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Luciano Bononi

Professore ordinario

Dipartimento di Informatica - Scienza e Ingegneria

Settore scientifico disciplinare: INF/01 INFORMATICA

Coordinatore del Corso di Laurea in Informatica per il management

Temi di ricerca

Parole chiave: Protocolli di comunicazione e architetture di rete Sistemi e reti wireless Mobilità veicolare elettrica sostenibile Sistemi Energetici Intelligenti Internet of Things Reti e sistemi integrati su Chip Modellazione, analisi e simulazione Applicazioni Mobili (iOS, Android) Simulazione parallela e distribuita Intelligenza Artificiale e Machine Learning

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.