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Obiettivi progetto

Guardando all'evoluzione, anche piuttosto recente, delle reti di accesso wireless, si può chiaramente individuare una tendenza che ha condotto da sistemi incentrati su un'unica tecnologia e su poche stazioni trasmittenti di ampia portata trasmissiva, collocate in punti strategici, ad una situazione che potremmo chiamare "diffusa", riassumibile con il motto: molte stazioni, molte tecnologie, molti attori. Il notevole aumento del traffico offerto, e quindi la richiesta di sistemi di accesso con capacità sempre maggiori, ha condotto, infatti, ad una riduzione costante della dimensione delle celle. Inoltre, l'affermarsi di nuove tecnologie, quali Wi-Fi e WiMAX, accanto alle tradizionali reti cellulari, ha arricchito il numero di tecnologie wireless differenti, le quali, spesso, sono utilizzate in sovrapposizione tra loro, con criteri dettati da logiche di mercato, piuttosto che da considerazioni tecniche. Ad accrescere ulteriormente la complessità dei sistemi in opera, vi è una molteplicità di soggetti che installano e gestiscono apparati wireless: si va dai classici operatori telefonici, ai nuovi Internet Service Provider che offrono connettività dati in aree urbane, dalle amministrazioni pubbliche che  forniscono accesso tramite hot spot, ad associazioni civiche che condividono i loro apparati per realizzare reti mesh cittadine. E' opinione dei proponenti il progetto che la situazione ora dipinta conduca a notevoli inefficienze e ponga serie difficoltà su molti piani. In primo luogo, l'elevato numero di dispositivi da gestire implica un notevole sforzo per configurare, monitorare e mantenere efficienti sia i singoli dispositivi che la rete nel suo complesso. Va inoltre aggiunta la difficoltà nel reperire personale qualificato, soprattutto in relazione alla numerosità dei soggetti coinvolti: mentre per un gestore telefonico tale aspetto è secondario, per altri soggetti, quali enti pubblici o comunità di utenti, la gestione è affidata in outsourcing e si cerca di ridurre al minimo il numero di interventi manutentivi e gestionali necessari. Questi fattori comportano notevoli limitazioni all'esercizio della rete.

Per risolvere queste questioni, da qualche tempo, il mondo della ricerca e dello sviluppo di soluzioni per reti wireless ha focalizzato la sua attenzione sul concetto di “auto-organizzazione” dei dispositivi. L'auto-organizzazione dei dispositivi permette la gestione della rete e l'adattabilità dei dispositivi senza bisogno di alcun intervento umano. Il progetto STEM-Net si pone all'interno del framework creato dal concetto di auto-organizzazione, e il suo obiettivo finale è quello di studiare, analizzare e implementare soluzioni per reti di telecomunicazioni wireless multi-hop che prevedano l'utilizzo di dispositivi “staminali”. Un dispositivo staminale è in grado di riconfigurarsi a vari livelli protocollari in base alla situazione di contesto, al servizio richiesto, alle informazioni precedentemente apprese e all'interazione con le altre unità staminali. Il concetto di “staminalità” del dispositivo di telecomunicazioni wireless è esplicitato all'interno di STEM-Net in 4 rilevanti direzioni di ricerca: riconfigurabilità protocollare (intra-stack), multimodalità (o riconfigurabilità protocollare inter-stack), apprendimento, cooperazione/coordinazione. Il progetto persegue l'obiettivo finale attraverso la definizione di obiettivi specifici legati alle direzioni di ricerca citate, in particolare:

Riconfigurabilità protocollare (intra-stack)

- Individuazione di un'architettura protocollare flessibile che dia la possibilità di incorporare nuove funzionalità, funga da repository delle informazioni accumulate durante il ciclo di vita del dispositivo staminale, consenta lo scambio di informazioni tra livelli diversi in approccio cross-layer, permetta funzioni di controllo trasversali allo stack.

- Determinazione dei parametri di livello fisico e di livello MAC riconfigurabili in base alle caratteristiche dell'ambiente wireless in cui il dispositivo opera ed alle infrastrutture in esso presenti.

- Determinazione delle tecnologie abilitanti per la riconfigurabilità protocollare nei livelli bassi (riconfigurabilità intra-stack) dello stack protocollare (fisico e MAC) che permettano anche l'attivazione “on-the-fly” di estensioni/varianti del protocollo MAC, e siano anche basate sul paradigma di dynamic spectrum access e cognitive radio.

- Definizione di metriche per la valutazione dell'impatto della mobilità dei nodi su ognuno dei livelli della pila protocollare.

Multimodalità (riconfigurabilità protocollare inter-stack)

- Determinazione delle caratteristiche dei livelli rete e trasporto che permettano l'attivazione:

- di funzionalità di routing con switching tra protocolli differenti,

- di funzionalità di bridging tra tecnologie differenti (ad. Wi-Fi e UMTS),

- “on-the-fly” di servizi come DHCP, DNS, Proxy http, Proxy SIP,

- e disattivazione di interfacce.

- Determinazione delle tecnologie abilitanti di riconfigurabilità protocollare nei livelli alti dello stack protocollare (sessione/applicazione) nel caso di nodi staminali multi-modali che, cioè, dispongano di più radio potenzialmente mappate su tecnologie wireless d'accesso eterogenee.

- Definizione di metodologie che consentano di assegnare il ruolo da svolgere a ciascun dispositivo staminale al fine di soddisfare un preciso criterio di

ottimizzazione.

- Definizione di politiche di gestione trasparente del processo di handover verticale tra differenti modalità d'accesso wireless.

- Definizione di sistemi che permettano l'aggiornamento “on-the-fly” software/firmware del dispositivo al fine di implementare funzioni/ protocolli inizialmente non previsti.

Apprendimento

- Studio di tecniche di decision making mediante le quali un'unità staminale può apprendere dinamicamente la configurazione ottimale dei parametri trasmissivi di livello fisico e MAC, dove il concetto di ottimalità fa riferimento al soddisfacimento delle richieste di qualità del servizio delle applicazioni.

- Studio dell'impatto del ciclo cognitive e della riconfigurabilità di livello fisico e MAC sui livelli protocollari di livello rete e trasporto.

- Definizione di modelli matematici per la determinazione del ruolo della topologia nell'ottimizzazione delle risorse usate dall'unità staminale in termini di energia, di banda trasmissiva, di ritardi di propagazione.

Cooperazione/Coordinazione

- Studio di soluzioni di supporto alla multi-modalità concorrente, che consentano ad un'unità staminale di utilizzare tutte le tecnologie d'accesso wireless disponibili al fine di incrementare il potenziale aggregato della comunicazione.

- Analisi delle relazioni tra le forme di riconfigurabilità intra-stack e inter-stack, precedentemente definite, e definizione dei meccanismi di coordinamento attraverso i quali un'unità staminale può scegliere quale dei due approcci utilizzare per andare incontro alle richieste delle applicazioni ed alle caratteristiche dell'ambiente nel quale si trova.

- Definizione di meccanismi di coordinamento e scambio d'informazioni tra i nodi al fine di ottenere uno specifico comportamento globale.

- Definizione di tecniche di cooperazione tra nodi relay di uno stesso flusso dati attraverso algebraic network coding.

- Introduzione di tecniche di coordinazione che permettano di implementare uno scheduling distribuito tra i nodi.

- Implementazione di tecniche di cooperazione che consentano ai nodi di attuare un comportamento comune.

- Analisi dell'eventuale impatto di schemi di cooperazione tra le unità staminali sul processo di configurazione/apprendimento.

- Definizione di algoritmi distribuiti per la determinazione di topologie efficienti che abbiano come fine il soddisfacimento di una richiesta di qualità di servizio o l'esecuzione di un task.

- Definizione di protocolli di coordinamento per la gestione della mobilità controllata dei nodi.

 

P.R.I.N. 2009

 

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