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Integrated Sensing and Communication in Optical Networks: Foundations and Emerging Applications

01WYWRV

A.A. 2026/27

Course Language

Inglese

Degree programme(s)

Doctorate Research in Ingegneria Elettrica, Elettronica E Delle Comunicazioni - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 27
Esercitazioni in laboratorio 3
Lecturers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut h.Sem Years teaching
Virgillito Emanuele   Ricercatore L240/10 IINF-03/A 24 0 0 0 0 1
Co-lectures
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
*** N/A *** 6    
Questo corso introduce i principi della Comunicazione e rilevamento integrati nelle reti ottiche, mostrando come le infrastrutture ottiche possano evolvere da semplici sistemi di comunicazione a piattaforme multifunzionali, capaci sia di trasmettere dati sia di svolgere funzioni di sensing. Il corso copre i fondamenti delle reti ottiche, le principali tecniche di sensing in fibra, incluse quelle basate su scattering, stato di polarizzazione e interferometria, e l’integrazione delle funzionalità di sensing nelle reti ottiche di comunicazione. Verranno inoltre discusse tecnologie abilitanti come transceiver coerenti, digital signal processing, machine learning e reti software-defined. Le applicazioni considerate includono il monitoraggio di infrastrutture critiche, smart cities, reti ferroviarie ed energetiche, cavi sottomarini, rilevamento di eventi ambientali e sismici, e scenari futuri orientati al 6G. Il corso è pensato per dottorandi e giovani ricercatori. Non sono richiesti prerequisiti specifici ed è aperto anche a studenti senza un background specifico nelle comunicazioni ottiche.
This course introduces the principles of Integrated Sensing and Communication in Optical Networks, showing how optical infrastructures can evolve from pure communication systems into multifunctional platforms capable of both data transmission and sensing. The course covers the fundamentals of optical networks, the main fiber-optic sensing techniques, including scattering-based, polarization-based, and interferometric approaches, and the integration of sensing functions into optical communication networks. Enabling technologies such as coherent transceivers, digital signal processing, machine learning, and software-defined networking will also be discussed. Emerging applications include infrastructure monitoring, smart cities, railway and energy networks, submarine cables, environmental and seismic event detection, and future 6G-oriented scenarios. The course is designed for PhD students and young researchers. No specific prerequisites are required, and it is also open to students without a specific background in optical communications.
Nessun prerequisito particolare, aperto anche a studenti senza back ground specifico
No specific prerequisites; also open to students without a specific background.
1. Introduzione a Integrated Sensing and Communication Motivazioni e concetti fondamentali Evoluzione da reti di comunicazione a infrastrutture multifunzionali Differenze tra sensing dedicato, comunicazione dedicata e ISAC 2. Fondamenti di reti ottiche Fibre ottiche, propagazione e segnali ottici Architetture di reti ottiche di accesso, metro e backbone Sistemi coerenti, WDM e reti elastiche Parametri fisici rilevanti per il sensing: fase, polarizzazione, intensità e frequenza 3. Tecniche di sensing in fibra ottica Sensing distribuito e quasi-distribuito Tecniche basate su scattering Rayleigh, Brillouin e Raman Tecniche basate sullo **stato di polarizzazione**, SOP, e sulla variazione della polarizzazione lungo la fibra Tecniche interferometriche: interferometri Mach-Zehnder, Michelson, Sagnac e configurazioni in fibra Tecniche basate su fase, intensità e coherent detection Applicazioni a vibrazioni, deformazioni, temperatura, strain e monitoraggio infrastrutturale 4. ISAC nelle reti ottiche Uso congiunto delle infrastrutture ottiche per comunicazione e sensing Coesistenza tra traffico dati e segnali di sensing Trade-off tra capacità trasmissiva, accuratezza del sensing e complessità Architettura di rete con i piano di telemetria 5. Tecnologie abilitanti Digital signal processing per comunicazione e sensing Coherent transceivers come piattaforme per sensing Machine learning per classificazione ed estrazione di eventi Reti software-defined e controllo intelligente 6. Applicazioni emergenti Smart cities e monitoraggio del territorio Monitoraggio di infrastrutture critiche, ferroviarie, energetiche e sottomarine Rilevamento di vibrazioni, intrusioni, eventi sismici e ambientali Supporto a 6G e reti intelligenti 7. Sfide aperte e prospettive di ricerca Scalabilità e integrazione nelle reti esistenti Accuratezza, risoluzione spaziale e robustezza Standardizzazione e interoperabilità Sicurezza, privacy e affidabilità 8. Esperienza hands-on sulla rete TuriNet
1. Introduction to Integrated Sensing and Communication Motivation and fundamental concepts Evolution from communication networks to multifunctional infrastructures Differences between dedicated sensing, dedicated communication, and ISAC 2. Fundamentals of Optical Networks Optical fibers, propagation, and optical signals Architectures of access, metro, and backbone optical networks Coherent systems, WDM, and elastic optical networks Physical parameters relevant to sensing: phase, polarization, intensity, and frequency 3. Fiber-Optic Sensing Techniques Distributed and quasi-distributed sensing Techniques based on Rayleigh, Brillouin, and Raman scattering Techniques based on the state of polarization (SOP) and on polarization variations along the fiber Interferometric techniques: Mach-Zehnder, Michelson, and Sagnac interferometers, and fiber-based configurations Techniques based on phase, intensity, and coherent detection Applications to vibration, deformation, temperature, strain, and infrastructure monitoring 4. ISAC in Optical Networks Joint use of optical infrastructures for communication and sensing Coexistence of data traffic and sensing signals Trade-offs among transmission capacity, sensing accuracy, and complexity Network architecture with telemetry planes 5. Enabling Technologies Digital signal processing for communication and sensing Coherent transceivers as sensing platforms Machine learning for event classification and extraction Software-defined networks and intelligent control 6. Emerging Applications Smart cities and environmental monitoring Monitoring of critical, railway, energy, and submarine infrastructures Detection of vibrations, intrusions, seismic events, and environmental events Support for 6G and intelligent networks 7. Open Challenges and Research Perspectives Scalability and integration into existing networks Accuracy, spatial resolution, and robustness Standardization and interoperability Security, privacy, and reliability 8. Hands-on Experience on the TuriNet Network
In presenza
On site
Presentazione orale
Oral presentation
P.D.2-2 - Giugno
P.D.2-2 - June