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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
INGEGNERIA INFORMATICA
Insegnamento
WIRELESS COMMUNICATIONS - COMUNICAZIONI WIRELESS
INP8083278, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2018/19

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
INGEGNERIA INFORMATICA
IN0521, ordinamento 2009/10, A.A. 2019/20
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Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese WIRELESS COMMUNICATIONS
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione (DEI)
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

Mutuante
Codice Insegnamento Responsabile Corso di studio
INP9086626 WIRELESS COMMUNICATIONS (MOD. A) MICHELE ROSSI IN2371

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative ING-INF/03 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Primo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 30/09/2019
Fine attività didattiche 18/01/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2009

Commissioni d'esame
Nessuna commissione d'esame definita

Syllabus

Caratteristiche comuni al Corso Integrato

Prerequisiti: MODULO A
Allo studente è richiesta una conoscenza di base inerentemente alla teoria della probabilità, ai processi e alle variabili aleatorie, la loro aspettazione statistica, la probabilità condizionata, e varie distribuzioni standard sia continue che discrete, etc.

In aggiunta, una conoscenza di base delle reti di comunicazione, degli strumenti fondamentali per la valutazione delle loro prestazioni (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 i seguenti corsi:

INM0017601 TELECOMUNICAZIONI
INP9086741 INTERNET

Tuttavia, per il presente corso, non vi sono propedeuticità espressamente richieste. Infatti, il docente, all'inizio di ogni argomento, tratterà le basi matematiche necessarie alla sua corretta comprensione e/o introdurrà i meccanismi di rete necessari alla corretta comprensione delle lezioni.

MODULO B
Esperienza di programmazione con i linguaggi Matlab, Java, C o con linguaggi di script come Linux Bash, HTML, CSS, etc. è utile ma non espressamente richiesta.
Conoscenze e abilita' da acquisire: MODULO A
1. Fornire allo studente delle valide e aggiornate conoscenze in merito ai protocolli di comunicazione utilizzati in reti wireless.
2. Lo studente acquisirà conoscenze sui protocolli e le tecnologie di comunicazione di reti radio centralizzate e distribuite con particolare riferimento allo standard IEEE 802.11 (a/g/h/n/ac).
3. Lo studente apprenderà i principi di funzionamento delle pile protocollari con riferimento a:
3.1) tecnologia di livello fisico, 3.2) protocolli di link layer (ARQ e ARQ ibrido), 3.3) algoritmi per l'instradamento dell'informazione (routing), 3.4) algoritmi per il controllo del flusso (TCP).
4. 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 trasporto.

MODULO B
1. Conoscenza approfondita delle strutture dati, della sintassi, dei metodi per il controllo di flusso e delle librerie di base dei linguaggi C e C++
2. Conoscenze di programmazione orientata agli oggetti in C++
3. Conoscenza di metodi di programmazione avanzata: programmazione concorrente, multi-treading e concorrente, smart-pointers, programmazione TCP socket, tool per la compilazione
4. Acquisizione della capacità di implementare sistemi di comunicazione basati su tecnologia TCP/IP

MODULO A + MODULO B
Le conoscenze acquisite permetteranno allo studente di 1) progettare simulatori di reti di comunicazioni, per la caratterizzazione di scenari complessi, acquisendo una visione di sistema e sviluppando la sensibilità necessaria per modificare i protocolli di accesso al mezzo, instradamento e trasporto, al fine di migliorarne le prestazioni e inoltre di 2) implementare algoritmi di comunicazione in ambiente wireless utilizzando la suite protocollare TCP/IP.
Modalita' di esame: Il superamento dell'esame prevede: 1) il superamento di un esame scritto contenente un esercizio di dimensionamento di un sistema di trasmissione e domande teoriche (MODULO A), 2) la realizzazione di un progetto pratico, orientato all'implementazione di un sistema di comunicazione in linguaggio C++ (MODULO B).

MODULO A
L'accertamento del profitto per il MODULO A consiste nel superamento di una prova scritta, divisa in due parti.

Parte 1: soluzione di un problema tecnico, dato uno scenario di trasmissione che coinvolga l'interazione di diversi nodi, tipicamente inerente al calcolo delle prestazioni end-to-end dello scenario proposto in presenza di canali radio e canali cablati.
Parte 2: la seconda parte conterrà domande teoriche, attinte dagli argomenti trattati in seno al corso.

MODULO B
L'accertamento del profitto per il modulo B consiste nel superamento di una prova scritta (modalita' quiz con brevi domande aperte sulla teoria affrontata nel corso) e di una prova al calcolatore in cui verra' richiesto di completare lo sviluppo di codice C++.
Criteri di valutazione: MODULO A
L'esame scritto verrà valutato secondo i seguenti criteri:

Per la Parte 1:
1. Capacità di concepire una rete di comunicazione secondo una prospettiva di sistema, scomponendo lo scenario tecnico in sottoparti, risolvendo ogni sottoparte nell'ordine dettato dalle dipendenze tecniche e matematiche derivanti dall'interazione delle stesse e, infine, combinando i risultati ottenuti.
2. Competenza e coerenza nella discussione dei risultati ottenuti.
3. Correttezza dell'approccio utilizzato e dei risultati numerici.

Per la Parte 2:
1. Conoscenza dei sistemi radio trattati nel corso.
2. Capacità di derivare correttamente le equazioni e le dimostrazioni chiave dei livelli fisico, di accesso e di rete trattati nel corso.
3. Correttezza e competenza nella spiegazione delle prestazioni dei sistemi trattati.

MODULO B
Per la parte 1: conoscenza dei temi trattati nel corso, correttezza e coerenza delle risposte.
Per la parte 2: correttezza dell'implementazione, qualita' del codice sviluppato.

Caratteristiche proprie del modulo

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/ac). 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 di conoscenze 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

- 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

- Algoritmi TCP per reti wireless
* presentazione di moderni algoritmi TCP per il controllo del flusso, con annessa analisi matematica

- IEEE 802.11 a/g/h/ac:
* 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

- 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 (per un minimo di 12 ore), al fine di dimostrare l'applicazione dei modelli teorici trattati nelle lezioni di teoria e altresì provare come i vari scenari e sistemi considerati possono essere dimensionati con strumenti semplici e 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.

Il docente metterà a disposizione il materiale utilizzato in sede di lezione frontale, e altro necessario al superamento dell'esame, inclusivo di articoli scientifici, report tecnici e slide.

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

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Problem based learning
  • Questioning
  • Problem solving

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Latex
  • Mathematica
  • Matlab

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Istruzione di qualita' Lavoro dignitoso e crescita economica Industria, innovazione e infrastrutture