modelli teorici trattati nelle lezioni di teoria dimostrare come i vari scenari e sistemi considerati possono essere dimensionati con strumenti relativamente semplici, ma efficaci.

Applicazioni pratiche e promettenti tematiche / direzioni per la ricerca scientifica verranno altresì discusse.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Il corso sarà erogato interamente in inglese. Tutto il materiale sarà dunque in inglese a partire dalle lezioni frontali, le slide, i report tecnici, i libri e agli articoli scientifici che verranno di volta in volta utilizzati per le lezioni.

Essendo questo un corso avanzato contenente tematiche recenti, al momento non esiste un libro che possa coprire tutti gli aspetti del corso. Infatti, molte lezioni si baseranno su articoli scientifici o report tecnici pubblicati di recente. Durante le lezioni frontali, il materiale presente in questi documenti verrà tipicamente espanso ed interpretato per una completa comprensione da parte dello studente.

Il docente, metterà a disposizione sul sito del corso tutto il materiale necessario per passare l'esame: report tecnici, articoli scientifici, slide preparate dal docente, appunti del docente.

Si veda il sito del corso al link:

http://www.dei.unipd.it/~rossi/courses/SRW/SRW.html
Testi di riferimento:
  • Andrea Goldsmith, Wireless Communications. --: Cambridge University Press, 2005. Cerca nel catalogo