Politecnico di MilanoFacoltà di Ingegneria dell’Informazione

Reti Wireless

Prof. Antonio Capone

Politecnico di MilanoFacoltà di Ingegneria dell’Informazione

1 – Introduzione

Reti Wireless

Prof. Antonio Capone

Il docente

Prof. Antonio Capone

Ufficio:

Dip. di Elettronica e Informazione

3° piano

stanza 335

Tel: (02 2399) 3449

E-mail: capone@elet.polimi.it

Web page: http://home.dei.polimi.it/capone/

Orario di ricevimento:

Martedì 14.00-15.30

A. Capone: Reti Wireless 3

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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Materiale didattico

Articoli e testi disponibili sulla pagina web dei corsi

Lucidi dei corsi

Link disponibili sulle pagine web dei due corsi

A. Capone: Reti Wireless 6

Home page del corso

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

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

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(*).

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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

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

Phones …

12A. Capone: Reti Wireless

Mobile phones

13A. Capone: Reti Wireless

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

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

Mobile subscribers by country

16

Source: ITU

Data: 2009

A. Capone: Reti Wireless

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

Network management & control

18A. Capone: Reti Wireless

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

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

A. Capone: Reti Wireless 20

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

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

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

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

Programma: RRM

Long Term Evolution (LTE)

Architettura del sistema

Interfaccia radio

Core network

VOIP over LTE

A. Capone: Reti Wireless 25

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).

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).

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).

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).

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

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