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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. 2018/19

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

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. 2018/19
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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=2018-IN2371-000ZZ-2018-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

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

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 9.0 72 153.0

Calendario
Inizio attività didattiche 01/10/2018
Fine attività didattiche 18/01/2019
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2019

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
2 A.A. 2018/2019 01/10/2018 15/03/2020 ROSSI MICHELE (Presidente)
BADIA LEONARDO (Membro Effettivo)
CALVAGNO GIANCARLO (Supplente)
CORVAJA ROBERTO (Supplente)
ERSEGHE TOMASO (Supplente)
LAURENTI NICOLA (Supplente)
MILANI SIMONE (Supplente)
TOMASIN STEFANO (Supplente)
VANGELISTA LORENZO (Supplente)
ZANELLA ANDREA (Supplente)
ZANUTTIGH PIETRO (Supplente)
ZORZI MICHELE (Supplente)
1 A.A. 2017/2018 01/10/2017 15/03/2019 ROSSI MICHELE (Presidente)
ERSEGHE TOMASO (Membro Effettivo)
BADIA LEONARDO (Supplente)
BENVENUTO NEVIO (Supplente)
CALVAGNO GIANCARLO (Supplente)
CORVAJA ROBERTO (Supplente)
LAURENTI NICOLA (Supplente)
MILANI SIMONE (Supplente)
TOMASIN STEFANO (Supplente)
VANGELISTA LORENZO (Supplente)
ZANELLA ANDREA (Supplente)
ZANUTTIGH PIETRO (Supplente)
ZORZI MICHELE (Supplente)

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, 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:

TELECOMUNICAZIONI
TELECOMMUNICATION NETWORKS - RETI DI TELECOMUNICAZIONI

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.
Conoscenze e abilita' da acquisire: 1. L'obiettivo principale del corso consiste nel fornire allo studente delle valide e aggiornate conoscenze inerentemente 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 agli standard IEEE 802.11 (a/g/h/n/ac) e alle reti di sensori radio.
3. Lo studente apprenderà i principi di funzionamento delle relative pile protocollari con riferimento a: 3.1) tecnologia di livello fisico, 3.2) metodi per l'accesso al mezzo, 3.3) algoritmi per l'instradamento dell'informazione (routing), 3.4) algoritmi di codifica a pacchetto (application-layer coding, network coding).
4. Lo studente acquisirà una buona 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.
5. 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.
6. Le conoscenze ai punti 1, 2, 3 e 4, permetteranno allo studente di scrivere simulatori di rete, 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.
Modalita' di esame: L'esame consiste nel superamento di una prova scritta, divisa in due parti.

Parte 1: la prima parte consisterà nella 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.

NOTA: Il docente risolverà numerosi esercizi durante le lezioni di esercitazione (per un minimo di 12 ore), fornendo un'ampia e completa preparazione alla prima parte dello scritto. Infatti, la parte degli esercizi è fondamentale per il corso, in quanto spesso usata per presentare nuovi temi, attraverso esempi applicativi. Le domande di teoria verteranno sulla derivazione di formule per la caratterizzazione di uno dei sistemi / protocolli visti a lezione, sulla dimostrazione di risultati teorici 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 della prima parte.

Nello scritto un certo punteggio è assegnato ad ogni domanda o esercizio ed è chiaramente indicato nel testo dell'esame. Lo studente riceverà una valutazione finale solo dopo aver superato con valutazione sufficiente entrambe le parti 1 e 2, anche se in sessioni separate.
Criteri di valutazione: L'esame scritto (diviso in due parti) verrà formulato secondo i seguenti criteri di valutazione:

Per la Parte 1:
1. Capacità di vedere 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 al fine di risolvere il problema nella sua interezza. Tipicamente questo porterà al calcolo di prestazioni end-to-end
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
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 (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 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.

Il libro di riferimento indicato nel seguito verrà utilizzato per trattare le tematiche di livello fisico.

Si veda il sito del corso al link:

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

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Problem based learning
  • Case study
  • 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