Il progetto strutturale di RESTART S10 – SEXTET esplora nuove soluzioni di telecomunicazione per scenari estremamente difficili che promettono un enorme impatto sociale ed economico. Gli esempi includono:
- ambienti sottomarini, caratterizzati da una propagazione radio e luminosa molto limitata e da un canale acustico difficile e variabile nel tempo;
- aree portuali che richiedono comunicazioni a lungo raggio per far fronte a riflessioni e ostruzioni massicce;
- applicazioni sanitarie con dispositivi impiantabili comunicanti o nano robot iniettabili;
- aree disastrate in cui le comunicazioni senza infrastruttura supportano le squadre di primo soccorso;
- monitoraggio permanente di vaste aree o infrastrutture civili, dove i sensori sono autosufficienti dal punto di vista energetico.
SEXTET affronta sistematicamente le sfide delle comunicazioni e delle reti in ambienti estremi attraverso un approccio olistico che va dall’elettronica di recupero dell’energia per alimentare i dispositivi, a nuovi schemi di codifica e modulazione in grado di affrontare condizioni di propagazione difficili, nonché protocolli di accesso e di gestione della rete per fornire una connettività end-to-end, fino all’elaborazione e all’analisi dei dati per estrarre le informazioni più preziose.
SEXTET fa parte dello Spoke 6 – Innovative Architectures and Extreme Environments
PI di progetto: Michele Zorzi
Il progetto SEXTET ha portato alla realizzazione delle seguenti attività di ricerca:
[M1-M9]
[M1-M9]
- Sono state analizzate le sfide legate alla progettazione di moderne reti subacquee. In questo contesto, gli aspetti principali hanno riguardato: l'uso di componenti hardware specifici per i modem acustici, la progettazione di reti di localizzazione trasparenti al protocollo MAC, l'uso di OFDM per la trasmissione acustica e l'analisi delle migliori forme d'onda ottiche per la comunicazione subacquea.
- I componenti elettronici ad alta frequenza (10 GHz) per ambienti estremi sono stati progettati e analizzati tramite un simulatore standard del settore. Inoltre, è stato studiato un sistema di monitoraggio a lunga distanza per la fornitura di impianti eolici in mare aperto tramite fibre ottiche. A questo scopo, sono stati analizzati i requisiti delle ripetizioni ottiche sottomarine, considerando la necessità di fornire capacità di rilevamento a una distanza fino a 330 km.
- Sono state eseguite misure di movimento su diversi pazienti affetti da malattie neurodegenerative e sono stati progettati algoritmi ad hoc per identificare le complicazioni neurologiche sia durante lo stato di riposo che durante le attività della vita quotidiana. In questo contesto, abbiamo analizzato il trade-off tra prestazioni e consumo energetico per consentire il monitoraggio in condizioni difficili.
- È stato sviluppato un sistema di gestione della rete 5G per scenari di protezione pubblica e soccorso in caso di calamità. In particolare, per la valutazione delle prestazioni sono stati considerati tre scenari estremi: reti IoT di fascia alta, reti non terrestri e sistemi di allocazione delle risorse per l'IoT industriale. Per tutti gli scenari è stata considerata la necessità di fornire servizi di emergenza in caso di eventi dirompenti, con un focus specifico sugli ambienti marittimi.
- Sono stati analizzati il consumo energetico e l'efficienza temporale dei sistemi OFDM-like, esplorando il ruolo svolto dalle procedure di quantizzazione e di caricamento dei bit. In questo contesto, sono stati proposti nuovi metodi per accelerare le simulazioni dei canali 5G, consentendo l'analisi di modelli di canale massivi a ingresso multiplo e uscita multipla. Inoltre, sono state analizzate le prestazioni delle strategie di allocazione delle risorse basate sul reinforcement learning in ambienti dinamici.
- avanzare lo stato dell'arte delle comunicazioni subacquee, proponendo nuovi schemi di modulazione e codifica per scenari subacquei e progettando uno stack di comunicazione sicuro in grado di passare in modo ottimale tra modem ottici e acustici;
- studiare ambienti di propagazione difficili (ad esempio, comunicazione in acqua, sottoterra e in tubature O&G) e progettare un'architettura di rete completa (comprendente antenne, sensori e protocolli di comunicazione) per lo scambio di media in tali condizioni;
- progettare un sistema di rete di teleassistenza per consentire il monitoraggio continuo del Parkinson e di altre malattie croniche, con l'obiettivo di cogliere l'evoluzione della malattia e adeguare correttamente il programma di trattamento e i percorsi di riabilitazione;
- sviluppare nuovi algoritmi per promuovere un uso efficiente delle risorse di rete in ambienti estremi, concentrandosi sulla progettazione di hardware a basso consumo e di protocolli innovativi per supportare la comunicazione, il calcolo e l'elaborazione dei dati, considerando sia l'efficienza energetica sia il costo degli algoritmi di apprendimento.
Ad oggi, il progetto SEXTET ha portato ai seguenti risultati industriali e scientifici:
- progettare nuovi protocolli per supportare la comunicazione multimodale (ottica e acustica) e la localizzazione dei nodi in scenari subacquei;
- identificare la configurazione ottimale per i trasduttori acustici utilizzati dai veicoli subacquei autonomi per operare nella banda quasi-ultrasonica;
- sviluppo di nuovi componenti elettronici per consentire una comunicazione efficiente in ambienti difficili, considerando sia l'analisi prototipale che quella simulativa;
- realizzazione di uno studio clinico randomizzato per testare l'utilità di un sistema indossabile per il monitoraggio dei disturbi del movimento e del sonno nella popolazione affetta da Parkinson;
- implementazione di un nuovo simulatore per consentire l'analisi di protocolli di rete non terrestri, basati sulla comunicazione satellitare;
- progettazione di un nuovo stack di riferimento ICT, denominato MONICA Standard Platform, per consentire la comunicazione nelle aree portuali anche in caso di eventi di disturbo;
- ottimizzare il modello di canale 5G in base alle piattaforme GPU, sfruttando il parallelismo e la gerarchia della memoria e riducendo la quantità di segnalazione nelle applicazioni di tipo OFDM.
- Università di Roma, Tor Vergata
- Politecnico di Torino
- Università di Padova
- Università di Reggio Calabria
- Università di Roma Sapienza
- Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni (CNIT)
- Prysmian
- Hewlett Packard Enterprise (HPE)
Podcast Tutto Connesso – Come si comunica sott’acqua?
https://www.spreaker.com/user/polimi/tc-84-comunicazioni-subacquee
July 30, 2023
Expected KPIs are referred to the whole RESTART project.
- Publications
Expected: at least 100 publications on 36 months
Accomplished: 26
Readiness: 80% - Joint Publications
Expected: >=30% joint publications on 36 months
Accomplished: 5 joint publications over 29
Readiness: 50% - Talks/Communication events
Expected: 30 talks or event chairing/organizing within SEXTET activities on 36 months
Accomplished: > 10 (among dissemination events and conference presentations)
Readiness: 100% - Demo/Proof of Concept
Expected: 5 Proof of Concepts expected by the end of the project
Accomplished: 0
Readiness: 0% (work according to plan) - Project Meetings
Expected: > 36 meetings
Accomplished: 6 meetings
Readiness: 50% - Patents/Innovations
Expected: 10 items over 36 months
Accomplished: 0
Readiness: 0% - Open Source contributions
Expected: 3
Accomplished: 0
Readiness Level: 0% (work according to plan) - Standardization contributions
Expected: 6
Accomplished: 0
Readiness Level: 0% (work according to plan)
Proposte di collaborazione
Il progetto SEXTET è aperto a collaborazioni sui seguenti temi:
- Architetture di rete subacquee e non terrestri
- Antenne innovative per la trasmissione/ricezione ad altissima frequenza
- Sistemi di monitoraggio remoto per la tele-sanità
- Tecniche di ottimizzazione delle risorse per il 5G New Radio
È possibile avanzare proposte di collaborazione sul progetto contattando il PI del progetto.
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