L evoluzione del digitale. Prof. Sandro Zappatore DITEN - Scuola Politecnica Università di Genova

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1 L evoluzione del digitale Prof. Sandro Zappatore DITEN - Scuola Politecnica Università di Genova

2 Le origini del digitale Harry Nyquist Studio del rumore termico Teorema del campionamento Studio dei fattori che governano la massima velocità di trasmissione dell informazione ( intelligenza ) Harry Nyquist ( ) larghezza di banda del canale numero dei messaggi da rappresentare codice con cui rappresentare l intelligenza.

3 Claude Shannon: il padre del digitale La formalizzazione dell informazione Master in ingegneria A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits Claude Shannon ( ) Presso gli AT&T Labs Communication Theory of Secrecy Systems The Mathematical Theory of Communication

4 La teoria dell informazione (1949) Cosa cambia? Approccio tradizionale - dal punto di vista dei segnali. Studio dei segnali, in quanto portatori di informazione, e valutazione degli effetti del rumore, dell interferenza e delle distorsioni introdotte dal canale sulla qualità di ciò che è reso disponibile dell utente a destinazione. Nuovo approccio - dal punto di vista dell informazione. Studio di come rappresentare l informazione al meglio, sotto il profilo della compattezza (codifica di sorgente) e di come renderla robusta quando la si trasmette su canali caratterizzati da limitazioni fisiche, in termini di banda e rumore (codifica di canale).

5 Estrema generalità La teoria dell informazione Tratti salienti Messaggi trattati indipendentemente dalla loro origine (testi, voce, suono, immagini, video,.) Canali trasmissivi possono essere di qualsiasi natura (cavi, fibre ottiche, collegamenti radio, ) Definizione di un unità di misura per l informazione Il bit (probabilmente su suggerimento di Tuckey) Caratterizzazione del canale tramite una sola grandezza essenziale la capacità Uso dei codici per rappresentare al meglio l informazione

6 Gli approcci a confronto Tradizionale Sorgente Modulatore Canale Demodulatore Destinazione Nuovo Cod. Sorgente Mod. Canale Dem. Destinazione Sorg. Cod. Canale Decod Canale Decod. Sorg. Canale discreto

7 Digitale vs Analogico Il fatto che i messaggi siano trattati indipendentemente dalla loro origine sarà alla base della multimedialità La qualità della trasmissione può essere migliorata (entro certi limiti) senza aumentare la potenza di trasmissione. Sotto aspetto può essere declinato nell ottica del green networking L elettronica, che permette di implementare il digitale, è semplice, con bassi consumi ed economica. L elettronica digitale (che vede Shannon tra i primi protagonisti) permette elevatissimi livelli di integrazione. L evoluzione verso la maturità dell elettronica digitale ha segnato il passo all evoluzione delle telecomunicazioni digitali.

8 Codifica di sorgente Linee evolutive Codici aritmetici Cod. Shannon- Fano Codici di Huffman Cod. Univ. LZW GIF PNG Codifica di sorgente H.261 DPCM FAX mp3 aac3 JPG MPEG H.263 MPEG-4 H.264 JPG2000 M-JPG

9 Codifica di canale La "caccia al tesoro" I codici divengono elementi chiave per i sistemi moderni di telecomunicazione Shannon dimostra che esistono ma non dice come trovarli la progettazione dei codici è una sorta di arte Alcuni tra i pionieri Marcel Golay ( ) Richard Hamming ( ) Irving Reed ( ) Gustave Solomon ( )

10 Il digitale influenza l evoluzione delle reti Numerizzazione delle linee di giunzione tra centrali telefoniche. Numerizzazione dell ultimo miglio (ISDN). Diffusione della commutazione di pacchetto Reti di calcolatori Architetture funzionali o L architettura DoD (aka TCP/IP) è definita dall Arpa (fine anni 70) INTERNET o ARPANET figlia ( ) MILNET Sistemi a commutazione di cella (ATM). Sistemi a commutazione di etichetta (MPLS) (2000-).

11 Un altra tappa miliare Nasce l ADSL (1991) John Cioffi, sfruttando tecniche OFDM, realizza all Amati Communications Corporation i primi modem che permettono di sfruttare le linee telefoniche tradizionali per la trasmissione dati ad alta velocità. Internet è pronta per essere sdoganata.

12 Internet oggi Collegamenti europei Collegamenti intercontinentali

13 Il Cloud Grandi risorse in estese server farm forniscono ad utenti remoti via rete: Servizi, Piattaforme e Infrastrutture Alcuni pro e contro Sistemi altamente affidabili Servizi on demand a pagamento Problemi di sicurezza e privacy Avvento dei paradigmi: SaaS: Software as a Service PaaS: Platfom as a Service IaaS: Infrastructure as a Service

14 L Internet delle cose (IoT) Smart cities Smart energy plants

15 Il futuro che ci aspetta L Internet interplanetaria "2020"

16 Conclusioni Le vicende che caratterizzarono il mondo della fisica, dell elettronica e delle telecomunicazioni, hanno mostrato che la ricerca di base (Curiosity driven) ha portato a progressi fortemente impattanti sulla vita di ogni giorno, di cui ancora oggi beneficia la ricerca finalizzata a specifici obiettivi.