Progetto MIUR-FIRB 'Insyeme'

Work Description

I mezzi che le Tecnologie dell’Informazione e della Comunicazione (ICT) rendono già ora disponibili, e renderanno sempre più nel futuro, appaiono come uno strumento di basilare importanza per fronteggiare condizioni di emergenza. Il loro ruolo può essere riconosciuto in tre fasi distinte:
  1. nella previsione/prevenzione dell’evento;
  2. nelle modalità di intervento in occasione dell’intervento calamitoso;
  3. nella gestione pianificata della post-emergenza, con la finalità di coordinare l’esecuzione delle opere di ripristino.
Quanto ora detto può trovare attuazione attraverso la realizzazione di una infrastruttura di supporto al sistema di gestione delle emergenze, in grado di offrire servizi aggiuntivi, complementari a quelli esistenti e di garantire elevati livelli di comunicazione e di elaborazione. Nel Progetto InSyEme si è ritenuto doveroso prevedere due possibili scenari tecnologici:
  1. uno collocato un una prospettiva di breve-medio termine, che dia la possibilità di concludere il progetto con la realizzazione e con la sperimentazione di prototipi basati sui mezzi tecnologici già attualmente disponibili;
  2. un altro più proiettato a un futuro a medio-lungo termine, nella quale sia prevedibile l’utilizzazione di mezzi di elaborazione e di comunicazione per il cui pieno sviluppo è necessario dedicare uno specifico sforzo di ricerca di base.
E’ a questo secondo scenario che si riferiscono le attività di ricerca presentate in questo documento, mentre al primo scenario si riferisce la presentazione dello stesso Progetto InSyEme con contenuti meglio inquadrabili in una ricerca industriale e in uno sviluppo precompetitivo. Obiettivo generale del Progetto InSyEme è lo studio progettuale di una infrastruttura modulare ICT finalizzata alla realizzazione e alla sperimentazione di un sistema integrato per il supporto ad attività di prevenzione, di gestione e di superamento delle emergenze a seguito di catastrofi naturali. L’infrastruttura è quindi rivolta all’impiego da parte degli Enti preposti (Protezione Civile, Forze di Polizia, ecc), che operano al servizio delle Amministrazioni Pubbliche centrali e periferiche. Elemento caratterizzante dell’intero Progetto InSyEme è la cooperazione di Enti industriali manifatturieri, di Enti di ricerca pubblici e privati (Dipartimenti Universitari e Consorzi di Ricerca) e di Amministrazioni Pubbliche periferiche. Obiettivo specifico della parte del Progetto InSyEme a cui verranno dedicate attività di ricerca di base è mettere a fuoco le potenzialità connesse all’impiego nel sistema di mezzi di comunicazione e di elaborazione, per la cui disponibilità è prevedibile un tempo non superiore a una decade. Il presente Progetto è stato concepito suddiviso in 4 WP, a ciascuna delle quali partecipano almeno due Unità di Ricerca (UdR). Le UdR partecipanti sono sei e fanno capo a cinque sedi universitarie (Università di Firenze, di Pisa, di Roma 1 e di Salerno, Politecnico di Milano) e a un consorzio-ricerca-città (Milano Ricerche).
I WP 2, 3 e 4 hanno come premessa i risultati del WP 1 che definisce le linee guida del Progetto tramite l'identificazione di due modelli: uno dei processi organizzativi da attivare nel caso di gestione delle emergenze e un secondo finalizzato alla definizione delle funzioni da svolgere e delle specifiche da rispettare nel loro svolgimento. Il percorso previsto per ogni WP prevede di norma:


WP1



WP2 - Communication Infrastructure

Il progetto di ricerca In.Sy.Eme. (Integrated System for Emergency) ha come obiettivo lo studio e la modellazione di un Sistema integrato per il supporto agli interventi in caso di emergenza in differenti scenari applicativi. La caratteristica principale di questa attività progettuale è quella di definire un’architettura integrata ad alta efficienza ed alte prestazioni costituita da una struttura di rete per il trasporto e la condivisione delle informazioni ed una struttura di elaborazione distribuita basata sulla tecnologia GRID di prossima generazione (Next Generation Grid). Requisito principale del progetto è quello di definire un’architettura complessiva per un sistema di gestione delle emergenze che preveda l’integrazione funzionale di nuove tecnologie con tecnologie attuali o comunque disponibili e consenta di attuare un coordinamento sinergico tra i differenti operatori coinvolti nella gestione delle emergenze (istituzioni, amministrazioni locali, volontariato) al fine di ottimizzazione i tempi di intervento e l’utilizzo delle risorse disponibili. Nello specifico questo documento ha come scopo quello di identificare le linee di ricerca che verranno sviluppate nell’ambito del Work Package 2 (WP2) del progetto In.Sy.Eme. cui obiettivo generale è quello di identificare un’infrastruttura di telecomunicazioni robusta e flessibile che consenta di integrare differenti tecnologie informatiche per lo sviluppo ed utilizzo di applicazioni specifiche. Tutto ciò richiederà l’individuazione di nuove soluzioni, adeguate al contesto d’interesse, in grado di aumentare sia l’efficienza che l’affidabilità della trasmissione delle informazioni nei canali di comunicazione e di garantire la necessaria Qualità del Servizio (QoS) alle diverse applicazioni previste consentendo in particolare una rapida localizzazione e conseguente allocazione delle risorse più adeguate disponibili. Oltre a questo, è anche obiettivo del WP2 approfondire tematiche specifiche dell’interoperabilità ed integrazione di reti eterogenee (reti wireless, reti cellulari, reti di sensori) ed individuare soluzioni innovative per garantire un elevato livello di sicurezza della rete di comunicazione e un’adeguata capacità di gestione del traffico con caratteristiche di servizio e priorità differenti. Il WP2 prevede la suddivisione in 5 attività specifiche, strettamente coordinate tra loro, il cui obiettivo complessivo e’ quello di dare, almeno per il settore della gestione delle emergenze, un significativo contributo innovativo sia di tipo scientifico che tecnologico nel campo delle reti di telecomunicazioni, con particolare riferimento alle reti wireless a larga banda e alle reti di sensori. I risultati di WP2 consisteranno in un insieme integrato di metodologie originali ed esperienze sperimentali finalizzate a verificare il livello di integrazione e cooperazione con le metodologie e gli approcci che saranno prodotti dal WP3 e riguardanti le parti più critiche e innovative delle varie attività.

Task

Nello specifico, il WP2 prevede le seguenti cinque Attività:

Documenti




WP3 – Mobile Grid
L’obiettivo di WP3 del progetto In.Sy.Eme è quello di definire una metodologia ed una tecnologia innovative per l’architettura e per il modello di programmazione della piattaforma distribuita di supporto alle applicazioni di gestione delle emergenze. Uno dei principali requisiti del progetto riguarda la possibilità di realizzare un ambiente robusto e flessibile che abiliti il coordinamento fra operatori, sistemi e dispositivi di varia natura, fissi e soprattutto mobili, in condizioni di elevata ubiquità, eterogeneità, dinamicità e adattività. Ciò richiede di trovare nuove soluzioni, adeguate al contesto applicativo di interesse, al problema di garantire la necessaria Qualità del Servizio (QoS). Il raggiungimento dell’obiettivo della QoS richiede la capacità di integrare la molteplicità di risorse, componenti (hardware, software e utenti) e servizi in applicazioni complesse caratterizzate da adattività, proattività, combinazione di conoscenza da diverse sorgenti e a diversi livelli, self-tuning, mobilità, tecniche di risparmio energetico. Nella fase di rimodulazione del progetto, WP3 e WP4 (Domain Abstractions) hanno concordato una definizione congiunta delle linee, scientifiche e tecnologiche, che caratterizzano la metodologia di sviluppo applicazioni, l’architettura complessiva e il modello di programmazione, in modo da cercare una reale aderenza della piattaforma alle esigenze delle applicazioni per la gestione delle emergenze. Aspetti ritenuti essenziali nella definizione dell’architettura e del modello di programmazione sono:
  • approccio QoS-driven a tutti i livelli,
  • adattività “on demand” delle prestazioni e delle funzionalità,
  • context-awareness e location-awareness,
  • livello adeguato di visibilità delle risorse e del contesto nei confronti delle applicazioni e dei loro utilizzatori.
  • Un approccio “classico”, o “tradizionale”, di Grid Computing, che si limiti alla gestione dinamica di risorse di calcolo generali (e comunicazione) nei confronti di Web/Grid Service, non risolve il problema della complessità dell’integrazione in una applicazione di gestione delle emergenze. Un approccio innovativo, per perseguire la linea di WP3, prende lo spunto dal settore del Pervasive Computing, il cui problema di fondo è appunto lo sviluppo di applicazioni integrando risorse di calcolo e di conoscenza, dispositivi fissi e mobili, e servizi in modo adattivo, dinamico, proattivo e context-aware, in funzione di user-intention in generale variabili dinamicamente. La piattaforma che intendiamo studiare in questo progetto verrà quindi denominata Pervasive Grid. In questo tipo di piattaforma, spesso i risultati dei servizi o eventi innescano azioni complesse e data/computation intensive (modelli di simulazione, knowledge discovery, strategie di comunicazione). Di conseguenza, l’approccio che verrà indagato deve anche permettere di integrare, nello sviluppo delle applicazioni, le caratteristiche del calcolo ad alte prestazioni in modo naturale e del tutto user-friendly. L’approccio adottato si basa su un modello di programmazione, e di conseguenza su un ambiente di programmazione, con un modello semantico ed un modello dei costi che permettano di affrontare in maniera approfondita gli aspetti della drastica riduzione della complessità delle applicazioni, ed in particolare:
    1. adeguato compromesso tra programmabilità, ridotti costi di sviluppo e portabilità da una parte, e performance e controllo della QoS dall’altra,
    2. approccio uniforme a strutturazione distribuita e parallelismo,
    3. potenzialità ad esprimere politiche di adattività, proattività e disponibilità,
    4. potenzialità ad esprimere le caratteristiche di location & context awareness.
    Il tradizionale middleware diviene il supporto del modello di programmazione (Grid Abstract Machine), e questo rende possibile una più efficace attuazione delle richieste contenute nei “contratti” che le applicazioni richiedono, anche dinamicamente, al sistema. I risultati di WP3 consisteranno in un insieme integrato di metodologie originali e in un insieme di prototipi ed esperienze sperimentali riguardanti le parti più critiche delle varie Attività.

    Task


    WP3 è organizzato in cinque Attività:

    Documenti




    WP4 - Domain Abstraction
    Nel contesto del progetto In.Sy.Eme, le problematiche affrontate in WP4 si collocano a un livello intermedio fra quelle affrontate in WP1, il cui obiettivo è l'analisi dei requisiti, e quelle affrontate in WP2 e WP3, il cui obiettivo è la definizione e la progettazione di piattaforme architetturali e di comunicazione finalizzate al soddisfacimento dei requisiti.
    Obiettivo di WP4 è quindi la riduzione del "semantic gap" fra i requisiti prodotti da WP1 e gli strumenti metodologici e tecnologici prodotti da WP3 e WP2, che si traduce nella identificazione di astrazioni a un livello indipendente dalle soluzioni architetturali e tecnologiche ma adatto a essere tradotto in specifiche progettuali, tenendo conto anche della necessità di far emergere a livello applicativo informazioni relative allo stato interno del sistema.
    La complessità dei flussi informativi e la quantità delle informazioni trattate rendono necessario il ricorso a tecniche di Knowledge Discovery e di Forecasting basate su modelli costruiti dinamicamente e atti ad essere utilizzate in un contesto distribuito.
    Infine, WP4 comprende lo studio e lo sviluppo di tecnologie abilitanti atte a supportare i modo efficace le astrazioni di dominio, con riferimento in particolare agli aspetti di Content-Based Routing e di Energy harvesting in contesti caratterizzati da elevata distribuzione e mobilità.

    Attività

    WP4 è organizzato in tre Task:

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