Wireless Sensor &
Actuator Networks
Michele Zorzi
Cosa sono le WSAN ?
Dispositivi dotati di




Controllore, Memoria
Wireless radio
Sensori e attuatori
Batterie
Economici
Comunicazione multi-hop
Programmabili (miniPC)
sensor node
BASE
STATION
Possibili applicazioni
monitoraggio ambientale
sorveglianza
controllo ambientale
automazione industriale
beni culturali
Great Duck Island
(Berkeley)
Macroscope in Redwoods
(Berkeley)
SF Bridge
CodeBlue (Harvard)
Smart
Kindergarden
(UCLA)
Contesto internazionale
Centri interdisciplinari world-wide:







CHESS (UC Berkeley): 20 docenti
WSAN, WSL (Stanford): interdisciplinare
CENS (UCLA): 50 docenti, interdipartimentale
CSNC (BU, Maryland, Harvard): Interuniversitario
Convergence Lab (Urbana)
WCGWCL (EPFL)
CoopNets (KTH)
Gruppi di ricerca specifici in grosse aziende

INTEL, MICROSOFT, Terminodes (consorzio svizzero
univ+industria)
trend internazionale verso interdisciplinareita’
Stato dell’arte ( e limiti):
aspetti scientifici-metodologici
Molti problemi ancora aperti (vedi WiSeNts,
rapporto UE su WSANs e rapporto di ON World
su WSANs)








connettivita’
Instradamento pacchetti
Elaborazione distribuita segnali
Modelizzazione
Progettazione dispositivi elettronici a basso consumo
Sfruttamento fonti alternative di energia
Sicurezza
…..
Stato dell’arte ( e limiti):
aspetti tecnologici-implementativi
Pochi laboratori al mondo possiedono
testbed stabili con piu’ di qualche decina di
nodi
Rare applicazioni commerciali, per la
maggior parte demo sviluppati in ambito
accademico
Molte start-up e interesse di grosse
aziende…ma pochi prodotti
Ancora forti difficolta’ implementative in
termini di scalabilita’ e robustezza
Gruppi\aree DEI interessate
Calibration and Data Validation
Data Management Algorithms
Adaptive Systems
System Integration
Scalability
Energy Efficiency
Security
Quality of Service
Embedded software design
Gruppi promotori del progetto
Dispositivi a basso consumo
e lunga autonomia
Algoritmi
intelligenti e
adattivi di stima
e controllo
WSANs
Calibrazione
Modellizzazione
e Certificazione
Protocolli ed algoritmi di rete
Obiettivi del Progetto
Lungo termine:


centro di eccellenza richiede arco temporale
5-10 anni
Assunzione di personale strutturato
Breve-medio termine

Idee concrete, obiettivi verificabili entro 3-5
anni
Obiettivi a lungo termine
Creare presso il DEI un Centro di
Eccellenza interdisciplinare su WSAN
Sviluppare e mantenere uno o piu’
testbed a livello di dipartimento
Offerta didattica


Corsi per LS e Ph.d.
Argomenti di tesi
Creare ambiente favorevole al
trasferimento tecnologico e alla creazione
d’impresa
Obiettivi lungo termine:
(I) scientifici e metodologici
Ricerca multisciplinare ed “olistica”





Fonti energetiche alternative per WSANs
Modellizzazione, caratterizzazione e
certificazione
Algoritmi intelligenti di comunicazione, stima e
controllo
Protocolli di rete
Elaborazione distribuita dei dati
Numerose problematiche scientifiche
legate in particolare a scalabilita’,
complessita’ ed efficenza energetica
Obiettivi del progetto (lungo termine):
(II) tecnologici
Sviluppo di applicazioni concrete come stimolo
per la ricerca piu’ metodologica
Ambient intelligence:


Monitoraggio e controllo di edifici o aree di interesse
Misure e controlli periodici, basso consumo
energetico
Security and Surveillance:


Individuazione, riconoscimento ed inseguimento di
persone od oggetti (aereoporti, ospedali, fabbriche..)
Misure e controlli ad evento, limitati ritardi, alta
robustezza e affidabilita’
Obiettivi del progetto (lungo termine):
(III) educativi
Creazione di corsi specifici su WSANs
Creazione di corsi per progettazione di
sistemi piuttosto di singoli elementi del
sistema
Creazione di corsi con forte contenuto
tecnologico ed applicativo
Obiettivi del progetto (lungo termine):
(IV) implementativi e sperimentali
Attualmente: piccole reti di sensori
dispositivi presenti nei nostri lab (~10-40
nodi)
Creazione di un apparato sperimentale di
~100-400 nodi eterogenei) accessibile non
solo a ricercatori ma anche a studenti ed
eventualmente dall’esterno
Fondi per acquisizione HW disponibili
attraverso progetto CARIPARO
recentemente approvato
Obiettivi del progetto (lungo termine):
(V) imprenditoriali
Attualmente molto interesse su WSANs ma
pochi prodotti commerciali (moltissimi
evaluation-kits da differenti aziende)
Tecnologia radicalmente diversa e quindi
diffidenza
Mancanza di conoscenze specifiche
nell’industria (non solo locale)
Grosse opportunita’ per trasferimento di
tecnologia, start-ups/spin-offs, inserimento degli
studenti con elevate competenze specifiche
Disponibilita’ di finanziamento (UE e industria)
Obiettivi del progetto (breve termine):
modelizzazione sensori e reti di sensori
Caratterizzazione di sensori e reti di sensori

Interferenza, calibrazione, misure di QoS, sensor
fusion, validazione, certificazione
Efficienza e gestione energetica

Cross-layer design, elettronica a basso consumo,
MAC e routing energy-aware, sorgenti alternative
Algoritmi e protocolli intelligenti per la gestione
dati

Stima e controllo distribuiti, consensus, network
coding, localizzazione e tracking, routing intelligente
Integrazione del sistema e dimostratori

Campagne di misure, demo, testbed semipermanente
Benefici per il dipartimento
Creazione di un gruppo di eccellenza su
WSANs e conseguente visibilita’ internazionale
Attrazione di studenti e realta’ imprenditoriali
non solo locali ma nazionali ed internazionali
Trarre beneficio da attivita’ su WSANs gia’
avviate in alcuni gruppi proponenti, ma di
carattere settoriale
Cofinanziamento nuovo personale docente
fondamentale per creare il necessario
collegamento tra i gruppi (differenziazione con
realta’ attuali)
Maggiore facilita’ ad attrarre finanziamento dalla
UE e industria
Fattibilita’ del progetto
Alcune competenze gia’ disponibili al
DEI
Fondi per acquisto HW disponibili
Contatti con centri di eccelleza
internazionali gia’ avviati
Forte entusiasmo e motivazione dei
proponenti al successo del progetto
Proponenti
Responsabile progetto:

Michele Zorzi
Responsabili settori disciplinari

Michele Zorzi, Sandro Zampieri, Giorgio Spiazzi,
Claudio Narduzzi
Altri partecipanti:

Docenti: A. Zanella, M. Rossi, L. Schenato, A. Beghi, M.E.
Valcher, R. Frezza, L. Rossetto, L. Benettazzo, M. Bertocco, A.
Sona (+P. Mattavelli e S. Buso da Vi)

Dottorandi ed assegnisti: P. Cesari, E. Fasolo, F. Zorzi, S.
DelFavero, R. Carli, L. Corradini, E. Orietti, G. Giorgi, P.
Zanchetta, G. Gamba
Punti Budget Richiesti
Ricercatore ING-INF/01
Ricercatore ING-INF/03
Ricercatore ING-INF/04
Ricercatore ING-INF/07
Tutti i posti cofinanziati per il 50% dai
gruppi di ricerca e per il 50% dal
dipartimento
Obiettivi e metriche di valutazione
Produzione scienfica data da pubblicazioni con autori di aree di
ricerca differenti
Evidenza che approccio multisciplinare porta dei vantaggi
Produzione di ricerca non solo strettamente metodologica, ma
anche sperimentale e di progettazione
Programmi di scambio con prestigiose centri di ricerca
internazionali per Ph.D, pubblicazioni congiunte
Presentazione di proposte finanziamento interdisciplicare a UE
Creazione Centro di Eccellenza:


Creazione e mantenimento sito web in cui esporre risultati ma anche
creare delle risorse per chi interessato a WSANs
Creazione di serie di seminari aperti al dipartimento Industrial and
Open-Lab Days aperti all’esterno per pubblicizzare ricerca ed attrarre
indistria e la societa’ civile
Creazione di 1 corso per Ph.D. e 1 per Laurea Specialistica
Creazione e mantenimento di testbed su grande scala (~100-400
nodi su 500x500metri) per raccolta dati e test scientifici
Sostegno alla creazione di eventuali start-up fornendo supporto
tecnico e auito amministrativo
Domande e discussione