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 

  • Sono state analizzate le sfide legate alla progettazione delle moderne reti sottomarine. In questo contesto, gli aspetti principali includevano: l'uso di componenti hardware specifici per modem acustici, la progettazione di reti di localizzazione trasparenti al protocollo MAC, l'uso di OFDM per 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 fornire impianti eolici in mare aperto tramite fibre ottiche. A questo scopo sono stati analizzati i requisiti per le ripetizioni ottiche sottomarine, considerando la necessità di fornire capacità di rilevamento a una distanza massima di 330 km.
  • Sono state effettuate misurazioni del movimento su diversi pazienti affetti da malattie neurodegenerative e sono stati progettati algoritmi ad hoc per identificare complicanze neurologiche sia durante lo stato di riposo che durante le attività della vita quotidiana. In questo contesto, abbiamo analizzato il compromesso 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 catastrofe. 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 abbiamo considerato la necessità di fornire servizi di emergenza in caso di eventi dirompenti, con un focus specifico sugli ambienti marittimi
  • Sono stati studiati il consumo energetico e l'efficienza temporale dei sistemi di tipo OFDM, esplorando il ruolo svolto dalle procedure di quantizzazione e caricamento dei bit. In questo contesto, sono stati proposti nuovi metodi per accelerare le simulazioni dei canali 5G, consentendo l'analisi di massicci modelli di canali con ingressi multipli e uscite multiple. Inoltre, sono state analizzate le prestazioni delle strategie di allocazione delle risorse basate sull'apprendimento di rinforzo in ambienti dinamici.
L'uso della comunicazione con luce visibile e invisibile nelle reti sottomarine è stato analizzato in mare aperto e i risultati indicano che l'ultravioletto è il più resistente al rumore della luce solare. È stato sviluppato e testato un efficiente protocollo di localizzazione basato sull'impronta digitale per il tracciamento di un veicolo subacqueo autonomo (AUV). È stato progettato un sistema multi-agente composto da una nave di superficie autonoma (ASV) e due AUV che svolgono un compito di ispezione, considerando una rete acustica e ottica multimodale per il coordinamento dei dispositivi. La topologia ideale dei componenti elettronici per ambienti estremi è stata tradotta in topologia reale dal Process Design Kit e quindi ottimizzata tramite simulazioni per ottenere il progetto finale. Per migliorare le prestazioni del sistema di monitoraggio sottomarino, è stato adottato un progetto avanzato che considera il multiplexing nel tempo, la frequenza o più fibre. In questo contesto è prevista una campagna di test e prototipazione per migliorare ulteriormente la valutazione delle prestazioni. È in corso uno studio clinico randomizzato che coinvolge tre diversi neurologi e gli algoritmi progettati per la classificazione del movimento, con risultati preliminari promettenti. In particolare, i risultati hanno indicato che la variabilità della frequenza cardiaca trasporta informazioni cruciali per guidare l’identificazione dei disturbi del sonno senza richiedere sensori aggiuntivi. Infine, è stato proposto un nuovo protocollo per valutare la postura dei soggetti in condizioni dinamiche, considerando le caratteristiche tecniche delle comunicazioni intracorporee (intra-tessuto adiposo). Nello scenario IoT di fascia alta, abbiamo studiato come configurare la gestione del fascio per soddisfare i vincoli di qualità del servizio (QoS) in base a parametri di rete specifici. Nello scenario non terrestre, abbiamo valutato le prestazioni di un collegamento di comunicazione tra un satellite in orbita equatoriale geostazionaria (GEO) e una piattaforma ad alta quota (HAP). Nello scenario di allocazione delle risorse, abbiamo sviluppato un'architettura incentrata sull'UE in cui le decisioni di allocazione vengono prese dagli UE locali e gli algoritmi di apprendimento automatico consentono di ridurre la latenza dovuta alle ritrasmissioni. Abbiamo sviluppato un'implementazione efficiente del modello di canale 3GPP per piattaforme GPU, sfruttando il parallelismo e la gerarchia della memoria: i dati sperimentali mostrano che il sistema proposto raggiunge una velocità complessiva di circa 240 volte rispetto al modello originale. Inoltre, abbiamo definito una strategia di apprendimento continuo in grado di ridurre al minimo i costi di calcolo, comunicazione ed energia negli scenari periferici della rete, considerando l'uso di metriche di comunicazione più avanzate in canali vincolati.
  • 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
  • Athonet
Podcast Tutto Connesso – Come si comunica sott’acqua? https://www.spreaker.com/user/polimi/tc-84-comunicazioni-subacquee July 30, 2023
  1. Publications
    • Expected: at least 75 publications in 36 months
    • Accomplished: 29
    • Readiness: 100%
  2. Joint Publications
    • Expected: >=30% joint publications in 36 months
    • Accomplished: 3 joint publications out of 29
    • Readiness: 100%
  3. Talks/Communication events
    • Expected: 30 talks or event chairing/organizing within SEXTET activities in 36 months
    • Accomplished: > 10 (including dissemination events and conference presentations)
    • Readiness: 100%
  4. Demo/PoC
    • Expected: 2 PoCs expected by the end of the project
    • Accomplished: 0
    • Readiness: 100% (work according to plan)
  5. Project Meetings
    • Expected: 20 meetings
    • Accomplished: 4 meetings
    • Readiness: 100%
  6. Patents/Innovations
    • Expected: 2 items over 36 months
    • Accomplished: 0
    • Readiness: 100%

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 marco.giordani at unipd.it


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