Reti ottiche. Studio di tecniche di trasporto dell'informazione
ad altissima velocita' su reti in fibra ottica. Trasporto a
circuito, a pacchetto, a burst. Problematiche di interlavoro tra
reti elettroniche e reti ottiche a pacchetto e algoritmi di
formazione dei pacchetti. Tecniche per la riservazione delle
risorse e il supporto della qualita' di servizio. Commutatori
ottici a pacchetto. Architetture, algoritmi di controllo,
ottimizzazione. Modelli di traffico nei commutatori a pacchetto. Il
protocollo TCP su reti ad altissima velocita'. Studio degli effetti
dell'assemblaggio dei pacchetti ottici sulle prestazioni del TCP.
Introduzione di tecniche di ottimizzazione del'efficienza nell'uso
della banda disponibile da parte del protocollo TCP. Tecnologie di
rete a supporto di nuovi paradigmi di comunicazione. Studio di
modelli di gestione delle risorse di rete in relazione alle
caratteristiche della applicazione.
Architetture di rete di futura generazione. Router
programmabili. Commutatori ibridi.
L'attivita' scientifica di Carla Raffaelli si colloca
nell'ambito delle Reti di Telecomunicazione con riferimento alla
evoluzione delle tecniche e dei sistemi in reti ad alte prestazioni
multi-servizio.
Partendo da tematiche riguardanti la tecnica ATM (Asynchronous
Transfer Mode) durante il periodo del dottorato di ricerca, la
candidata si e' successivamente dedicata a studi sulla evoluzione
della rete Internet verso la multimedialita', attraverso progetti e
collaborazioni nazionali e internazionali.
Fin dall'inizio degli anni novanta ha partecipato a progetti
finanziati dalla Unione Europea sulle reti ottiche, collaborando
con i primi gruppi di ricerca industriale in Europa che si sono
occupati dell'argomento, in particolare Alcatel Alsthom Recherche,
Marcoussis, Francia. In questo ambito e' stato prodotto un lavoro,
svolto in collaborazione, di ampio riferimento nella comunita'
scientifica internazionale. Questi primi studi hanno consentito
successivamente di accedere a reti di eccellenza europee, con
conseguimento di un riconosciuto processo di integrazione e
sviluppo delle attivita' scientifiche del settore.
La candidata ha inoltre svolto attivita' di ricerca a carattere
sperimentale riguardante architetture e protocolli innovativi per
la rete Internet del futuro. Ha affrontato tematiche come la
virtualizzazione, la programmabilita' e la qualita' di servizio di
rete, anche a supporto degli emergenti concetti di reti orientate
ai contenuti e di reti ‘cloud'.
L'esperienza metodologica ha consentito alla candidata di
occuparsi di tematiche affini a quelle principali come la
modellizzazione analitica di protocolli per reti wireless.
Tutti gli argomenti di ricerca sono stati affrontati curando gli
aspetti metodologici e proponendo, oltre a soluzioni architetturali
e funzionali innovative, anche modelli e tecniche di
rappresentazione analitica e simulativa, a cui la candidata ha
contribuito con apporti personali originali.
Nel corso degli anni la candidata ha perseguito l'acquisizione
di capacita' via via crescenti di organizzazione della
ricerca, di individuazione delle tematiche piu' promettenti
e di collaborazioni con gruppi di ricerca nazionali e
internazionali. Il conseguimento di questi obiettivi e' evidenziato
dalle pubblicazioni piu' recentemente prodotte, sia per
collocazione editoriale che per collaborazione con gruppi
prestigiosi a livello nazionale ed internazionale.
La candidata si e' in tal modo collocata in una posizione di
visibilita' anche internazionale per la ricerca sulle reti
fotoniche, le architetture di commutazione e le relative
applicazioni emergenti, suscitando anche interessi nella
realta' tecnica industriale.
Si riporta di seguito un breve commento agli argomenti di
ricerca affrontati:
•
Reti fotoniche
- Reti fotoniche a pacchetto e a burst.
Questa ricerca e' iniziata intorno ai primissimi anni '90 e ha
riguardato la definizione e la valutazione di possibili
alternative di trasporto dell' informazione su reti ottiche,
dal punto di vista dello schema di multiplazione (sincrono o
asincrono), del principio di commutazione (con o senza connessione)
e della architettura dei protocolli. Il lavoro [18] riporta i
risultati della ampia collaborazione con enti accademici e
industriali nell'ambito di uno dei primi progetti finanziati dalla
Unione Europea su questo argomento. La candidata ha
contribuito alla definizione della architettura di rete di
riferimento, alla definizione di tecniche per la risoluzione della
contesa nei nodi e alla relativa valutazione di prestazioni.
Ha anche studiato alcune problematiche fondamentali delle
reti ottiche a burst, come gli aspetti di inter-lavoro con
reti periferiche TCP/IP , le problematiche dei protocolli di
segnalazione e il trasporto di informazione con qualita'
garantita , anche nell'ambito di collaborazioni nazionali e
internazionali.
Su queste tematiche la candidata ha fatto parte di un gruppo di
coordinamento nell'ambito della rete di eccellenza europea
ephoton/ONe. Ha inoltre contribuito al capitolo del libro ‘High
Performance TCP/IP Networking', edito da Prentice Hall, 2004.
Le problematiche della qualita' di servizio nelle reti ottiche
sono specificamente affrontate in [14] dove viene evidenziato in
modo originale il diverso ruolo svolto a tale scopo dalla
applicazione di algoritmi di differenziazione del servizio nel
dominio del tempo o delle lunghezze d'onda, e l'efficacia di
algoritmi ottenuti dalla combinazione dei due domini. Un ulteriore
aspetto studiato e' stato il problema della perdita di sequenza dei
pacchetti come conseguenza degli algoritmi di gestione delle
risorse nella rete.
Su questi argomenti la candidata ha curato il numero speciale
della rivista IEEE/OSA Journal of Optical Communications and
Networking, dal titolo ‘Optical Networks for the Future Internet',
2009. Ha inoltre coordinato il capitolo ‘Optical Packet Switching'
del libro “Enabling Optical Internet with Advanced Network
Technologies”, edito da Springer, 2009.
- Commutatori ottici.
L'attivita' di ricerca su questa tematica si e' sviluppata in
costante relazione con gruppi di ricerca operanti su componenti e
dispositivi ottici. I primi lavori sono stati condotti in
collaborazione con il gruppo di ricerca di Alcatel Alsthom
Recherche (Marcoussis-Francia) su architetture
“broadcast-and-select”. Il contributo personale della candidata ha
riguardato l'architettura del commutatore, la valutazione delle
prestazioni di traffico e la proposta di algoritmi di controllo
innovativi della funzione di trasferimento dei pacchetti e di
gestione delle code. E' stata proposta una soluzione multistadio
per la commutazione di pacchetti ottici di lunghezza variabile,
pensati a supporto del traffico IP con organizzazione gerarchica
dell'accodamento e conversione di lunghezza d'onda per risolvere le
contese all'interno del commutatore. Un lavoro di coordinamento,
svolto dalla candidata, sulla tematica delle architetture di
commutazione e dello stato dell'arte delle attivita' di ricerca
svolte dai principali gruppi europei del settore e' sato pubblicato
in un lavoro congiunto. E' stato prodotto anche un lavoro correlato
al precedente che presenta una panoramica delle tecnologie ottiche
abilitanti per la commutazione.
- Architetture di commutatori con risoluzione della contesa nel
dominio delle lunghezze d'onda.
Su questo argomento si e' consolidata una approfondita
collaborazione internazionale supportata dalla rete di eccellenza
europea ephoton/ONe. La candidata ha prodotto lavori di innovazione
architetturale e modellizzazione che hanno contribuito ad ambiti
prestigiosi del confronto scientifico.
Ai lavori principali pubblicati su rivista fanno da corollario
molteplici contributi a congressi di grande rilevanza
internazionale. Da segnalare un lavoro recentemente accettato per
la presentazione a IEEE Globecom 2012 riguardante possibili
realizzazioni pratiche delle architetture studiate mediante
convertitori di lunghezza d'onda parametrici.
•
Reti IP multiservizio
- Algoritmi e misure di qualita' di servizio nei router IP.
Questa attivita' di ricerca ha riguardato la definizione di
funzionalita' avanzate in router IP e la relativa realizzazione e
misura. In particolare e' stata messa a punto una procedura di
classificazione dei pacchetti in base a diversi criteri come la
indicazione esplicita di livello di servizio, il protocollo di
trasporto utilizzato, le proprieta' statistiche del traffico. La
procedura e' stata realizzata dapprima in ambiente Linux e poi
utilizzando ambienti modulari di sviluppo (Click). E' stato
realizzato un test bed costituito da alcuni personal computer e
basato su software open source, su cui sono state effettuate misure
di qualita' di servizio in presenza di traffici con diversi
requisiti di qualita'. Questa attivita' e' stata svolta
principalmente nell'ambito di un progetto di ricerca ministeriale
(NEBULA).
Queste attivita' hanno notevolmente contribuito a consolidare
conoscenze pratiche avanzate nel contesto IP con ricadute positive
sia sulla attivita' di ricerca che sulla attivita' didattica. E'
stata realizzata una dimostrazione pratica alla riunione nazionale
GTTI, Trieste, 2002.
- Studio di software router e misure sperimentali.
Questa attivita' ha riguardato indagini sperimentali sulla
possibilita' di realizzare software router ad elevate prestazioni
su hardware general purpose e con software open source. L'attivita'
ha avuto luogo nell'ambito di un progetto ministeriale
(EURO). La candidata ha coordinato le attivita' di misura
sperimentale che hanno dato luogo a considerazioni di particolare
interesse riguardanti i limiti di velocita' di trasferimento dei
pacchetti IP sia in relazione alle caratteristiche delle schede di
rete utilizzate e alla relativa configurazione, sia in relazione
all'utilizzo di CPU singole o multiple, sia per quanto riguarda le
caratteristiche dei bus di sistema.
La candidata ha collaborato in associazione con INFN/CNAF per la
conduzione di misure sperimentali con apparati commerciali, anche a
supporto di studi sulla rete del CERN di Ginevra. A differenza del
caso di router open, tali sistemi sono soltanto osservabili, nel
senso che non sono tipicamente note le modalita' con cui vengono
realizzate le politiche di qualita' di servizio supportate. E'
possibile comunque attraverso misure sperimentali valutare
l'impatto di diversi tipi di traffico sulle prestazioni e sulla
efficacia di alcuni algoritmi per la qualita' di servizio e dedurne
eventuali limiti come mostrato in alcuni lavori pubblicati.
- Router programmabili
Questa attivita', riguarda la definizione di modelli
architetturali innovativi per nodi di rete ad elevata flessibilita'
per l'Internet di futura generazione. Su questa tematica e' stata
coordinata una proposta di progetto europeo (PROFUSION, FP7-Call
VIII, valutato sopra soglia, tuttavia non finanziato) e si e'
ottenuto un finanziamento ministeriale PRIN2009. La realizzazione
di queste architetture si avvale della introduzione di concetti di
virtualizzazione delle funzioni di un nodo di rete che ne
consentono la realizzazione modulare in accordo a standard
emergenti. Gli studi a supporto di tale realizzazione sono
riportati in [3] per quanto riguarda l'architettura e i principi
generali, e in altri lavori che ne specificano aspetti
realizzativi, di test e di sicurezza, rispettivamente. Su tale
argomento collabora con l'azienda norvegese Transpacket.
•
Commutazione in reti ATM
Questa attivita' e' stata sviluppata nella fase iniziale della
attivita' di ricerca della candidata ed e' confluita principalmente
nella tesi di dottorato di ricerca. Sono state studiate diverse
soluzioni architetturali per commutatori ATM con accodamento in
ingresso e in uscita e matrici spaziali organizzate in parallelo,
tipicamente realizzate con topologie di rete di interconnessione a
percorso singolo. Per tali reti e' stato sviluppata una metodologia
analitica per la valutazione delle prestazioni, la cui accuratezza
e' stata verificata per simulazione.
•
Reti wireless
Alcuni studi nella fase iniziale di attivita' hanno riguardato
le prestazioni dei protocolli di accesso multiplo per reti
locali via radio, in particolare basati sulla indagine dello
stato del canale di trasmissione. Il lavoro piu' significativo
riguarda lo sviluppo di una metodologia di studio analitico di
protocolli BCMA (Busy Channel Multiple Access) a cui la
candidata ha contribuito in modo originale.
ATTIVITA' NEI PROGETTI NAZIONALI ED INTERNAZIONALI
Progetti Nazionali
•
Progetto Finalizzato Telecomunicazioni C.N.R. - Sottoprogetto IV -
Gruppo Rete - 1990-1994. La candidata svolge ruolo di conduzione
del progetto di ricerca dell' unita' di Bologna e cura i rapporti
con le altre unita' di ricerca partecipando alle riunioni di
coordinamento e presentando i risultati della attivita'.
•
Partecipante al progetto strategico CNR WWLAN 1995-1997. Individua
e sviluppa una tematica di interesse retistico per reti locali via
radio a larga banda rappresentata dalle problematiche di accesso
multiplo in presenza di connessioni ATM.
•
Responsabile progetto MURST ex 60% "Aspetti di rete nelle reti
locali via radio a larga banda", 1995-1997. Coordina e sviluppa
attivita' di ricerca su tematiche di accesso multiplo a reti locali
ATM via radio.
•
Responsabile progetto MURST ex 60% "Interconnessione di
applicazioni TCP/IP su reti ottiche", 1998-2000. Coordina e
sviluppa attivita' di ricerca su tematiche di interconnessione di
reti IP con reti ottiche a pacchetto.
•
Responsabile progetto MURST ex 60% "Gestione della qualita' di
servizio nei router IP", 2000-2001. Coordina e sviluppa attivita'
di ricerca su tematiche di interconnessione di reti IP con reti
ottiche a pacchetto.
•
Partecipante al progetto (ex 40%) “Tecniche per la garanzia di
qualita' in reti di telecomunicazioni multiservizi (MQOS)”.
Coordina e sviluppa le attivita' di ricerca sul concetto di
qualita' di servizio nelle reti ottiche. Organizza attivita' di
misure sperimentali di qualita' di servizio su rete geografica in
collaborazione con INFN/CNAF
•
Responsabile per l'unita' di ricerca di Bologna del progetto PRIN
2000 “Tecniche per il controllo della qualita' di servizio in reti
IP multidominio (NEBULA)”- titolo locale: “Gestione delle classi di
servizio in ambienti a servizi differenziati”. Coordina e sviluppa
attivita' di ricerca sulla allocazione dinamica di risorse in
internet e realizza il progetto e la messa a punto di un test bed
sperimentale per misure di qualita' di servizio in ambito locale.
Budget: 45000 euro
•
Responsabile per l'unita' di ricerca di Bologna del progetto PRIN
2002 “Esperimento Universitario di Router Open (EURO)”- titolo
locale: “Router open multiservizio”. Coordina e sviluppa attivita'
di ricerca sulla architettura hardware e software di router IP
basati su PC e su software open. La Prof. Raffaelli e' stata
responsabile di questo progetto per l'unita' di Bologna
contribuendo alla valutazione di prestazioni di procedure di
instradamento e trasferimento pacchetti con personal computer
di ultima generazione. Ha inoltre sviluppato il progetto di
funzioni a supporto della multimedialita' realizzate utilizzando
l'ambiente Click modular router. Ha proficuamente collaborato con
altre unita' partecipanti al progetto. Budget: 45000 euro
•
Responsabile per l'unita' di ricerca di Bologna del progetto PRIN
2005 “OSATE - Optics in Switching Architectures: Theory and
Experimentation” – titolo locale: “Switch ottici scalabili”. La
Prof. Raffaelli e' stata responsabile di questo progetto per
l'unita' di Bologna. Sono state studiate architetture di
commutatori ottici broadcast and select con particolare attenzione
alle caratteristiche di scalabilita', sia per quanto riguarda
l'hardware che il software. Dal punto di vista della
architettura hardware sono state proposte soluzioni basate su
convertitori di lunghezza d'onda condivisa organizzati su stadi
multipli e sono stati proposti modelli per la valutazione
parametrica della complessita'. Dal punto di vista del software di
controllo sono stati proposti e confrontati algoritmi di controllo
del trasferimento adatti ad operare su strutture modulari. Budget:
35000 euro
•
Responsabile per l'unita' di ricerca di Bologna del progetto PRIN
2009 “SFINGI – titolo locale: “Programmable Router for Next
Generation Internet (PROGENIE)”. La Prof. Raffaelli e' responsabile
di questo progetto per l'unita' di Bologna. Il progetto ha come
obiettivo lo studio di tecniche di virtualizzazione per la
realizzazione di router programmabili in scenari applicativi
emergenti in reti di futura generazione. Budget: 67000 euro
•
Progetti di ateneo RFO (Ricerca Fondamentale Orientata - ex 60%).
La Prof. Raffaelli e' stata responsabile dall'anno 2005 di progetti
RFO su tematiche correlate a quelle precedentemente discusse
utilizzando questo ambito per approfondire argomenti specifici come
i protocolli di trasporto per reti a elevato prodotto banda
ritardo, il supporto allo sviluppo di applicazioni per reti ottiche
e gli algoritmi per la qualita' di servizio. Nelle
assegnazioni 2006, 2007, 2008, 2009, in relazione alla applicazione
dei criteri per la valutazione della produttivita' scientifica, si
e' collocata in seconda fascia di produttivita' (Fascia B - top
25%) e nelle valutazioni 2010 e 2011 in prima fascia di
produttivita' (Fascia A - top 15%). Budget: 20000 euro ca nel
periodo 2006-2010.
Progetti Internazionali
•
1993-1994 - Progetto ATMOS (ATM Optical Switching), finanziamento
UE, RACE 2, Prog. N. R2039 – sub-contractor di Alcatel AAR –
Marcoussis – France. Collabora con i ricercatori di Alcatel per lo
studio di alternative architetturali di matrici di
commutazione ottica basate sulla tecnologia ottica disponibile.
•
1995-1998 - Progetto KEOPS (KEys to Optical Packet Switching),
finanziamento UE, IV programma quadro (ACTS), prog. N. AC043 –
Partecipante dell' Unita' di ricerca di Bologna. Coordina attivita'
di definizione delle architetture dei commutatori ottici e di
valutazione delle relative prestazioni di traffico. Contribuisce
alla stesura di documenti tecnici (deliverable) del
progetto.
•
2001-2003 - Progetto DAVID (Data And Voice Integration over DWDM),
finanziamento UE, V programma quadro (IST), prog. N.
IST-1999-11742.
Coordina e sviluppa attivita' di ricerca su servizi
orientati alla connessione nelle reti ottiche a pacchetto.
Partecipa alla stesura di documenti tecnici (deliverable) del
progetto.
•
2005-2008 Reti di eccellenza e-Photon/ONe (prog. N. FP6-IST-00193)
e e-Photon/ONe+ (prog. N. FP6-027497) - Optical Networks: Towards
Bandwidth Manageability and Cost Efficiency - Finanziamento UE VI
programma quadro. Partecipante dell' Unita' di ricerca di Bologna.
Membro della OBS (Optical Burst Switching) taskforce. Coordina
attivita' di ricerca congiunta di gruppi internazionali sul nodo di
commutazione fotonica e sulle reti ottiche a burst. Membro della
“advisory board” del JP-B (Joint Project on Optical Burst
switching). Tali collaborazioni sono documentate da pubblicazioni
congiunte con autori stranieri.
•
2008-2010 Progetto BONE - finanziamento UE, VII programma quadro,
prog. N. 216863 - Building the Future Optical Network in Europe.
Partecipante dell' Unita' di ricerca di Bologna. Co-ordinamento di
ricerca e iniziative didattiche internazionali documentate da
pubblicazioni.
