Nuova ricerca    Stampa scheda

Reti di Sensori Wireless per Internet of Things
Wireless Sensor Networks for the Internet of Things
Paola Pierleoni

Sede Ingegneria
A.A. 2016/2017
Crediti 9
Ore 72
Periodo I
Lingua ITA

Prerequisiti
Questo corso richiede la conoscenza dei concetti di base della teoria dei segnali e delle telecomunicazioni.

Risultati di apprendimento attesi
CONOSCENZE E COMPRENSIONE:
Conoscere e comprendere le problematiche connesse alla progettazione di reti di sensori wireless legate al loro carattere pervasivo, alle caratteristiche del mezzo trasmissivo, alle varietà di architetture di rete e di possibili applicazioni. Approfondire la conoscenza dei protocolli standard e di quelli emergenti nella letteratura scientifica relativamente all'Internet of Things, analizzando le prestazioni ottenibili al variare delle possibili scelte a ciascun livello dell'architettura protocollare. Studiare i cosiddetti smart objects e come reti smart objects possono essere interconnesse usando il protocollo IP per essere in grado di comprendere e definire innovativi tecniche di progettazione di reti e di dispositivi per l'IoT.
CAPACITA' DI APPLICARE LE CONOSCENZE:
Essere in grado di effettuare scelte consapevoli sulla base delle caratteristiche di qualità del servizio e di traffico delle specifiche applicazioni e di utilizzare tali conoscenze per l'elaborazione e l'applicazione di soluzioni originali sia in contesti applicativi che, eventualmente, di ricerca. In generale, valutare, analizzare e risolvere problemi in aree nuove ed emergenti quali l'Internet of Things utilizzando le più moderne tecnologie.
COMPETENZE TRASVERSALI:
Sostanzialmente uno smart object è un dispositivo equipaggiato con unità di sensing/attuazione, un microprocessore, un dispositivo di comunicazione ed una sorgente di alimentazione. L'ambito di studio è perciò fortemene interdisciplinare coinvolgendo settori quali micro e nano elettronica, sistemi embedded, wireless sensor network, ubiquitous computing, mobile computing, computer networking, telefonia radiomobile, telemetria, ecc. La presentazione di progetti già realizzati e l'implementazione di nuovi attraverso esperienze di laboratorio fornirà competenze trasversali nelle varie discipline dell'ICT dando allo studente la possibilità di utilizzare, sviluppare e gestire tecnologie e abilità più disparate inserite in contesti più ampi connessi al proprio settore di studio. Si partirà dall'analisi del problema per arrivare, attraverso la progettazione, alla realizzazione, ottimizzazione e verifica delle prestazioni del sistema finale.

Programma
(Lezioni frontali, 48 ore). Wireless Sensor Network (WSNs) e Wireless Body Sensor Networks (WBSNs). Sensor Network protocol stack. Physical Layer, Data Link Layer, Network Layer, Transport e Application Layers. Cross Layer optimization. Energy Management. Principali standard relativamente a ciascun Layer dello stack protocollare. Considerazioni progettuali ed applicazioni di WBSNs. Internet of Things over IP protocol Architecture. Principi fondamentali alla base dell’architettura TCP/IP. Richiami IPv4. QoS: delay, jitter, packet loss. Protocolli di trasporto: TCP, UDP. IPv6 ed architettura protocollare TCP/IP. Frammentazione. Protocolli a livello applicazione. Hardware e software per Smart Objects. Sistemi operativi per Smart Objects. IPv6 per Smart Objects e Internet of Things. uIPv6. 6LowPAN Adaptation Layer. RPL: routing nelle reti di Smart Objects. CoAP. Standardizzazione. Interoperabilità. Cenni su tecnologie non IP. Servizi web per Smart Objects. Modelli di connettività per reti di Smart Objects. Security per Smart Objects. Teoria sui sensori inerziali. Accelerometro, giroscopio, magnetometro e barometro. Filtri di orientazione: acquisizione, taratura, data fusion. Acquisizione, elaborazione e trasmissione di segnali biometrici: ECG, EMG, respirazione, ecc. Applicazione di reti di Smart Objects: localizzazione indoor. Monitoraggio di parametri ambientali per applicazioni Smart Cities, Smart Lighting, Smart Home, precision agricolture, logistics, ecc. Attività di laboratorio (24 ore). BLE. Arduino: tutorial e sua programmazione in una serie di realizzazioni pratiche (smart lighting, power metering, rivelazione di prossimità, IMU, dispositivi biomedici indossabili, ecc.). Sistema operativo Android ed applicazioni. Wi-IMU: GUI, cuboide. Filtri di orientazione e filtro complementare. Tecniche di classificazione. Algoritmi di Fall Detection. Simulazioni MatLab su filtri ed algoritmi. Applicazione di sistemi inerziali al monitoraggio di pazienti neurologici e per test clinici. Rilevamento posturale. Livello di attività e tracking. Progetto di web server per dati sensori. Contiki. Tecniche di localizzazione indoor. Applicazione di reti di sensori wireless per localizzazion indoor. Esempi di sistemi di gestione web-based per reti di sensori. Applicazione di WebRTC e delle sue funzionalità per la trasmissione real time di dati acquisiti da sensori biometrici. Presentazione delle proposte di attività per la realizzazione di tesine.

Modalità di svolgimento dell'esame
METODI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
La valutazione del livello di apprendimento degli studenti consiste in una prova orale nella quale si discuteranno più temi trattati nel corso. Tale valutazione può, facoltativamente a discrezione dello studente, contemplare anche la presentazione e la discussione di un progetto scelto tra quelli proposti dal docente e opportunamente concordato con il docente stesso. Tale progetto sarà presentato in forma di relazione tecnica e versione prototipale hw/sw, tipicamente inerente ad un sottosistema di WSNs (Wireless Sensor Networks). Il progetto può anche essere svolto in gruppo, la cui numerosità è concordata anch’essa con il docente sulla base della complessità ed articolazione del progetto scelto. In tal caso la discussione del progetto, e quindi la prova orale, deve avvenire con la partecipazione contestuale di tutti gli studenti appartenenti al medesimo gruppo.

CRITERI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Per superare con esito positivo la valutazione dell'apprendimento, lo studente deve dimostrare, attraverso la prova orale, di aver ben compreso i concetti fondamentali relativi alle varie architetture di rete e stack protocollari discussi durante il corso. Inoltre lo studente deve avere chiari le problematiche ed i criteri di progettazione degli stessi con riferimento ai diversi campi applicativi, alle specifiche di qualità del servizio e dei parametri di traffico. Deve dimostrare, inoltre, di essere in grado di applicare, in modo autonomo, tali criteri e tali procedure al progetto di semplici architetture di rete, proponendo i più idonei protocolli per ciascun livello dello stack, tenendo conto delle problematiche in gioco. Lo studente, nel corso della prova orale, dovrà presentare e discutere l’eventuale progetto sviluppato, motivando le scelte effettuate sulla base delle specifiche del progetto stesso e delle conoscenze/competenze metodologiche e tecnologiche acquisite durante il corso.

CRITERI DI MISURAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Alla prova orale è assegnato un punteggio in trentesimi.

CRITERI DI ATTRIBUZIONE DEL VOTO FINALE
Perché l'esito della valutazione sia positivo, lo studente deve conseguire nella prova orale almeno la sufficienza, pari a diciotto punti. Per superare con esito positivo la prova orale, lo studente dovrà dimostrare di possedere una complessiva conoscenza dei contenuti, esposti in maniera sufficientemente corretta e con l’utilizzo di un’adeguata terminologia tecnica. Nel caso di presentazione dell’eventuale progetto applicativo, questo dovrà verificare i requisiti funzionali minimali concordati con il docente all’atto dell’assegnazione del progetto stesso. Per ottenere la valutazione massima lo studente dovrà dimostrare di possedere una conoscenza approfondita dei contenuti dell’insegnamento, esposti con completa padronanza del linguaggio tecnico. La lode è riservata agli studenti che, avendo svolto la prova orale in modo corretto e completo, abbiano dimostrato una particolare brillantezza e padronanza della materia nella esposizione orale e nella discussione/presentazione dell’eventuale progetto applicativo.

Testi consigliati
Jean-Philippe Vasseur, Adam Dunkels, “Interconnecting Smart Objects with IP: The Next Internet”, Elsevier. Ilya Grigorik, “High Performance Browser Networking”, O'Reilly. Rob Manson, “Getting Started with WebRTC - Explore WebRTC for real-time peer-to-peer communication”, PACKT Publishing.

Corsi di laurea

• Ingegneria Elettronica (Corso di Laurea Magistrale (DM 270/04))