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L’evoluzionedel
digitale
Prof. Sandro ZappatoreDITEN - Scuola Politecnica – Università di Genova
Harry Nyquist
• Studio del rumore termico
• Teorema del campionamento
• Studio dei fattori che governano la massima velocità di trasmissione dell’informazione (“intelligenza”)
larghezza di banda del canale
numero dei “messaggi” da rappresentare
codice con cui rappresentare l’intelligenza.
Le origini del digitale
Harry Nyquist(1883 – 1976)
• Master in ingegneria
“A Symbolic Analysis of Relay and SwitchingCircuits”
• Presso gli AT&T Labs
“Communication Theory of Secrecy Systems”
“The Mathematical Theory of Communication”
Claude Shannon: il padre del digitaleLa formalizzazione dell’informazione
Claude Shannon(1916 – 2001)
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).
La teoria dell’informazione Tratti salienti
• Estrema generalità
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
Sorgente Canale Destinazione
Tradizionale
Modulatore Demodulatore
Sorgente Canale DestinazioneMod. Dem.Cod.
Sorg.
Cod.
Canale
Decod
Canale
Decod.
Sorg.
Nuovo
Gli approcci a confronto
Canale discreto
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.
Codifica di sorgenteLinee evolutive
Codici di Huffman
Cod. Univ. LZW
Codici aritmetici
Codifica di sorgente
GIF
PNG
FAXDPCM
Cod. Shannon-
Fano
JPG
JPG2000
MPEG
M-JPG
MPEG-4
H.263
H.261
H.264
mp3aac3
Codifica di canaleLa "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(1902 – 1989)
Richard Hamming(1915 – 1998)
Irving Reed(1923 – 2012)
Gustave Solomon(1930 – 1996)
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)
INTERNETo ARPANET figlia (1982-83)
MILNET
• Sistemi a commutazione di cella (ATM).• Sistemi a commutazione di etichetta (MPLS) (2000-).
Un’altra tappa miliare Nasce l’ADSL (1991)
John Cioffi, sfruttando tecniche OFDM, realizza all’AmatiCommunications Corporation i primi modem chepermettono di sfruttare le linee telefoniche tradizionali perla trasmissione dati ad alta velocità.
Internet è pronta per essere sdoganata ….
Internet oggi
Collegamenti europei
Collegamenti intercontinentali
Il “Cloud”
Avvento dei paradigmi:SaaS: Software as a ServicePaaS: Platfom as a ServiceIaaS: Infrastructure as a Service
Grandi risorse in estese serverfarm forniscono ad utenti remotivia rete: Servizi, Piattaforme eInfrastrutture
Alcuni “pro e contro”
•Sistemi altamente affidabili•Servizi “on demand” a pagamento•Problemi di sicurezza e privacy
L’Internet delle cose (IoT)Smart cities – Smart energy plants
Il futuro che ci aspetta L’Internet
interplanetaria "2020"
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.