Reti ad-hoc di sensori wireless
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Data inizio: 01/01/2005
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Sommario
Le reti wireless di sensori (wireless sensor networks o WSN) sono reti ad hoc di sensori a basso costo utilizzati per sensing, elaborazione dati e trasmissione wireless (per esempio, reti WPAN basate sullo standard IEEE 802.15). I nodi della rete sono caratterizzati da un’architettura molto semplice e potenza di calcolo/trasmissione moderata. Sono tipicamente usati per il monitoraggio ambientale, gestione/assistenza in situazioni di emergenza (in caso di terremoti, valanghe, etc.), fornitura di servizi multimediali immersivi, etc.
Il progetto di ricerca è finalizzato allo sviluppo di tecniche cooperative/distribuite di trasmissione/ricezione, elaborazione distribuita di dati e localizzazione. Particolare attenzione è concentrata su tecniche di trasmissione/ricezione che consentano la riduzione dei consumi di energia e quindi l’aumento del tempo di autonomia della rete. In particolare: strategie cooperative per l’instradamento ottimale e la trasmissione efficiente di dati in reti ad-hoc; tecniche per l’ottimizzazione del consumo energetico (batterie) o per la massimizzazione della capacità di trasmissione (basate sulla conoscenza della topologia della rete, dello stato di carica della batteria, e/o delle caratteristiche del canale); sistemi multiantenna virtuali/distribuiti. Nei sistemi wireless ad-hoc l’instradamento ottimale può avvenire dalla conoscenza della topologia della rete e dello stato del canale. Tuttavia, è stato recentemente dimostrato che le fluttuazioni di canale possono consentire ai nodi di cooperare per migliorare l’efficienza del sistema. Ne consegue un sistema ad antenne multiple (virtuali) in cui ogni nodo coopera per la trasmissione dell’informazione in modo analogo ad una codifica spazio-tempo. Nell’ambito di questo progetto si studiano le prestazioni di sistemi cooperativi al variare delle caratteristiche del canale e si introducono le strategie di scheduling opportunistico per sistemi cooperativi. Inoltre, le informazioni sulla posizione del nodo unitamente allo stato di carica della batteria consentono di sviluppare algoritmi efficienti di routing in grado di ottimizzare il consumo (locale o globale) di energia (batterie). In particolare il progetto fa riferimento agli standard IEEE 802.16 e IEEE 802.15.4 proponendo dunque lo sviluppo e l'analisi delle prestazioni di sistemi cooperativi di trasmissione in reti MESH IEEE 802.16. e 802.15.4.
Il progetto di ricerca è finalizzato allo sviluppo di tecniche cooperative/distribuite di trasmissione/ricezione, elaborazione distribuita di dati e localizzazione. Particolare attenzione è concentrata su tecniche di trasmissione/ricezione che consentano la riduzione dei consumi di energia e quindi l’aumento del tempo di autonomia della rete. In particolare: strategie cooperative per l’instradamento ottimale e la trasmissione efficiente di dati in reti ad-hoc; tecniche per l’ottimizzazione del consumo energetico (batterie) o per la massimizzazione della capacità di trasmissione (basate sulla conoscenza della topologia della rete, dello stato di carica della batteria, e/o delle caratteristiche del canale); sistemi multiantenna virtuali/distribuiti. Nei sistemi wireless ad-hoc l’instradamento ottimale può avvenire dalla conoscenza della topologia della rete e dello stato del canale. Tuttavia, è stato recentemente dimostrato che le fluttuazioni di canale possono consentire ai nodi di cooperare per migliorare l’efficienza del sistema. Ne consegue un sistema ad antenne multiple (virtuali) in cui ogni nodo coopera per la trasmissione dell’informazione in modo analogo ad una codifica spazio-tempo. Nell’ambito di questo progetto si studiano le prestazioni di sistemi cooperativi al variare delle caratteristiche del canale e si introducono le strategie di scheduling opportunistico per sistemi cooperativi. Inoltre, le informazioni sulla posizione del nodo unitamente allo stato di carica della batteria consentono di sviluppare algoritmi efficienti di routing in grado di ottimizzare il consumo (locale o globale) di energia (batterie). In particolare il progetto fa riferimento agli standard IEEE 802.16 e IEEE 802.15.4 proponendo dunque lo sviluppo e l'analisi delle prestazioni di sistemi cooperativi di trasmissione in reti MESH IEEE 802.16. e 802.15.4.
Risultati del progetto ed eventuali pubblicazioni scientifiche/brevetti
Sono state proposte alcune strategie trasmissive che sfruttino la possibilità per i ricevitori di combinare più repliche del segnale ricevuto da più sensori (sfruttando i benefici della multihop diversity). Lo sfruttamento congiunto di multihopping e cooperazione a livello MAC (Medium Access Control) permette di ottenere significativi risparmi in termini di potenza trasmissiva allocata e guadagni nel tempo di vita complessivo della rete. Sono inoltre state studiate strategie di trasmissione efficienti basate su sistemi virtual MIMO adatte nei casi in cui la distribuzione dei nodi sul territorio sia clusterizzata. Sono state sviluppate tecniche di radio localizzazione basate su misure di ritardi e/o potenza ricevuta (RSSI), con inseguimento dei terminali in caso di sistemi dinamici.
Pubblicazioni:
Pubblicazioni:
- C. Morelli, M. Nicoli, V. Rampa, U. Spagnolini, C. Alippi, “Particle filters for RSS-based localization in wireless sensor networks: an experimental study”, Proc. IEEE ICASSP 2006, May 2006.
- S. Savazzi and U. Spagnolini, “ENERGY AWARE POWER ALLOCATION STRATEGIES FOR MULTIHOP-COOPERATIVE TRANSMISSION SCHEMES,” Conference on Information Sciences and Systems CISS-IEEE, 2006.
- A. del Coso, S.Savazzi, U. Spagnolini and C. Ibars, “VIRTUAL MIMO CHANNELS IN COOPERATIVE MULTIHOP WIRELESS SENSOR NETWORKS,” Conference on Information Sciences and Systems CISS-IEEE, 2006.
- C. Galli, S. Savazzi and U. Spagnolini, “A MULTIHOP-COOPERATIVE TRANSMISSION PROTOCOL FOR ENERGY-LIMITED WPAN SYSTEMS,” 6TH Scandinavian Workshop on Wireless Ad hoc networks, Stockholm, 3-4 May 2006.
- M. Cremaschi, O. Simeone and U. Spagnolini, “Distributed timing synchronization for sensor networks with coupled discrete-time oscillators”, to appear in Proc. International Workshop on Wireless Ad Hoc and Sensor Networks 2006.
- O. Simeone and U. Spagnolini, “Capacity region of wireless ad hoc networks using opportunistic collaborative communications”, to appear in Proc. IEEE International Conference on Communications, 2006.
- N. Varanese, O. Simeone, Y. Bar-Ness and U. Spagnolini, “A power allocation strategy for multi-antenna amplify-and-forward fading relay channels”, Proc. Conference on Information Sciences and Systems, 2006.
- N. Varanese, O. Simeone, Y. Bar-Ness and U. Spagnolini “Achievable rates of multi-hop and cooperative MIMO Amplify-and-Forward relay systems with full CSI”, to appear in IEEE Signal Processing Advances on Wireless Communications, 2006.
- O. Simeone, O. Somekh, Y. Bar-Ness and U. Spagnolini “Information theoretic analysis of multicell decoding and Amplify-and-Forward cooperation between mobiles for TDMA cellular systems,” Proc. Conference on Information Sciences and Systems, 2006.
- O. Simeone, O. Somekh, Y. Bar-Ness and U. Spagnolini, “Throughput of low power cellular systems with collaboration at base stations and mobiles”, MSRI Workshop on Mathematics of Relaying and Cooperation in Communication Networks, 2006.
- S. Savazzi and U. Spagnolini, “ENERGY AWARE POWER ALLOCATION STRATEGIES FOR MULTIHOP-COOPERATIVE TRANSMISSION SCHEMES,” submitted.
- S. Savazzi and U. Spagnolini, “DESIGN OF DISTRIBUTED RANDOMIZED ORTHOGONAL SPACE-TIME CODING SCHEMES FOR COOPERATIVE COMMUNICATION,” submitted.
- O. Simeone and U. Spagnolini, “Capacity of wireless ad hoc networks using opportunistic collaborative communications,” submitted.
- O. Simeone O. Somekh, Y. Bar-Ness and U. Spagnolini, “Uplink throughput of TDMA cellular systems with multicell processing and Amplify-and-Forward cooperation between mobiles”, submitted.
- O. Simeone, O. Somekh, Y. Bar-Ness and U. Spagnolini, “Throughput of low-power TDMA cellular systems with collaborative decoding at the base stations and cooperative transmission between mobiles”, submitted.
