Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"

1 - Introduzione al corso.
1.1 generalità: Segnali, trasmissioni, reti, architetture, protocolli, incapsulamento. Architettura di Internet. Servizi, sistemi, strati protocollari, modello OSI vs. TCP/IP, cenni ad attacchi (ARP poisoning, DNS spoofing) e vulnerabilità.
1.2: modi di trasferimento: Multiplazione e commutazione. Multiplazione TDM: trama, slot. Commutazione a circuito. Segnalazione. Commutazione a pacchetto: vantaggi e svantaggi. Commutazione a circuito virtuale, label switching, esempi (MPLS, TOR).
1.3 Accesso multiplo: concetti di base, FDMA, TDMA, hybrid TDMA/FDMA, cenni a CDMA. Acesso casuale: ALOHA, prestazioni di ALOHA e Slotted Aloha, carrier sense (CSMA) e vantaggi su ALOHA.

2. Tecnologie di rete in area locale.
2.1. Ethernet di base. Storia, standardizzazione 802, mezzi trasmissivi, topologie, hub ed architetture a stella. Trama ethernet: preamboli e codifica, indirizzi, CRC. Accesso multiplo: CSMA/CD, collisioni, diametro di rete, backoff.
2.2. Ethernet commutata: repeater, bridge e switch, dominio broadcast vs dominio collisione, buffering in bridge, cut-through, learning e forwarding, cenni a TCAM, hash tables, ed HW per forwarding, cenni a sicurezza.
2.3. Wireless LAN, interfaccia radio: introduzione, cenni storici, canale radio, adaptive modulation/coding. CSMA/CA, Hidden ACK ed Hidden terminal: virtual carrier sense; duration field, handshake RTS/CTS. Backoff: differenze con Ethernet, dettagli del protocollo DCF 802.11. Throughput in 802.11, calcolo overhead 802.11, performance anomaly e calcolo throughput con più terminali.
2.4. Wireless LAN, architettura di rete: indirizzamento in WLAN; BSS, IBSS/ad-hoc, formato trame, ESS, Distribution Service, perché 4 indirizzi in Wireless Distribution Service.

3. Controllo della trasmissione e dell’errore.
3.1. Codici per il controllo dell’errore: Error detection: Frame Check Sequence, concetto di distanza, algoritmi e polinomi per calcolo CRC. Error Correction con codici a blocchi, BCH, Reed-Solomon. Error Correction con codici convoluzionali, prestazioni asintotiche. Cenni a decodifica soft e turbo-codici.
3.2. Automatic Retransmission Request: Scenari di ritrasmissione, FEC vs ARQ vs Network Coding. Modelli per calcolo prestazioni: Stop & Wait, pipelining, condizioni per trasmissione continua. Prodotto banda ritardo. Applicazione a throughput limite di TCP. Go Back N e Selective Repeat: dettagli. Esempio: il caso del protocollo HDLC (incapsulamento, bit stuffing, byte stuffing, controllo di errore, tipologie di trame).

4. Reti radiomobili cellulari
4.1 – Basi di propagazione e canale radio: legge di Friis, modelli di attenuazione, cenni a modello a due raggi, modello con distanza di riferimento, modelli empirici (es. Okumura-Hata). Fading e modelli di fading (Modello LogNormale per shadowing), margine di fading, calcoli di outage con erf/erfc e dimensionamento celle radio.
4.2 – Gestione delle risorse in sistemi cellulari (basi): riuso delle frequenze, cluster, distanza di riuso, interferenza co-canale, esempi di dimensionamento. Settorizzazione antenne, calcolo CCI per antenne trisettorizzate e per settori a 60°.

5. Elementi di segnali e trasmissione.
5.1 Segnali: generalità, modellizzazione TX/RX, segnali particolari (gradino, segno, rettangolo, sinc, etc). Energia del segnale, potenza del segnale, impulso. sistemi lineari tempo invarianti, convoluzione, correlazione. Crosscorrelazione, autocorrelazione, relazioni principali, energia mutua. Connessione di quadripoli in cascata e mutuo adattamento.
5.2 Rappresentazione di segnali e Fourier. Famiglie di segnali ortogonali/ortonormali, funzioni circolari come segnali ortogonali, serie di Fourier, trasformata di Fourier, trasformate notevoli con esercizi, trasformate di segnali limitati nel tempo,
concetto di Banda. Teorema del campionamento / Nyquist. Ricostruzione dei segnali a partire da campioni. Segnale analitico.
5.3: elementi di trasmissione: banda minima, segnalazione binaria, comunicazione in banda base, probabilità di errore in funzione del rapporto Eb/N0. Il concetto di modulazione. Modulazione analogica. Modulazione di ampiezza, frequenza, fase. Tecniche di base di modulazione digitale: BPSK, QPSK, QAM.

6. Elementi di dimensionamento dei sistemi e teoria delle code.
6.1 – sistemi a circuito (pura perdita). Traffico come processo ON/OFF, descrizioe statistica, intensità del traffico. Concetto di Erlang di traffico. Statistiche del traffico offerto: distribuzione binomiale, approssimazione di Poisson. Traffico smaltito: proporzionalità del traffico smaltito e calcolo distribuzione traffico smaltito. Formula B di Erlang. Traffico smaltito in Erlang, traffico perduto, traffico piccato/livellato e traffico di trabocco, efficienza, relazioni tra le varie grandezze. Aggregazioni e multiplazione statistica. Esempi di pianificazione cellulare, con trade-off tra dimensionamento radio e dimensionamento in base al traffico
6.2 – catene di Markov: Distribuzione esponenziale negativa, assenza di memoria, paradosso della vita residua, legame con distribuzione di Poisson. Processi a stati discreti, catene, diagramma degli stati, frequenze di transizione di stato. Processo di sola nascita. Catene di Markov, equazioni di Chapman-Kolmogorov, bilancio flussi di probabilità in regime transitorio. Distribuzione stazionaria: bilancio dei flussi di probabilità a regime: teorema di conservazione.
6.3 – elementi di teoria delle code. Sistemi a coda, notazione di Kendall, discipline di servizio. Distribuzione stazionaria per coda M/M/N/N e ri-derivazione formula B di Erlang.. Coda M/M/1: introduzione e calcolo distribuzione stazionaria, indici prestazionali, ritardo di coda e nel sistema, legge di Little. Coda N/N/C e guadagno di multiplazione rispetto a C x M/M/1, formula C di Erlang. Coda M/M/C/C/K e formula di Engset.

A. Pattavina, “Reti di Telecomunicazione”, Wiley, 2015
G. Bianchi, “Introduzione alle catene di Markov”, Dispense fornite dal docente.
F. Valdoni, “Segnali e trasmissione”, dispense fornite dal docente.
Altro materiale (slides) fornito dal docente

1 - Introduzione al corso.
1.1 generalità: Segnali, trasmissioni, reti, architetture, protocolli, incapsulamento. Architettura di Internet. Servizi, sistemi, strati protocollari, modello OSI vs. TCP/IP, cenni ad attacchi (ARP poisoning, DNS spoofing) e vulnerabilità.
1.2: modi di trasferimento: Multiplazione e commutazione. Multiplazione TDM: trama, slot. Commutazione a circuito. Segnalazione. Commutazione a pacchetto: vantaggi e svantaggi. Commutazione a circuito virtuale, label switching, esempi (MPLS, TOR).
1.3 Accesso multiplo: concetti di base, FDMA, TDMA, hybrid TDMA/FDMA, cenni a CDMA. Acesso casuale: ALOHA, prestazioni di ALOHA e Slotted Aloha, carrier sense (CSMA) e vantaggi su ALOHA.

2. Tecnologie di rete in area locale.
2.1. Ethernet di base. Storia, standardizzazione 802, mezzi trasmissivi, topologie, hub ed architetture a stella. Trama ethernet: preamboli e codifica, indirizzi, CRC. Accesso multiplo: CSMA/CD, collisioni, diametro di rete, backoff.
2.2. Ethernet commutata: repeater, bridge e switch, dominio broadcast vs dominio collisione, buffering in bridge, cut-through, learning e forwarding, cenni a TCAM, hash tables, ed HW per forwarding, cenni a sicurezza.
2.3. Wireless LAN, interfaccia radio: introduzione, cenni storici, canale radio, adaptive modulation/coding. CSMA/CA, Hidden ACK ed Hidden terminal: virtual carrier sense; duration field, handshake RTS/CTS. Backoff: differenze con Ethernet, dettagli del protocollo DCF 802.11. Throughput in 802.11, calcolo overhead 802.11, performance anomaly e calcolo throughput con più terminali.
2.4. Wireless LAN, architettura di rete: indirizzamento in WLAN; BSS, IBSS/ad-hoc, formato trame, ESS, Distribution Service, perché 4 indirizzi in Wireless Distribution Service.

3. Controllo della trasmissione e dell’errore.
3.1. Codici per il controllo dell’errore: Error detection: Frame Check Sequence, concetto di distanza, algoritmi e polinomi per calcolo CRC. Error Correction con codici a blocchi, BCH, Reed-Solomon. Error Correction con codici convoluzionali, prestazioni asintotiche. Cenni a decodifica soft e turbo-codici.
3.2. Automatic Retransmission Request: Scenari di ritrasmissione, FEC vs ARQ vs Network Coding. Modelli per calcolo prestazioni: Stop & Wait, pipelining, condizioni per trasmissione continua. Prodotto banda ritardo. Applicazione a throughput limite di TCP. Go Back N e Selective Repeat: dettagli. Esempio: il caso del protocollo HDLC (incapsulamento, bit stuffing, byte stuffing, controllo di errore, tipologie di trame).

4. Reti radiomobili cellulari
4.1 – Basi di propagazione e canale radio: legge di Friis, modelli di attenuazione, cenni a modello a due raggi, modello con distanza di riferimento, modelli empirici (es. Okumura-Hata). Fading e modelli di fading (Modello LogNormale per shadowing), margine di fading, calcoli di outage con erf/erfc e dimensionamento celle radio.
4.2 – Gestione delle risorse in sistemi cellulari (basi): riuso delle frequenze, cluster, distanza di riuso, interferenza co-canale, esempi di dimensionamento. Settorizzazione antenne, calcolo CCI per antenne trisettorizzate e per settori a 60°.

5. Elementi di segnali e trasmissione.
5.1 Segnali: generalità, modellizzazione TX/RX, segnali particolari (gradino, segno, rettangolo, sinc, etc). Energia del segnale, potenza del segnale, impulso. sistemi lineari tempo invarianti, convoluzione, correlazione. Crosscorrelazione, autocorrelazione, relazioni principali, energia mutua. Connessione di quadripoli in cascata e mutuo adattamento.
5.2 Rappresentazione di segnali e Fourier. Famiglie di segnali ortogonali/ortonormali, funzioni circolari come segnali ortogonali, serie di Fourier, trasformata di Fourier, trasformate notevoli con esercizi, trasformate di segnali limitati nel tempo,
concetto di Banda. Teorema del campionamento / Nyquist. Ricostruzione dei segnali a partire da campioni. Segnale analitico.
5.3: elementi di trasmissione: banda minima, segnalazione binaria, comunicazione in banda base, probabilità di errore in funzione del rapporto Eb/N0. Il concetto di modulazione. Modulazione analogica. Modulazione di ampiezza, frequenza, fase. Tecniche di base di modulazione digitale: BPSK, QPSK, QAM.

6. Elementi di dimensionamento dei sistemi e teoria delle code.
6.1 – sistemi a circuito (pura perdita). Traffico come processo ON/OFF, descrizioe statistica, intensità del traffico. Concetto di Erlang di traffico. Statistiche del traffico offerto: distribuzione binomiale, approssimazione di Poisson. Traffico smaltito: proporzionalità del traffico smaltito e calcolo distribuzione traffico smaltito. Formula B di Erlang. Traffico smaltito in Erlang, traffico perduto, traffico piccato/livellato e traffico di trabocco, efficienza, relazioni tra le varie grandezze. Aggregazioni e multiplazione statistica. Esempi di pianificazione cellulare, con trade-off tra dimensionamento radio e dimensionamento in base al traffico
6.2 – catene di Markov: Distribuzione esponenziale negativa, assenza di memoria, paradosso della vita residua, legame con distribuzione di Poisson. Processi a stati discreti, catene, diagramma degli stati, frequenze di transizione di stato. Processo di sola nascita. Catene di Markov, equazioni di Chapman-Kolmogorov, bilancio flussi di probabilità in regime transitorio. Distribuzione stazionaria: bilancio dei flussi di probabilità a regime: teorema di conservazione.
6.3 – elementi di teoria delle code. Sistemi a coda, notazione di Kendall, discipline di servizio. Distribuzione stazionaria per coda M/M/N/N e ri-derivazione formula B di Erlang.. Coda M/M/1: introduzione e calcolo distribuzione stazionaria, indici prestazionali, ritardo di coda e nel sistema, legge di Little. Coda N/N/C e guadagno di multiplazione rispetto a C x M/M/1, formula C di Erlang. Coda M/M/C/C/K e formula di Engset.

A. Pattavina, “Reti di Telecomunicazione”, Wiley, 2015
G. Bianchi, “Introduzione alle catene di Markov”, Dispense fornite dal docente.
F. Valdoni, “Segnali e trasmissione”, dispense fornite dal docente.
Altro materiale (slides) fornito dal docente