Un framework per applicazioni di monitoraggio e domotica basato su tecnologie android e arduino

Questa tesi tratta dello sviluppo di un progetto chiamato Faxa e di una sua concreta applicazione nell’ambito della domotica (CasaDomotica). Faxa è un framework per la comunicazione via wireless tra dispositivi che supportano il sistema operativo Android e dispositivi Arduino Ethernet, comunicazione che avviene localmente attraverso il wi-fi. Il progetto si inserisce nel panorama più ampio chiamato “Internet of Things”, ovvero internet delle cose, dove ogni oggetto di uso domestico è collegato ad Internet e può essere quindi manipolato attraverso la rete in modo da realizzare una vera e propria “smart house”; perchè ciò si attui occorre sviluppare applicazioni semplici e alla portata di tutti. Il mio contributo comincia con la realizzazione del framework Faxa, così da fornire un supporto semplice e veloce per comporre programmi per Arduino e Android, sfruttando metodi ad alto livello. Il framework è sviluppato su due fronti: sul lato Android è composto sia da funzioni di alto livello, necessarie ad inviare ordini e messaggi all'Arduino, sia da un demone per Android; sul lato Arduino è composto dalla libreria, per inviare e ricevere messaggi. Per Arduino: sfruttando le librerie Faxa ho redatto un programma chiamato “BroadcastPin”. Questo programma invia costantemente sulla rete i dati dei sensori e controlla se ci sono ordini in ricezione. Il demone chiamato “GetItNow” è una applicazione che lavora costantemente in background. Il suo compito è memorizzare tutti i dati contenuti nei file xml inviati da Arduino. Tali dati corrispondono ai valori dei sensori connessi al dispositivo. I dati sono salvati in un database pubblico, potenzialmente accessibili a tutte le applicazioni presenti sul dispositivo mobile. Sul framework Faxa e grazie al demone “GetItNow” ho implementato “CasaDomotica”, un programma dimostrativo pensato per Android in grado di interoperare con apparecchi elettrici collegati ad un Arduino Ethernet, impiegando un’interfaccia video semplice e veloce. L’utente gestisce l’interfaccia per mezzo di parole chiave, a scelta comandi vocali o digitali, e con essa può accendere e spegnere luci, regolare ventilatori, attuare la rilevazione di temperatura e luminosità degli ambienti o quanto altro sia necessario. Il tutto semplicemente connettendo gli apparecchi all’Arduino e adattando il dispositivo mobile con pochi passi a comunicare con gli elettrodomestici.

Studio ed analisi della sicurezza del protocollo SIP nelle reti Voice over IP

Nell'era di Internet e della digitalizzazione, anche la telefonia ha avuto la possibilità di evolversi, e grazie alle tecnologie Voice-over-IP è stato possibile realizzare servizi di comunicazione avanzata su reti di dati. Anche se la comunicazione vocale è l'aspetto chiave di questi sistemi, le reti VoIP supportano altri tipi di servizi, tra cui video, messaggistica istantanea, condivisione di file, ecc. Il successo di questa nuova tipologia di rete è dovuto ad una migliore flessibilità rispetto ai vecchi sistemi analogici, grazie ad architetture aperte e implementazioni a livello software, e soprattutto ad un minor costo legato alle apparecchiature ed ai collegamenti utilizzati, ed ai nuovi modelli di business e di consumo sempre più orientati allo sfruttamento della connettività a banda larga. Tuttavia, l'implementazione dei sistemi VoIP rappresenta anche un grado di complessità maggiore in termini di architetture di rete, di protocolli, e di implementazione, e con questo ne segue un incremento delle possibili vulnerabilità. Una falla nella sicurezza in questi sistemi può portare a disservizi e violazione della privacy per gli utenti con conseguenti ripercussioni economiche per i relativi gestori. La tesi analizza la sicurezza delle reti VoIP concentrandosi sul protocollo che sta alla base dei servizi multimediali, il protocollo SIP. SIP è un protocollo di livello applicativo realizzato per creare, modificare e terminare delle sessioni multimediali tra due o più utenti. Dopo un'introduzione alle generalità del protocollo, vengono esaminate le classi di vulnerabilità delle reti VoIP e gli attacchi a SIP, e vengono presentate alcune contromisure attuabili. Viene mostrato un esempio di come vengano attuati alcuni dei principali attacchi a SIP tramite l'utilizzo di appositi strumenti. L'eborato conclude con alcune considerazioni sulle minacce al protocollo e sugli obiettivi futuri che la comunità scientifica dovrebbe perseguire.

Sicurezza nelle reti di sensori wireless UWB: generazione di chiavi simmetriche da parametri fisici

Le reti di oggetti intelligenti costituiscono una realtà che si sta affermando nel mondo quotidiano. Dispositivi capaci di comunicare tra loro, oltre che svolgere la propria funzione primaria, possono comporre una nuvola che faccia riferimento al legittimo proprietario. Un aspetto fondamentale di questo scenario riguarda la sicurezza, in particolar modo per garantire una comunicazione protetta. Il soddisfacimento di questo requisito è fondamentale anche per altri punti come l'integrità dell'informazione condivisa e l'autenticazione. Lo strumento più antico e tutt'ora adatto alla riservatezza di una comunicazione è costituito dalla crittografia. Una tecnica crittografica è schematicamente composta da un algoritmo che, a seconda di una chiave e del messaggio in ingresso, restituisce in uscita un messaggio cifrato, il crittogramma. Questo viene poi inviato e al legittimo destinatario che, essendo in possesso della chiave e dell'algoritmo, lo converte nel messaggio originale. L'obiettivo è rendere impossibile ad un utente malevolo - non dotato di chiave - la ricostruzione del messaggio. L'assunzione che l'algoritmo possa essere noto anche a terze parti concentra l'attenzione sul tema della chiave. La chiave deve essere sufficientemente lunga e casuale, ma soprattutto deve essere nota ai due utenti che intendono instaurare la comunicazione. Quest'ultimo problema, noto come distribuzione della chiave, è stato risolto con il sistema RSA a chiave pubblica. Il costo computazionale di questa tecnica, specialmente in un contesto di dispositivi non caratterizzati da grandi potenze di calcolo, suggerisce però la ricerca di strade alternative e meno onerose. Una soluzione promettente ed attualmente oggetto di studio sembra essere costituita dalle proprietà del canale wireless. Un ponte radio è caratterizzato da una funzione di trasferimento che dipende dall'ambiente in cui ci si trova e, per il teorema di reciprocità, risulta essere lo stesso per i due utenti che l'hanno instaurato. Oggetto della tesi è lo studio ed il confronto di alcune delle tecniche possibili per estrarre una chiave segreta da un mezzo condiviso, come quello del canale wireless. Si presenterà il contesto in cui verrà sviluppato l'elaborato. Si affronteranno in particolare due casi di interesse, costituiti dalla attuale tecnologia di propagazione del segnale a banda stretta (impiegata per la maggior parte delle trasmissioni senza fili) per passare a quella relativamente più recente della banda Ultra-larga (UWB). Verranno poi illustrate delle tecniche per ottenere stringhe di bit dai segnali acquisiti, e saranno proposti dei metodi per la loro correzione da eventuali discordanze. Saranno infine riportate le conclusioni sul lavoro svolto e le possibili strade future.

Ottimizzazione, guidata dall'applicazione, della scansione di canali WiFi in kernel Linux

La tesi ha visto la creazione di una applicazione in grado di inviare e ricevere messaggi verso un kernel Linux 3.6.8, che e' stato modificato nel modulo net/mac80211. Lo scopo e' stato permettere all'applicazione di attivare/disattivare comportamenti alternativi del metodo di scansione di canali Wi-Fi. Sono rese possibili le seguenti funzionalita': disattivare la scansione, rendere non interrompibile la scansione software, ricevere notifiche a completamento di una scansione software. Per la comunicazione sono stati usati i socket netlink.

Applicazione mobile per la condivisione di interessi geolocalizzati

Progetto e implementazione di un applicazione mobile per Android per la condivisione di interessi con gli utenti vicini. L'app consente ai dispositivi dove è installata di identificarsi e quindi interagire fra loro, tutto all'interno di un raggio di azione limitato. L’utente non deve effettuare nessuna ricerca ma viene informato automaticamente della vicinanza di un altro utente con cui condivide interessi. A questo scopo è stato utilizzato il Wi-Fi Direct.

Un'applicazione mobile Android per il monitoraggio della qualità dei viaggi ferroviari

Tesi riguardante lo sviluppo di una applicazione Android rivolto ai pendolari. Si da maggior rilievo al framework Wi-Fi P2P e al filtraggio audio.

Enhancing quality of service in software-defined networks

Resource management is of paramount importance in network scenarios and it is a long-standing and still open issue. Unfortunately, while technology and innovation continue to evolve, our network infrastructure system has been maintained almost in the same shape for decades and this phenomenon is known as “Internet ossification”. Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm in computer networking that allows a logically centralized software program to control the behavior of an entire network. This is done by decoupling the network control logic from the underlying physical routers and switches that forward traffic to the selected destination. One mechanism that allows the control plane to communicate with the data plane is OpenFlow. The network operators could write high-level control programs that specify the behavior of an entire network. Moreover, the centralized control makes it possible to define more specific and complex tasks that could involve many network functionalities, e.g., security, resource management and control, into a single framework. Nowadays, the explosive growth of real time applications that require stringent Quality of Service (QoS) guarantees, brings the network programmers to design network protocols that deliver certain performance guarantees. This thesis exploits the use of SDN in conjunction with OpenFlow to manage differentiating network services with an high QoS. Initially, we define a QoS Management and Orchestration architecture that allows us to manage the network in a modular way. Then, we provide a seamless integration between the architecture and the standard SDN paradigm following the separation between the control and data planes. This work is a first step towards the deployment of our proposal in the University of California, Los Angeles (UCLA) campus network with differentiating services and stringent QoS requirements. We also plan to exploit our solution to manage the handoff between different network technologies, e.g., Wi-Fi and WiMAX. Indeed, the model can be run with different parameters, depending on the communication protocol and can provide optimal results to be implemented on the campus network.

Studio e valutazione sperimentale di tecniche di radio fingerprinting per navigazione indoor con dispositivi mobili Android

Lo studio effettuato raccoglie informazioni al fine di svolgere un’analisi globale delle tecniche attualmente in uso, o in fase di studio, nel campo della localizzazione di dispositivi all’interno di un ambiente chiuso, ovvero laddove non è possibile sfruttare la copertura del sistema GPS. La panoramica è frutto dell’analisi e dello studio di paper tecnici pubblicati dai collaboratori dell’IEEE, fruibili all’interno del portale IEEE Xplore. A corredo di questo studio è stata sviluppata una applicazione per dispositivi Android basata sulla tecnica del Wi-Fi fingerprint; l’applicazione, che rappresenta un primo approccio alle tecniche di localizzazione, è a tutti gli effetti un sistema standalone per la localizzazione, consente cioè di costruire sia la mappa per la localizzazione, partendo da un ambiente sconosciuto, sia di ottenere la posizione dell’utente all’interno di una mappa conosciuta. La tesi si conclude con una analisi dei risultati e delle performance ottenute dall’applicazione in un uso comune, al fine di poter valutare l’efficacia della tecnica presa in considerazione. I possibili sviluppi futuri sono analizzati in un capitolo a parte e trovano spazio in ambienti nei quali si vogliono offrire servizi "context-based", ovvero basati sulla posizione esatta dell’utente.

Tecniche automatiche di mapping e localizzazione in ambienti indoor

Il mapping di grandezze fisiche risulta estremamente importante, essendo in grado di fornire un adeguato supporto per la localizzazione e il monitoraggio di parametri ambientali sensibili. Nel caso indoor, in assenza di un sistema di localizzazione di riferimento analogo al GPS per il caso outdoor, sfruttando appieno le potenzialità della sensoristica a bordo degli smartphone, si è fatto progressivamente strada il mapping di grandezze fisiche quali, ad esempio, il segnale Wi-Fi e il campo magnetico terrestre. In questo caso il mapping, senza richiedere alcuna infrastruttura e coadiuvato dall'utilizzo di dispositivi portatili largamente diffusi ad uso quotidiano, rappresenta una soluzione relativamente recente ridefinibile come Mobile Crowd Sensing. Il MCS rappresenta un nuovo paradigma di servizio, volto a sfruttare l'interconnettività tra dispositivi portatili per effettuare misurazioni di caratteristiche ambientali in maniera automatizzata, aggregandole in un sistema cloud usufruibile ad una vasta comunità. Tuttavia , il considerevole flusso di dati generato, la variabilità temporale delle grandezze di interesse e il rumore insito nelle misurazioni costituiscono problematiche fondamentali per l'utilizzo e la gestione delle misurazioni effettuate. Per tali motivi l'attività di tesi ha previsto i seguenti obiettivi: (i) fornire una panoramica delle principali tecniche e tecnologie di localizzazione volta a motivare l'importanza del mapping di grandezze fisiche ambientali; (ii) individuazione di grandezze fisiche appetibili per la creazione di mappe affidabili e realizzabili nei contesti applicativi più disparati, sfruttando risorse già presenti nell'ambiente; (iii) sviluppo di un algoritmo statistico in grado di fornire una stima accurata dell'andamento spaziale della grandezza di interesse attraverso un numero limitato di misurazioni, mantenendo la compatibilità con processi MCS e una bassa complessità computazionale. L’algoritmo sviluppato è stato validato attraverso simulazioni e misurazioni svolte in ambienti reali. In particolare, prove sperimentali sono state effettuate nell’arena Vicon nei laboratori DEI dell’Università di Bologna, sede Cesena, concepita dal gruppo di ricerca Casy.

Dynamic Adaptive Streaming over Http: implementazione e analisi sperimentale di algoritmi di rate adaptation su client Android

Il lavoro svolto in questa tesi consiste nell'implementare un'applicazione Android per lo streaming video, conforme allo standard MPEG-DASH. L'obiettivo è quello di fornire un valido strumento al fine di eseguire delle analisi sperimentali su algoritmi particolari, detti di rate adaptation. MPEG-Dynamic Adaptive Streaming over Http è uno standard emergente ed è considerato da molti il futuro dello streaming multimediale. Questa tecnologia consente di auto-regolare la qualità del video in base alle condizioni della rete, la capacità del dispositivo o le preferenze dell'utente. Inoltre, essendo uno standard, permette di rendere interoperabili i server e i device dei vari fornitori di contenuti multimediali. Nei primi capitoli introduttivi verrà presentato lo standard e i lavori correlati, successivamente verrà descritta la mia proposta applicativa: DashPlayer. In conclusione, verrà compiuta una valutazione sperimentali sugli algoritmi sopracitati che costituiscono la parte logico-funzionale dell'applicazione.

Comunicazione device-to-device attraverso tecnologia WiFi-Direct: una valutazione sperimentale

Tesi di Laurea relativa allo studio della tecnologia Wi-Fi Direct in ambito Android attraverso test specifici.

Studio, Realizzazione e Simulazione di SaveMe, un'applicazione Android per il Disaster Recovery

Quando avvengono disastri naturali, spesso la copertura dati viene a mancare e le infrastutture o sono danneggiate o sono sovraccariche; in questo modo è difficile comunicare sia da parte delle persone che hanno bisogno di aiuto, sia da parte dei soccorritori che cercano di organizzare i soccorsi. Con questa tesi si è voluto realizzare un'applicazione Android che permetta agli utenti di segnalare il proprio bisogno di aiuto, anche se il device non ha una connessione internet attiva. L'applicazione, sfruttando il Wi-Fi e il Wi-Fi Direct, cercherà di formare una rete di dispositivi, attraverso la quale i messaggi di aiuto degli utenti verranno scambiati tra i device. Questa rete, man mano, si allargherà fino ad arrivare ad includere device che avranno una connessione dati attiva. Questi comunicheranno con il mio server, al quale manderanno tutti i messaggi che gli sono arrivati. I dati del server, ossia i messaggi che sono stati mandati dagli utenti, verranno mostrati sul sito ltw1528.web.cs.unibo.it. Attraverso questo sito, i soccorritori potranno vedere la posizione degli utenti in stato di bisogno, cosicché potranno mandarli un messaggio di soccorso, che si propagherà nella rete formatasi in precedenza, ed organizzare i soccorsi in maniera ottimale. Si è anche voluto fare uno studio simulativo per testare la scalabilità dell'applicazione e per raccogliere dati statistici, quali il delay medio tra l'arrivo del messaggio al device con connessione dati e il tempo in cui è stato creato, l'influenza sulla batteria del numero dei messaggi scambiati e il numero degli host, il delay tra il tempo di invio e il tempo di arrivo nello scambio di messaggi al variare del numero degli host.

Un approccio cross-layer all'affidabilita guidata dalle applicazioni

Il lavoro descrive la progettazione, implementazione e test sperimentale di un meccanismo, integrato nel kernel linux 4.0, dedicato al riconoscimento delle perdite dei frame Wi-Fi.

Studio e realizzazione di un'applicazione per il marketing di prossimità

Basta un segnale Wi-Fi, Bluetooth o altro per inviare informazioni e contenuti automaticamente sui dispositivi mobili dei consumatori permettendo ai proprietari di attività commerciali di non essere troppo invasivi e petulanti ma nello stesso tempo informare i fruitori. Con più di sei miliardi di telefoni cellulari nelle mani dei consumatori di oggi e con i numeri in costante scalata, gli smartphone stanno diventando una necessità di base del secolo. Questo rende quasi ogni consumatore con un telefono potenzialmente sensibili a una campagna di marketing di prossimità. Il marketing di prossimità (proximity marketing) è una tecnica di marketing che opera su un’area geografica delimitata e precisa attraverso tecnologie di comunicazione di tipo visuale e mobile con lo scopo di promuovere la vendita di prodotti e servizi. La tesi propone un nuovo strumento rivolto al turismo trasformando gli itinerari in percorsi a premi, che sono interamente stabiliti dagli operatori.

SAR ed effetti termici su Cheratinociti sottoposti a Radiofrequenze

Negli ultimi anni, la popolazione è stata esposta a vari tipi di campi elettromagnetici generati da strumentazioni elettroniche e dispositivi di telecomunicazione. In questa tesi, si valutano SAR ed effetti termici prodotti da tre antenne patch a radiofrequenza sia su Cheratinociti (cellule dell'epidermide) in vitro che sull'epidermide umana in vivo caratterizzata in un modello multistrato contenente tessuti biologici. Le antenne progettate hanno frequenze di risonanza di 1.8 e 2.4 GHz, tipiche delle bande utilizzate rispettivamente da LTE (Long Term Evolution, la più recente evoluzione degli standard di telefonia mobile cellulare) e dalle moderne tecnologie Wi-Fi, e di 60 GHz, propria delle cosiddette onde millimetriche. Vengono valutati quindi il SAR (Specific Absorption Rate, grandezza che fornisce una misura dell'assorbimento delle onde da parte dei tessuti biologici) e le variazioni di temperatura prodotte dall'applicazione del campo elettromagnetico: ciò viene realizzato attraverso l'equazione del calore stazionaria e, nel caso dell'epidermide in vivo, con la Bioheat Equation, che contempla anche la circolazione sanguigna ed il calore generato nei processi metabolici che avvengono nell'organismo.