Il corso ha l’obiettivo di fornire allo studente le competenze e le capacita` operative per l’analisi quantitativa delle prestazioni di reti di calcolatori, reti di telecomunicazioni e sistemi informatici distribuiti. Tali competenze costituiscono il prerequisito per il progetto ed il dimensionamento di tali sistemi. Il corso quindi mette lo studente nelle condizioni di comprendere le metodologie di analisi e progetto di reti e sistemi distribuiti e di affrontare il loro dimensionamento.

Il corso fornisce le competenze necessarie ad un ingegnere che deve affrontare problemi di analisi e progetto di reti di calcolatori, reti di telecomunicazioni e sistemi informatici distribuiti. In particolare il corso ha come obiettivi: i) lo studio della teoria delle code elementare e la sua applicazione per lo sviluppo di modelli analitici di semplici reti; ii) lo studio di principi e di tecniche di base della simulazione al calcolatore. Durante il corso, sono affrontate le problematiche della simulazione in generale; in seguito, lo studente impara a usare uno dei principali software OpenSource di simulazione per reti di comunicazioni, OMNET++, attraverso il quale affronta la simulazione di alcuni casi di studio di rilievo nell’ambito di protocolli e servizi offerti dalla rete Internet.
Piu` in dettaglio, le competenze che lo studente acquisisce sono le seguenti:
1. Conoscenza dei concetti e degli strumenti di base indispensabili per descrivere e risolvere problemi caratterizzati da evoluzioni temporali non-deterministiche di fenomeni di diverse tipologie, quali tempi di attesa o di svolgimento di un servizio (con particolare attenzione ai casi di Internet a della telefonia mobile), il numero di fallimenti o successi nel tempo o il conteggio del numero di guasti di componenti e sistemi di rete.
2. Conoscenza di strumenti elementari di modellistica stocastica, basati su modelli a coda.
3. Conoscenza delle nozioni di base sulla struttura di un simulatore.
4. Conoscenza delle caratteristiche delle varie tipologie di simulatori.
5. Conoscenza di potenzialità e limitazioni dell’uso di simulatori per lo studio delle reti di comunicazione.
6. Conoscenza del simulatore OMNET++ attraverso dimostrazioni in aula e l’uso individuale mirato alla realizzazione di progetti di simulazione.
7. Abilità nel definire ed analizzare semplici modelli stocastici per la descrizione di tempi di attesa in teoria delle code o in teoria dell'affidabilità (delle reti o di sistemi distribuiti).
8. Capacità di capire il significato dei valori assunti dai parametri e degli oggetti matematici ottenibili al termine delle analisi.
9. Capacità di formulare e risolvere modelli a coda per reti e sistemi distribuiti.
10. Capacità di sviluppare autonomia di giudizio, sia nella scelta della tecnica modellistica da utilizzare, sia nella scelta dell'adeguato livello di astrazione nella creazione del modello del sistema, al fine di garantire la possibilità di esaminare il sistema in tempi realistici mantenendo al contempo il modello simile al sistema reale.
11. Abilità nell’impostare in modo autonomo simulazioni di reti, anche complesse, usando i moduli a disposizione nel simulatore OMNET++.
12. Abilità di sviluppare moduli ex-novo per il simulatore OMNET++.
13. Abilità di analizzare i risultati di simulazione e valutarne l’attendibilità.

Prerequisiti indispensabili per poter seguire con profitto il corso sono l'aver frequentato e sostenuto un esame di calcolo di probabilità di base e di processi stocastici, con particolare attenzione alle catene di Markov tempo continue. E’ necessaria la conoscenza dei linguaggi di programmazione C e C++. È indispensabile la conoscenza delle architetture di reti e di sistemi distribuiti, ed in particolare delle reti basate sui protocolli TCP/IP.

Gli argomenti trattati nelle lezioni e relativo peso in ore sono i seguenti.
Il corso è diviso in due parti, di 60 ore ciascuna. La prima parte affronta le seguenti tematiche:
• Introduzione alla teoria delle code e concetti di base (4 ore lezione)
• Code Markoviane (M/M/1, M/M/c, M/M/c/0, etc) (12 ore lezione, 6 ore esempi ed esercizi)
• Formula di Little, formule di Erlang e di Engset (6 ore lezione, 2 ore esempi ed esercizi)
• Code M/G/1, G/M/c (4 ore lezione, 2 ore esempi ed esercizi)
• Reti di code Markoviane (10 ore lezione, 6 ore esempi ed esercizi)
• Modelli di reti TCP/IP e di reti cellulari (8 ore)
La seconda parte affronta le seguenti tematiche:
• Introduzione alle tecniche di simulazione (4 ore)
• Classificazione dei simulatori (8 ore)
o Simulatori ad eventi discreti
o Simulatori a passaggio di messaggi
• Generatori di numeri pseudo-casuali (6 ore)
o Tecniche di generazione di numeri pseudo-casuali
o Test statistici di casualità
• Analisi del transitorio e intervalli di confidenza (6 ore)
• Il simulatore OMNET++: architettura e sintassi di descrizione delle simulazioni (16 ore)
• Laboratorio sui modelli di simulazione di reti di comunicazione (20 ore)

La prima parte del corso comprende lezioni ed esercitazioni in aula. Le lezioni affrontano gli aspetti teorici, mentre le esercitazioni consistono nella soluzione di problemi. La seconda parte del corso prevede circa 40 ore sulla teoria della simulazione, e 20 ore di laboratorio di programmazione, articolato in piccoli gruppi, durante le quali agli studenti è richiesto lo sviluppo di un progetto di simulazione.

Durante lo svolgimento del corso saranno forniti agli studenti i lucidi e le dispense utilizzati a lezione.
Alcuni testi utili per approfondimenti sono i seguenti:
•Sheldon N. Ross, Stochastic processes, John Wiley, qualsiasi edizione
•William, J. Stewart, Probability, Markov Chains, Queues, and Simulation: The Mathematical Basis of Performance Modeling
•J. Banks, J.S. Carson, B. Nelson, D. Nicol, Discrete-Event System Simulation, Prentice Hall
•OMNET++ User Manual – disponibile online su www.omnetpp.org

L’esame è diviso in due parti separate, una per ciascuna delle due parti del corso.
• La prima parte riguarda i modelli analitici: è esclusivamente scritta e richiede la soluzione di alcuni problemi analoghi a quelli affrontati in aula (è permessa la consultazione di libri e appunti durante la prova scritta; il voto massimo è 30/30 e concorre alla determinazione del voto finale del corso per il 50%). Questa prima prova consente di verificare le competenze 1 e 2 e le abilita`/capacita` 7, 8 e 9.
• La seconda parte riguarda la simulazione: consiste in una prova scritta, da svolgersi contestualmente alla prova scritta della prima parte, con domande aperte sugli aspetti teorici e pratici della simulazione (è permessa la consultazione di libri e appunti durante la prova scritta; il voto massimo è 30/30 e corrisponde al 25% del voto finale) e in una relazione scritta sui progetti di simulazione di gruppo, da consegnare prima della sessione di esame entro le date indicate dal docente, seguita dalla relativa discussione orale (25% del voto finale). I punti vengono assegnati in base alla qualità della relazione scritta, alla correttezza del codice e alla conoscenza del codice. Nessun punto viene assegnato ai progetti consegnati dopo la scadenza.

La durata della prova scritta su modelli analitici e simulazione è di DUE ore.

Per superare l’esame è necessario ottenere la sufficienza in ciascuna delle due Parti.