Insegnamento RETI WIRELESS

Nome del corso di laurea	Ingegneria elettronica per l'internet-of-things
Codice insegnamento	70A00047
Curriculum	Elettronica per l'internet of things
Docente responsabile	Mauro Femminella
Docenti	Mauro Femminella
Ore	72 Ore - Mauro Femminella
CFU	6
Regolamento	Coorte 2018
Erogato	Erogato nel 2018/19
Erogato altro regolamento
Attività	Affine/integrativa
Ambito	Attività formative affini o integrative
Settore	ING-INF/03
Anno	1
Periodo	Secondo Semestre
Tipo insegnamento	Obbligatorio (Required)
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	ITALIANO
Contenuti	Unità didattica: LTE (23 ore) Unità didattica: Reti Wireless LAN (33 ore) Unità didattica: Framework DASH (6 ore) Unità didattica: Protocollo XMPP (4 ore) Unità didattica: Architetture per IoT (6 ore)
Testi di riferimento	C. Smith, D. Collins, Wireless Networks, McGraw-Hill, 2014. A. Pattavina, Reti di Telecomunicazione, 2a ed., McGraw-Hill, 2003. J. Kurose, K. Ross, Reti di Calcolatori e Internet, 6a ed., Pearson, 2013. M. Gast, 802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide, Second Edition, O'Reilly, 2005. Testi di consultazione: B.G. Lee, S. Choi, Broadband Wireless Access and Local Networks: Mobile Wimax and Wifi, Artech House, Norwood (MA), US, 2008. V. Garg, Wireless Communications and Networking, Morgan Kaufmann, San Francisco (CA), US, 2007. C. Kappler, Umts Networks and Beyond, John Wiley & Sons, Chichester, UK, 2009. Dispense e articoli scientifici forniti dal docente tramite piattaforma Unistudium.
Obiettivi formativi	L'insegnamento rappresenta il primo corso di reti di telecomunicazioni nel percorso di studi, ed esamina gli aspetti delle reti wireless dal punto di vista del funzionamento a livello protocollare, sistemistico e dal punto di vista delle prestazioni della rete. L'obiettivo principale dell'insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio delle reti wireless, della loro interconnessione con i sistemi cablati, con particolare attenzione alla rete Internet e alla fornitura di connettività a sistemi cloud e piattaforme per big data, e della loro progettazione e/o configurazione. I principali vincoli di progetto che lo studente sarà tenuto a considerare saranno le funzioni offerte e la capacità del sistema. Le principali conoscenze acquisite alla fine del corso saranno: - elementi di base dei protocolli di accesso utilizzati sulla tratta radio, con particolare attenzione alle soluzioni tecnologiche più diffuse (LTE, WiFi); - conoscenza delle architetture di rete dei sistemi wireless più diffusi (LTE, WiFi), con particolare attenzione ai servizi offerti (ad esempio livelli di qualità di servizio e sicurezza), ai meccanismi di interconnessione con Internet e sistemi cloud e ai principali protocolli applicativi usati (es. XMPP,DASH) - conoscenza dei principi di dimensionamento di una rete wireless che faccia uso o meno del concetto di riuso frequenziale, sulla base di un livello minimo di qualità della comunicazione; - conoscenza dell'ecosistema Internet of Things (IoT), e delle principali soluzioni protocollari e architetturali utilizzate Le principali abilità, ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite nell'ambito del corso, saranno: - valutare la soluzione tecnologica più adatta allo scenario di servizio (rete wireless in area locale, rete wireless in area metropolitana, rete cellulare); - analizzare le prestazioni di una rete wireless dal punto di vista della capacità di servizio; - identificare i vincoli di progetto che determinano il dimensionamento della rete wireless e padroneggiare gli strumenti matematico-numerici utilizzati per effettuare il dimensionamento; - realizzare, tramite software open-source, anche in ambiente virtualizzato, reti wireless in differenti configurazioni, con particolare attenzione alle reti WiFi e alle architetture IoT, in grado di offrire servizi di accesso a dispositivi quali telefoni, tablet o computer; - padroneggiare gli strumenti per la misura della qualità di una rete wireless, con particolare attenzione alla misura della capacità e della copertura.
Prerequisiti	Al fine di comprendere i contenuti dell’insegnamento e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte, è necessario aver acquisito le nozioni generali riguardanti reti di telecomunicazioni. In particolare, per acquisire le nozioni fondamentali sull’organizzazione della pila protocollare e le funzioni tipiche di ciascuno strato protocollare è richiesto che lo studente abbia sostenuto con successo l’esame di Fondamenti di Telecomunicazioni. Inoltre, nell’ambito dell’insegnamento, è richiesta la conoscenza delle principali nozioni di sicurezza informatica e sicurezza nelle reti. Questi argomenti sono un prerequisito fondamentale del corso e sono trattati nel corso di Fondamenti di Telecomunicazioni.
Metodi didattici	Il corso è organizzato nel modo seguente: - lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del corso. Agli studenti verrà fornita in anticipo copia delle diapositive utilizzate dal docente a lezione tramite area riservata del corso (portale UNISTUDIUM); - esercitazioni in aula alla lavagna su problemi progettuali analoghi a quelli oggetto delle prove di esame. Agli studenti verrà fornita in anticipo copia dei testi dei problemi svolti dal docente a lezione tramite area riservata del corso; - esercitazioni di laboratorio presso il Laboratorio di Ingegneria del Software (edificio del Biennio, piano terra). Il laboratorio consiste in 16 postazioni operative, alle quali gli studenti possono accedere in gruppi da 2 o 3 elementi. Il numero massimo di studenti che possono accedere ad una lezione è 48. In caso il numero di studenti ecceda questo valore o nel caso in cui le lezioni siano particolarmente complesse con assistenza continua da parte del docente, la lezione sarà ripetuta. Ciascuna esercitazione ha una durata di 3 ore, per un totale stimato di 6 esercitazioni. Ogni esercitazione consiste nella realizzazione guidata di una rete WiFi con specifiche caratteristiche di servizio, nell'analisi e misura delle reti WiFi pre-esistenti, nell'analisi di un sistema DASH e/o nella realizzazione guidata di un sistema IoT. Durante le esercitazioni gli studenti utilizzano strumenti software open-source in forma virtualizzata (macchina virtuale Linux). Gli studenti avranno accesso libero al laboratorio al termine della lezione per ulteriori esercitazioni individuali.
Altre informazioni	Le lezioni possono essere integrate con seminari. Le esercitazioni di laboratorio si svolgeranno presso il Laboratorio di Ingegneria del Software.
Modalità di verifica dell'apprendimento	L'esame prevede due prove in itinere (esoneri) scritte o un'unica prova d'esame scritta da sostenere alla fine del corso. La partecipazione alle prove in itinere non è obbligatoria. Nel caso delle prove in itinere, la prima consiste in due quesiti, ed ha una durata di due ore. Entrambi i quesiti sono domande scritte a stimolo chiuso con risposta aperta, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e la capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici del corso riguardanti l'architettura, il funzionamento e i modelli per la valutazione delle prestazioni di una rete cellulare di tipo LTE. Tale prova viene svolta approssimativamente a metà corso. La seconda prova in itinere consiste in due quesiti, ed ha anch'essa una durata di due ore. I due quesiti sono domande scritte a stimolo chiuso con risposta aperta, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e la capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici del corso riguardanti l'architettura, il funzionamento e i modelli per la valutazione delle prestazioni di una rete WiFi e quelli riguardanti l'architettura di rete e di gestione delle informazioni per il paradigma Internet of Things (IoT), con particolare enfasi sul protocollo applicativo CoAP (Constrained Application Protocol), l'architettura ed il funzionamento di protocolli applicativi frequentemente utilizzati su rete LTE, ed in particolare il protocollo di messaggistica XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) ed il framework DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP) per l'erogazione di video Tale prova viene svolta alla fine del corso. Tale seconda prova, su richiesta dello studente, può essere sostituita con la presentazione di un elaborato di laboratorio, preparato dallo studente con infrastruttura di calcolo propria o presso il Laboratorio di Ingegneria del Software, e riguardante la realizzazione di una rete WiFi o un sistema IoT i cui requisiti di progetto vengono forniti dal docente con congruo anticipo. La prova consiste nella discussione orale dell'elaborato e nella prova pratica di funzionamento del sistema progettato. Nella discussione saranno illustrate le problematiche poste dal caso assegnato, le possibili alternative di progetto, l'eventuale contesto normativo sull'uso delle frequenze e della potenza di trasmissione, l'impostazione metodologica adottata e l'analisi dei risultati ottenuti. La durata di questa prova è variabile e tiene conto del tempo necessario per allestire il testbed realizzato, con una durata media di circa 30 minuti complessivi. Nel caso di prova d'esame finale, questa ha una durata che varia tra 2 e 3 ore e consiste in tre quesiti. I tre quesiti sono domande scritte a stimolo chiuso con risposta aperta, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e la capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici del corso riguardanti l'architettura, il funzionamento e i modelli per la valutazione delle prestazioni delle reti LTE, WiFi, delle soluzioni architetturali per IoT e dei protocolli XMPP, DASH e CoAP. La prova scritta finale, o le prove scritte in itinere possono essere complementate da una prova orale finale, della durata di circa 30 minuti. Tale prova orale è a discrezione del docente e viene richiesta nel caso in cui siamo emersi dalle prove di valutazione evidenti squilibri metodologici e di conoscenza teorica su temi riguardanti diverse parti del corso. Tale prova può essere svolta anche su esplicita richiesta dello studente. Entrambe le modalità di valutazione, nel loro insieme, permettono di accertare sia la conoscenza sia la capacità di conoscenza e comprensione dei temi del corso, sia la capacità di applicare le competenze acquisite, sia la capacità di esposizione, sia la capacità di apprendere ed elaborare soluzioni in autonomia di giudizio. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa
Programma esteso	Unità didattica: LTE (23 ore): Concetti di base sulla copertura cellulare tramite il concetto di riuso cellulare, modelli per la descrizione di handover e paging, cenni sull'evoluzione delle reti cellulari, sistema LTE (architettura, protocolli, sicurezza), cenni alle reti 5G. Unità didattica: Reti Wireless LAN (33 ore): Evoluzione dello standard IEEE 802.11 (a,b,g,n), modalità di funzionamento (ad hoc, infrastrutturata, sistema di distribuzione wireless), protocollo di strato fisico e di accesso al mezzo (MAC), mobilità, prestazioni e qualità di servizio, sicurezza, esperimenti di laboratorio con software open source. Unità didattica: Framework DASH (6 ore): Principi di funzionamento, aspetti protocollari, esperienze di laboratorio. Unità didattica: Protocollo XMPP (4 ore): Principi di funzionamento, aspetti protocollari. Unità didattica: Architetture per IoT (6 ore): Concetti generali e relazioni con il concetto di big data, architetture di sistema e di rete, protocollo CoAP (tipologia e struttura dei messaggi, modi di comunicazione), esperienze di laboratorio con software open source.