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

Durata del corso: 72 ore ripartite tra lezioni frontali ed attività di laboratorio.
(Lezioni frontali 48 ore, Laboratorio 24 ore).

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.

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.

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.

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.
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.

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.

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.

Alla prova orale è assegnato un punteggio in trentesimi.

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.

Lucidi 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-to-peer communication”, Rob Manson, PACKT Publishing.

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