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.