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Politecnico di MilanoFacoltà di Ingegneria dell’Informazione
Reti Wireless
Prof. Antonio Capone
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Politecnico di MilanoFacoltà di Ingegneria dell’Informazione
1 – Introduzione
Reti Wireless
Prof. Antonio Capone
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Il docente
Prof. Antonio Capone
Ufficio:
Dip. di Elettronica e Informazione
3° piano
stanza 335
Tel: (02 2399) 3449
E-mail: [email protected]
Web page: http://home.dei.polimi.it/capone/
Orario di ricevimento:
Martedì 14.00-15.30
A. Capone: Reti Wireless 3
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Organizzazione del corso
Reti Wireless è un corso integrato composto da due moduli di 5 crediti:
Reti Mobili Distribuite (RMD)
Reti Radiomobili (RRM)
I due corsi saranno svolti in parallelo per evitare problemi con gli orari degli studenti che seguono solo uno dei due
8 ore di lezione da dividere tra i due corsi:
Martedì 15:15-17:15 EL.1 (XXX)
Mercoledì 8:15-10:15 L.26.11 (XXX)
Giovedì 8:15-10:15 L.26.16 (XXX)
Venerdì 17:15-19:15 D1.2 (XXX)
A. Capone: Reti Wireless 4
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A. Capone: Reti Wireless 5
Materiale didattico
Articoli e testi disponibili sulla pagina web dei corsi
Lucidi dei corsi
Link disponibili sulle pagine web dei due corsi
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A. Capone: Reti Wireless 6
Home page del corso
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Scopo del corso:Reti radiomobili
Fornirvi le conoscenze di base della tecnologia e dei protocolli delle reti radiomobili
A. Capone: Reti Wireless 7
Reti radiomobili Architetture cellulari Pianificazione e
progetto di reti Segnalazione GSMS GPRS UMTS LTE
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A. Capone: Reti Wireless 8
Scopo del corso:Reti mobili distribuite
Reti wireless distribuite e a pacchetto Tecnologie e protocolli per
reti d'accesso wireless (WiFi, WiMax, Bluetooth, Zigbee)
Metodologie per l’analisi dei meccanismi d’accesso al canale radio
Algoritmi distribuiti per la gestione e il controllo delle reti wireless
Architettura e i protocolli delle reti wireless multihop (reti ad hoc e reti di sensori)
Progetto sperimentale su reti ad hoc
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Prerequisiti
Reti radiomobili: Fondamenti delle reti di telecomunicazione, dei protocolli TCP/IP, basi della teoria delle code (*), basi di ottimizzazione (*).
Reti mobili distribuite:Fondamenti delle reti di telecomunicazione, dei protocolli TCP/IP, basi di teoria delle code(*).
A. Capone: Reti Wireless 9
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A. Capone: Reti Wireless 10
Modalità d’esame
Esame scritto
A discrezione del docente può essere richiesta una prova orale (tipicamente per voti scritto >26)
Progetto sperimentale (solo RMD) reti wireless in ambiente Linux Si può svolgere in piccoli gruppi.
Il progetto sperimentale non è obbligatorio ma fortemente consigliato
Note organizzative: Scritto RW, RRM, RMD contemporaneo nelle stesse aule
Esame RW: Scritto, (Progetto), (Orale)
Esame RRM: Scritto, (Orale)
Esame RMD: Scritto, (Progetto), (Orale)
Chi è iscritto sia a RRM che a RMD segue le regole di RW e prende alla fine lo stesso voto nei due esami
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A. Capone: Reti Wireless 11
Modalità d’esame
RRM: Scritto: fino a 32 punti (durata tipica 1:30-2)
Orale: +/- 4 punti
RMD: Scritto: fino a 28 punti (durata tipica 1:30-2)
Progetto: fino a 4-5 punti
Orale: +/- 4 punti
RW: Scritto: fino a 30 punti (durata tipica 2-2:30)
Progetto: fino a 2-2.5 punti
Orale: +/- 4 punti
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Phones …
12A. Capone: Reti Wireless
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Mobile phones
13A. Capone: Reti Wireless
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Cellular subscribers vs fixed lines
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
1990 1995 2000 2005 2007 2010
Cellular
Subscribers
Telephone Lines
14
Source: www.etforecasts.com
Mill
ions
A. Capone: Reti Wireless
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Mobile vs fixed vs internet
60 mobile subscribers per 100 inhabitants
19 fixed lines per 100 inhabitants
23 internet users per 100 inhabitants
9 broadband users per 100 inhabitants
15
Source: ITU
Data: 2008
A. Capone: Reti Wireless
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Mobile subscribers by country
16
Source: ITU
Data: 2009
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Network planning tools
17
Main Planning Tools:
Aircom Asset
Mentum Planet
Atoll FORSK
ATDI
WinProp
EDX Signal Pro
CelPlan
Siradel
Pathloss
Main Optimization Engines
Actix
Capesso
A. Capone: Reti Wireless
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Network management & control
18A. Capone: Reti Wireless
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Programma: RRM
Concetti di base
Caratteristiche del canale wireless
Trasmissione numerica su canale wireless
Codifica della voce
Introduzione alle reti radiomobili
Architettura di rete ed elementi funzionali
Tecniche di accesso multiplo per sistemi radio a canale centrale.
Il concetto di copertura cellulare
Il concetto di riuso di frequenza
Gestione della mobilità: selezione di cella, localizzazione, e handover.
A. Capone: Reti Wireless 19
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Programma: RRM
Capacità e pianificazione radio
Modelli matematici ed algoritmi per l’ottimizazione della copertura
Modelli matematici ed algoritmi per l’assegnamento statico delle frequenze
Tecniche di allocazione dinamica dei canali
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Programma: RRM
Analisi delle prestazioni
Modelli per il calcolo della capacità per sistemi CDMA
Modelli di teletraffico per il calcolo delle prestazioni a livello chiamata
Modelli per il dimensionamento della celle e aree di localizzazione
A. Capone: Reti Wireless 21
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Programma: RRM
GSM Architettura ed interfacce
Canali fisici e canali logici
Trasporto in rete fissa
Problematiche di gestione della mobilità: localizzazione ed handover
Richiami sulla segnalazione telefonica
Architettura della rete di segnalazione, protocolli di segnalazione, database di rete, procedure di gestione delle chiamate e di gestione della mobilità
A. Capone: Reti Wireless 22
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Programma: RRM
GPRS Architettura di rete e dei protocolli
Interfaccia radio
Controllo di accesso al mezzo (MAC)
Gestione della mobilità
Scenari di collegamento a reti IP pubbliche e private
A. Capone: Reti Wireless 23
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Programma: RRM
UMTS Accesso Radio
Procedure di spreading e codifica per l’interfaccia W-CDMA
Canali di trasporto e di segnalazione
Procedure di controllo di potenza
Servizio voce e gestione delle risorse radio
Servizi dati a pacchetto
Trasporto e segnalazione nella core network
Interfaccia TDD (Time Division Duplexing)
A. Capone: Reti Wireless 24
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Programma: RRM
Long Term Evolution (LTE)
Architettura del sistema
Interfaccia radio
Core network
VOIP over LTE
A. Capone: Reti Wireless 25
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A. Capone: Reti Wireless 26
Programma: RMD
Tecnologie per reti wireless Wi-Fi (Architettura e protocolli delle reti WLAN,
specifiche IEEE 802.11, meccanismo d’accesso multiplo, fornato delle trame, sistema di distribuzione, gestione della mobilità),
Bluetooth (Le specifiche Bluetooth, picocelle e scatternet, accesso al canale, stati dei terminali, formazione delle rete e segnalazione),
Zigbee (Le specifiche IEEE 802.15.4 e Zigbee alliance, architetture di rete a stella ad albero e mesh, meccanismo d’accesso multiplo),
WMAN (Lo standard IEEE 802.16 – WiMaX, architettura di rete, modalità Point-To-Multipoint, modalità MESH, accesso al canale e scheduling).
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A. Capone: Reti Wireless 27
Programma: RMD
Livello rete e trasporto.
Meccanismi di gestione della mobilità a livello rete (Mobile IP, protocolli di micromobilità).
TCP su wireless (meccanismi di gestione degli errori del canale, soluzioni end-to-end, soluzioni TCP indiretto, soluzione a livello di linea, modelli analitici).
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A. Capone: Reti Wireless 28
Programma: RMD
Accesso multiplo al canale radio (modelli di analisi) Il protocollo Aloha (modello a popolazione infinita,
modello a popolazione finita, modello single-buffer, algoritmi di stabilizzazione)
Modelli per l’analisi di CSMA (Carrier Sense Multiple Access), CSMA/CD (CSMA with Collision Detect), CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance),
Meccanismi a polling (modelli per il calcolo del tempo d’attesa in coda, servizio esaustivo, servizio gated, servizio limitato e round robin)
Meccanismi di scheduling per sistemi radio (problematiche di segnalazione dello stato delle code, scheduling dipendente dallo stato del canale radio, scheduling per sistemi multiportante).
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A. Capone: Reti Wireless 29
Programma: RMD
Reti ad hoc Fondamenti delle reti ad-hoc e delle reti MESH.
Meccanismi di accesso al mezzo per reti ad hoc (MAC casuali e ordinati.
Routing per reti ad-hoc (routing proattivo, routing reattivo, routing geografico, meccanismi ibridi).
Broadcast e multicast nelle reti ad-hoc (modelli per la minimizzazione della potenza, protocolli).
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A. Capone: Reti Wireless 30
Programma: RMD
Reti di sensori (cenni) Scenari applicativi e differenze con le reti ad hoc
mobili Fattori che influenzano il progetto e
l’implementazione di reti di sensori Meccanismi di accesso multiplo e di gestione dei
periodi di attività Meccanismi e protocolli di instradamento a
basso consumo energetico Approcci cross-layer Trasporto dei dati e meccanismi per la loro
aggregazione Modelli ed algoritmi per la pianificazione ed il
controllo
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A. Capone: Reti Wireless 31
Programma
Attività progettuale (ing. Stefano Paris e Alberto Pollastro)
Introduzione a Netkit
Basic Topics
Routing (OLSR e AODV)
Filtering and Shaping (iptables and tc)
Attività progettuale
Netkit