Obiettivi Formativi

- Acquisire le conoscenze sui concetti basilari relativi alle reti di sensori wireless, dall'architettura dei nodi sensori ai principali protocolli di comunicazione usati in tale tipologia di reti. - Fornire allo studente le capacità necessarie per programmare nodi sensori e per sviluppare applicazioni nell'ambito dell'Internet of Things. - Sviluppare le capacità di apprendimento al fine di applicare i linguaggi di programmazione e i tool usati per la realizzazione di reti sensori wireless. - Tramite le attività di laboratorio lo studente potrà inoltre affinare le proprie abilità comunicative e la capacità di lavorare in gruppo.

Learning Goals

- To understand the fundamental concepts of wireless sensor networks, i.e. architectures and communication protocols; - To provide the student with the ability to program sensor nodes with the aim of developing Internet of Things applications; - To develop learning skills related to languages and software tools for programming wireless sensor networks. - Laboratory activities provide the student with the opportunity to improve his/her communication skills and ability to work in a team.

Metodi didattici

Il corso si svolge attraverso lezioni frontali ed esercitazioni pratiche, supervisionate dal docente e basate sull'utilizzo di software open source per la programmazione e simulazione di reti di sensori wireless (TinyOS e MicroPython).

Teaching Methods

This course is based on classroom lectures and supervised lab activities designed to introduce programming languages and simulation tools for wireless sensor networks, e.g. TinyOS and MicroPython.

Prerequisiti

Conoscenze di base sui linguaggi di programmazione C o Python e del sistema operativo Linux. Possono essere utili concetti di base sulla conversione analogico/digitale, sul campionamento dei segnali e sull'elaborazione dei segnali digitali.

Prerequisites

Basic knowledge on C or Python programming languages and Linux OS. Basic knowledge on analog / digital conversion, sampling theory and digital signal processing are useful.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste di norma in una prova orale. Lo studente può inoltre richiedere l'assegnazione di un elaborato di fine corso (opzionale) mirato a verificare la capacità dello studente di applicare autonomamente gli strumenti introdotti durante il corso. La prova orale è basata su una presentazione su un argomento concordato col docente e su domande a risposta aperta mirate a verificare le conoscenze dello studente, la proprietà di linguaggio e la capacità di applicare le conoscenze acquisite utilizzando i corretti approcci metodologici. La valutazione della prova orale è in trentesimi e in assenza dell'elaborato il voto finale coincide con quello dell'orale. L'elaborato finale è assegnato al singolo studente, o a anche ad un gruppo di studenti (fino ad un massimo di tre), di norma tre settimane prima della prova di esame, ed ha come obiettivo lo sviluppo di moduli software o la simulazione di tecniche per reti di sensori wireless. La valutazione dell'elaborato è espressa in trentesimi e si basa sulla capacità dello studente di rispettare le specifiche tecniche e di presentare e descrivere adeguatamente e con un linguaggio tecnico idoneo la soluzione ideata. L'elaborato dovrà essere discusso durante la prova orale. In presenza dell'elaborato il voto finale è ottenuto dalla media aritmetica delle valutazioni della prova orale e dell'elaborato finale a cui si aggiunge un bonus di 3 punti che permette di raggiungere la lode accademica. Non sono previste prove in itinere.

Assessment

The exam consists in an oral test and, optionally, in a final project. The final project is not mandatory and is assigned with the aim to evaluate the student's capacity to autonomously apply the knowledge and skills on WSNs. The oral test is based on a presentation on an assigned topic and questions with open-ended answers with the aim of verifying student's knowledge and skills on WSNs and his/her ability to apply the acquired knowledge using the correct methodological approaches. The evaluation of the oral test is scored out of thirty. When the final project is not assigned or delivered, the final score coincides with the score of the oral test. The final project is focused on either the implementation of software modules for WSNs or simulation of WSN techniques and is assigned to one or more students (up to 3) at least three weeks before the exam day. The evaluation of the final project, scored out of thirty, takes into account: agreement level with technical specifications, presentation quality and technical soundness. The final project will be discussed at the beginning of the oral exam. When the final project is completed and delivered, the final score is obtained as the arithmetic mean of the scores achieved for final project and oral test plus a 3-point bonus and thus gives the opportunity to grant honors. That are no ongoing tests during the course. ​​​​​​​

Programma del Corso

- RETI DI SENSORI WIRELESS (WSN): architetture, topologie e applicazioni delle WSN; peculiarità, vantaggi e fattori di merito delle WSN; architettura e funzionalità dei nodi sensori; esempi di nodi commerciali e piattaforme per IoT. - IL LIVELLO FISICO: unità di sensing, modello del canale wireless, bande ISM, tecniche di modulazione, tecniche di spread spectrum e codifica di canale. - PROTOCOLLI PER WSN: protocolli di livello MAC, lo standard IEEE 802.15.4, ZigBee, Bluetooth, LoRa, 6LowPAN, MQTT e CoAP. - PROGRAMMAZIONE DI NODO SENSORI IN TINYOS e MICROPYTHON: componenti, configurazioni, moduli e interfacce, gestione delle perifieriche, duty-cycling, trasmissione e ricezione di pacchetti, comunicazioni Mote-Mote e Mote-PC. - SIMULAZIONE DI WSN MEDIANTE TOSSIM - INTERFACCIAMENTO DI WSN CON PIATTAFORME PER L'IoT (Blynk, ThingSpeak)

Course Syllabus

- WIRELESS SENSOR NETWORKS (WSN): architectures, topologies and applications; challenges, advantages and performance metrics; architecture and main functions of sensor nodes; examples of commercial sensor nodes and IoT platforms; node power consumptions analysis. - THE PHYSICAL LAYER: sensing unit, wireless channel models, ISM bands, modulation techniques, spread spectrum and channel coding. - WSN PROTOCOLS: MAC layer protocols, IEEE 802.15.4 and its evolution, ZigBee, Bluetooth, LoRa, 6LowPAN, MQTT and CoAP. - MICROPYTHON AND TINYOS PROGRAMMING: components, configurations, modules and interfaces, peripheral device management, duty-cycling, packet transmission and reception, Mote-to-Mote and Mote-to-PC communications. - SIMULATION OF WSN WITH TOSSIM - INTERFACING WSN WITH IoT PLATFORMS (Blynk, ThingSpeak)