Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Paola PIERLEONI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [IM11] INGEGNERIA ELETTRONICA (Curriculum: Smart and Secure Communication Networks) Master Degree (2 years) - [IM11] ELECTRONICS ENGINEERING (Curriculum: Smart and Secure Communication Networks)
Dipartimento: [040040] Dipartimento Ingegneria dell'InformazioneDepartment: [040040] Dipartimento Ingegneria dell'Informazione
Anno di corsoDegree programme year : 2 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2020-2021
Anno regolamentoAnno regolamento: 2019-2020
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: C - Affine/Integrativa
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-INF/03 - TELECOMUNICAZIONI
ITALIANO
Italian
Questo corso richiede la conoscenza dei concetti di base della teoria dei
segnali e delle telecomunicazioni.
This course requires the knowledge of the basic concepts of signal and
telecommunications theory.
Durata del corso: 72 ore ripartite tra lezioni frontali ed attività di
laboratorio.
(Lezioni frontali 48 ore, Laboratorio 24 ore).
Course duration: 72 hours divided between frontal lessons and laboratory
activity.
(Lectures 48 hours, Lab 24 hours).
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 le reti di 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.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
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.
Knowledge and Understanding.
To know and understand the issues related to the design of wireless
sensor networks related to their pervasive influence, the characteristics
of the transmission medium, the variety of network architectures and
possible applications. Increase knowledge of standard protocols and
emerging ones in the scientific literature regarding the Internet of Things,
by analyzing the performance achievable under changing choices in each
level of the protocol architecture. Study the so-called smart objects and
how networks of smart objects can be interconnected using the IP
protocol to be able to understand and define innovative technics in the
design of IoT’s systems.
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
To be able to make informed choices on the basis of quality of service
and traffic characteristics for the specific application, and to use this
knowledge for the development and implementation of original solutions
in various application fields and, if possible, in research ones. In general,
to evaluate, analyze and solve problems in new and emerging areas such
as the Internet of Things using the newest technologies.
Transversal Skills.
A smart object is essentially a device equipped with sensing / actuator
units, a microprocessor, a communication device and a power source.
The scope of the study is therefore highly interdisciplinary, involving
sectors such as micro- and nano-electronics, embedded systems, wireless
sensor networks, ubiquitous computing, mobile computing, computer
networking, mobile telephony, telemetry, etc. The description of projects
already carried out and the implementation of new ones through
laboratory experiences will provide cross skills in different ICT disciplines
giving the students the ability to use, develop and manage disparate
technologies and skills within broader contexts related to their field of
study. It will start from the analysis of the problem to get through the
design, implementation, optimization and verification of the final system
performance.
Generalita su Internet of Things (IoT).
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. Bluetooth ed applicazioni. 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. HTTP, HTTPS.
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. MQTT. LwM2M.
Standardizzazione. Interoperabilità. Tecnologie non IP. Bluetooth mesh e
beacon.
Formati di scambio dati. 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).
WBSN e WSN: tutorial e programmazione in realizzazioni pratiche (smart
lighting, power metering, rivelazione di prossimità, dispositivi biomedici
indossabili, ecc.). Utilizzo del BLE per la trasmissione delle informazioni.
Sviluppo e test di IMU. Filtri di orientazione e filtro complementare.
Tecniche di classificazione. Algoritmi di Fall Detection. MatLab per signal
processing di dati acquisiti da sensori. Applicazione di sistemi inerziali al
monitoraggio di pazienti neurologici e per test clinici. Rilevamento
posturale. Livello di attività e tracking. WSN per IoT. Simulatori di rete.
Applicazione di WSN per localizzazione indoor. Progetto di web server per
dati sensori. Esempi di sistemi di gestione web-based per reti di sensori.
Presentazione delle proposte di attività per la realizzazione di tesine.
General: Internet of Things (IoTs).
Wireless Sensor Network (WSNs) and Wireless Body Sensor Networks
(WBSNs). Sensor Network protocol stack: Physical Layer, Data Link Layer,
Network Layer, Transport and Application Layers. Cross Layer
optimization. Energy Management. Relevant Standards for each level of
the protocol stack. Bluetooth and applications. Design constrains and
WBSNs applications.
Internet of Things over IP protocol Architecture. Fundamental TCP/IP
architectural design principles. Recalls of IPv4. QoS: delay, jitter, packet
loss. Transport protocols: TCP, UDP. IPv6 and TCP/IP protocol stack.
Fragmentation. High level protocols. HTTP, HTTPS.
Smart Objects hardware and software. Operanting Systems for Smart
Objects. IPv6 for Smart Objects and the Internet of Things.
uIPv6. The 6LowPAN Adaptation Layer. RPL: routing in Smart Objects
networks. CoAP. MQTT. LwM2M. Standardization. Interoperability. Non-IP
Smart Objects tecnologies. Bluetooth mesh and beacon. Lightweight
data-interchange formats. Web services for Smart Objects. Connectivity
models for Smart Objects networks. Security for Smart Objects. Theory
about inertial sensors. Accelerometer, gyroscope, magnetometer and
barometer. Orientation filters: acquisition, calibration, data fusion.
Acquisition, processing and transmission of biometric signals: ECG, EMG,
breathing etc.
Indoor localization techniques. The application of Smart Objects networks
for indoor localization.
Monitoring of environmental parameters for Smart Cities, Smart Lighting,
Smart Home, precision agriculture, logistics applications, etc.
Laboratory activity (24 hours).
WBSN and WSN: Tutorial and programming in
practical realizations (smart lighting and power metering systems,
proximity detection, wearable biomedical devices, etc.). Use of BLE in
simple transmission systems. IMU. Orientation and complementary filters.
Classification techniques. Fall Detection algorithms. MatLab simulations
on filters and algorithms. Application of inertial systems for the
monitoring of neurological diseases and clinical tests. Postural detection.
Activity level and tracking. WSN for the IoT. Network simulators.
Development and application of a WSN system for indoor localization.
Design of Web server services for sensor data. Examples of web-based
management systems for sensor networks. Proposition of facultative
experimental projects to the students.
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 WSN. 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 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.
Per un esito positivo della valutazione, lo studente deve conseguire nella
prova orale almeno la sufficienza, pari a 18 punti, e possedere una
conoscenza dei contenuti, esporli in maniera corretta e con l’utilizzo di
un’adeguata terminologia tecnica. Nel caso di presentazione del progetto
applicativo, esso deve verificare requisiti funzionali minimali concordati
con il docente all’assegnazione dello stesso. La valutazione massima
spetta agli studenti che mostrino una conoscenza approfondita dei
contenuti dell’insegnamento e li espongano con padronanza del
linguaggio tecnico. La lode è riservata a coloro che svolgono la prova
orale in modo corretto e completo e mostrino brillantezza e padronanza
della materia nell’esposizione orale o nella presentazione dell’eventuale
progetto applicativo.
Learning Evaluation Methods.
The students learning assessment is done through a verbal examination
that covers specific topics of the course. This assessment can optionally
also include the presentation and discussion of a project chosen among
those proposed by the teacher. The project is typically a practical
implementation of one of the topics covered in the course. It will be
presented in the form of technical report and / or hw / sw prototype
version, typically a Wireless Sensor Network subsystem.
The project can be done in groups. The size of each group shall be agreed
with the teacher on the basis of the complexity of the chosen project. The
discussion of the project and the verbal examination must take place with
the participation of all students belonging to the same group.
Learning Evaluation Criteria.
The student must demonstrate the understanding of the fundamental
concepts of network architectures and protocol stacks discussed during
the course to successfully pass the assessment of learning. In addition,
the student must identify the problems and the design criteria with
reference to the different application fields, the specific quality of service
and traffic parameters. The student must know how to apply, in
independent way, those criteria and procedures to the design of simple
network architectures, offering the most suitable protocols for each layer
of the stack, taking into account the issues involved.
The student, during the verbal examination, may present and discuss an
optional project, showing knowledge, methodological skills and
technological constraints of the proposed solution.
Learning Measurement Criteria.
The verbal examination is evaluated by a score of thirty.
Final Mark Allocation Criteria.
During the verbal examination the student must obtain a score of at least
eighteen points in order to have a positive evaluation. The student must
demonstrate an overall knowledge of the topics and present them in a
correct manner and with the use of proper technical terminology to
successfully pass the verbal examination. In case of submission of a
project, it must fullfil the minimal functional requirements agreed with
the teacher.The student must demonstrate a thorough understanding of
topics presented with a mastery of technical language to get the
maximum score. Praise is given to students who perform correctly the
verbal examination and show a particular brilliance and mastery of the
topics.
Slide delle lezioni e materiale integrativo messo a disposizione dal
docente sulla piattaforma Moodle.
https://learn.univpm.it
“Interconnecting Smart Objects with IP: The Next Internet”, Jean-Philippe
Vasseur, Adam Dunkels, Ed. Elsevier.
“High Performance Browser Networking”, Ilya Grigorik, Ed. O'Reilly.
“Getting Started with WebRTC - Explore WebRTC for real-time peer-topeer
communication”, Rob Manson, PACKT Publishing.
web platform; additional reading material (like papers) suggested or
provided by the lecturer through the same website.
https://learn.univpm.it
“Interconnecting Smart Objects with IP: The Next Internet”, Jean-Philippe
Vasseur, Adam Dunkels, Ed. Elsevier.
“High Performance Browser Networking”, Ilya Grigorik, Ed. O'Reilly.
“Getting Started with WebRTC - Explore WebRTC for real-time peer-topeer
communication”, Rob Manson, PACKT Publishing.
No
No
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2020-2021
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427