L'attività di ricerca nel campo della progettazione e analisi di
protocolli di comunicazione riguarda l'ottimizzazione e
l'integrazione di architetture protocollari per sistemi di
comunicazione di rete wireless ad hoc, mesh (multi-channel
multi-radio), veicolari e reti di sensori, integrate con sistemi di
comunicazione ad infrastruttura fissa e reti cellulari. Sono allo
studio soluzioni innovative per reti wireless cognitive (cognitive
radio), sfruttando tecniche di collaborazione distribuita, machine
learning, TV white spaces, femtocell networks. La ricerca include i
temi della gestione efficiente delle risorse e della qualità del
servizio (QoS), lo studio di principi di cross-layering
protocollare e auto-adattamento, la progettazione di soluzioni
efficienti per l'implementazione di servizi innovativi per utenti
mobili e reti veicolari. In parallelo, si studiano soluzioni e
protocolli per architetture innovative di comunicazione dati
(Network on Chip) per sistemi integrati. Attività di ricerca nel
campo dell'analisi, modellazione e simulazione di sistemi
complessi, e tecniche e strumenti di simulazione parallela e
distribuita completano il quadro delle principali linee di ricerca.
In particolare, si studiano piattaforme integrate di modellazione e
simulazione di scenari di mobilità veicolare, inclusa la mobilità
elettrica, e piattaforme di servizi mobili per smart mobility.
Infine, i temi di ricerca su Internet of Things e Applicazioni Mobili (iOS, Adroid) sono affrontati con contributi di ricerca su piattaforme, protocolli e servizi.
L'attività di ricerca di Luciano Bononi è principalmente orientata
ai seguenti temi:
1. Analisi, progettazione e valutazione di prestazioni di
protocolli di rete per sistemi Wireless
2. Analisi, progettazione e valutazione di prestazioni di
architetture di protocolli e paradigmi di comunicazione per reti
Wireless e Wired
3. Analisi, progettazione e valutazione di prestazioni di
architetture e protocolli di comunicazione per Networks on Chip
(NoC)
4. Simulazione parallela e distribuita, architetture e strumenti
con soluzioni innovative orientate alla interoperabilità e
riutilizzo di architetture di calcolo eterogenee,
di modelli e simulatori distribuiti e alla simulazione di sistemi
complessi massivi;
5. modellazione e simulazione di sistemi di mobilità urbana, e
mobilità elettrica integrata a sistemi di ricarica e generazione
distribuita di energie rinnovabili.
5. Internet of Things: protocolli, architetture, servizi.
6. Sviluppo di Applicazioni Mobili (iOS, Android) innovative.
Analisi, progettazione e valutazione di prestazioni di
protocolli di rete per sistemi Wireless
Il primo tema di ricerca illustrato è orientato allo studio di
protocolli per reti Wireless, e specificamente allo studio dei
protocolli di Medium Access Control (MAC) per il controllo
dell'accesso distribuito a risorse condivise. In questo contesto, è
stato analizzato uno scenario tra i più critici in termini di
problematiche legate ai sistemi distribuiti: lo scenario delle
Mobile Ad Hoc Networks (MANET). Lo scopo principale della ricerca è
stato l'introduzione e l'ottimizzazione del comportamento adattivo
del protocollo in funzione dell'evoluzione del sistema. Ciò ha
permesso di ottenere risultati che, senza modificare le definizioni
dello standard IEEE 802.11 conducono a un utilizzo ottimale delle
risorse del sistema. Si è giunti alla definizione dei valori limite
ottimali, sia al raggiungimento di tali limiti nell'ottimizzazione
del meccanismo adattivo proposto. Nell'ambito della ricerca per
l'ottimizzazione di protocolli per reti wireless, ma in un contesto
completamente diverso, si colloca l'attività iniziata in seguito
alla visita presso l'Università della California, Los Angeles. La
ricerca è stata nel campo dei nuovi protocolli di codifica e
protezione dei dati, a supporto delle applicazioni multimediali su
reti wireless di terza generazione (3G). Questo ha permesso di
giungere rapidamente a una serie di proposte di ottimizzazione di
protocolli successivamente passate alle fasi di valutazione delle
prestazioni. Nell'attività di ricerca svolta nell'ambito del
progetto Adaptive Protocol Framework and Applications for Wireless
Ad Hoc Networks, con il patrocinio del dipartimento di Scienze
dell'Informazione dell'Università di Bologna e STMicroelectronics
(STM), si sono studiate soluzioni di livello MAC per supportare e
integrare infrastrutture dinamiche di clustering in reti wireless
ad hoc. L'attività prevede la definizione, l'integrazione e la
valutazione di soluzioni middleware, del supporto ad architetture
dinamiche di gestione, e di un framework protocollare adattivo e
basato su principi di cross-layering, per sistemi di rete wireless.
In particolare sono studiate soluzioni per il supporto di qualità
del servizio (QoS) e priorità differenziate nell'accesso al mezzo
trasmissivo, seguendo il filone di evoluzione dello Standard IEEE
802.11e. Più di recente, si è posta attenzione al tema dei
protocolli e architetture per sistemi e reti di sensori, sia
statici che mobili, e in particolare nello studio di problematiche
di comunicazione a livello protocollare e dell'infrastruttura di
rete in reti wireless veicolari (VANET), per il supporto di nuovi
servizi a valore aggiunto per utenti mobili. L'idea alla base di
questa ricerca è data dalla definizione di politiche di gestione
dinamiche in grado di ottimizzare l'utilizzo delle risorse
limitate, e il supporto di comunicazioni in reti veicolari.
Analisi, progettazione e valutazione di prestazioni di
architetture di protocolli e paradigmi di comunicazione per reti
Wireless e Wired
Su questi temi, le ricerche in corso riguardano i temi
dell'ottimizzazione, con approcci cross-layered e auto-adattanti,
delle architetture dei protocolli di comunicazione in sistemi
wireless multi-hop dinamici. In particolare sono allo studio
soluzioni per la gestione delle risorse e per la coordinazione
efficiente delle comunicazioni in scenari di rete wireless mesh,
con dispositivi in grado di sfruttare comunicazioni multi-channel,
multi-radio e in reti veicolari. L'ottimizzazione riguarda anche lo
studio di metriche e soluzioni auto-adattanti in grado di
supportare una gestione delle risorse fisiche di trasmissione
basata su approcci propri delle ?cognitive networks?. Infine, sono
stati affrontati temi di ricerca finalizzati allo studio di
soluzioni per la sicurezza in sistemi aperti e dinamici quali le
Mobile Ad Hoc e Vehicular networks. In particolare si sono studiate
soluzioni per la realizzazione di Intrusion Detection Systems in
reti Ad Hoc a supporto di architetture distribuite per la gestione
del routing affidabile, basate su meccanismi a basso overhead di
comunicazione e di calcolo per dispositivi mobili.
Analisi, progettazione e valutazione di prestazioni di
architetture e protocolli di comunicazione per Networks on Chip
(NoC)
Un altro tema di ricerca attualmente affrontato riguarda lo
studio di architetture e topologie per reti di comunicazione su
Network on Chip. In particolare, sono state definite soluzioni di
livello protocollare per il routing equalizzato e la deadlock
avoidance su topologie di Network on Chip, e sono state definite le
linee guida per l'analisi e la valutazione di prestazioni in
topologie reali appartenenti alle classi più comuni delle reti su
chip: ring e mesh. Lo sviluppo dei temi di ricerca ha
condotto alla proposta di soluzioni in via di standardizzazione,
con ricadute già presenti nello sviluppo di System on Chip di nuova
generazione.
Simulazione parallela e distribuita, architetture e
strumenti con soluzioni innovative orientate alla
interoperabilità e riutilizzo di architetture di calcolo
eterogenee, di modelli e simulatori distribuiti e alla simulazione
di sistemi complessi massivi; architetture per supporto al gaming
distribuito in rete. Un ulteriore tema di ricerca affrontato
riguarda lo studio di architetture SW orientate alla
interoperabilità e al possibile riutilizzo di simulatori. Il
contesto di base di questa ricerca è legato allo studio e
all'implementazione della High Level Architecture (HLA), la cui
specifica tecnica appare nello Standard IEEE 1516 (Settembre 2000).
Lo scopo di HLA è quello di facilitare l'interoperabilità tra
simulazioni distribuite e il riutilizzo di simulatori e/o loro
componenti in contesti di simulazione più generali. Lo studio e la
ricerca effettuata è finalizzato all'utilizzo di HLA e alla
definizione attraverso HLA di framework per la simulazione di
sistemi complessi, quali sistemi di rete Peer-to-Peer (dinamici),
scenari di rete caratterizzati da mobilità degli utenti (quali le
reti veicolari), e sistemi distribuiti in generale. Si sono
progettate e implementate nuove soluzioni middleware basate sullo
Standard IEEE 1516, per il supporto alla simulazione parallela e
distribuita su infrastrutture di calcolo eterogenee, sia a memoria
condivisa, che mediante architetture grid su rete locale o rete
estesa. La definizione di un framework auto-adattante per la
simulazione distribuita ha recentemente permesso lo studio di
innovative soluzioni protocollari in sistemi complessi, quali reti
di sensori wireless, con un livello di scalabilità sul numero di
componenti attive del modello di simulazione dell'ordine del
milione. In particolare si è posta attenzione allo sviluppo di
soluzioni auto-adattanti in grado di semplificare il compito del
modellista, favorendo il riutilizzo di modelli di simulazione. In
secondo luogo, si è realizzato un supporto alla migrazione dinamica
di componenti dei modelli di simulazione che ha permesso un
miglioramento delle prestazioni della simulazione, sia in termini
di bilanciamento del carico computazionale che in termini di
riduzione dell'overhead di comunicazione, sfruttando le
caratteristiche di dinamicità dell'evoluzione delle componenti del
modello di simulazione distribuita.
Modellazione e simulazione di sistemi di mobilità urbana, e
mobilità elettrica integrata a sistemi di ricarica e generazione
distribuita di energie rinnovabili.
Nel contesto dei progetti Europei Arrowhead e Internet of
Energy for Electric Mobility, si studiano soluzioni per la
modellazione e simulazione di mobilità urbana, con particolare
enfasi sulla mobilità elettrica, il monitoraggio remoto mediante
dispositivi mobili e tecnologie di comunicazione wireless di fonti
energetiche e consumi in smart environments, la gestione e i
servizi innovativi per utenti della mobilità sostenibile,
l'integrazione dei veicoli elettrici con piattaforme di generazione
e scambio energetico da fonti rinnovabili.
