Implementazione di una infrastruttura basata su Kafka e Storm per il Mobile Cloud computing

Lo scopo dell'elaborato di tesi è l'analisi, progettazione e sviluppo di un prototipo di una infrastruttura cloud in grado di gestire un grande flusso di eventi generati da dispositivi mobili. Questi utilizzano informazioni come la posizione assunta e il valore dei sensori locali di cui possono essere equipaggiati al fine di realizzare il proprio funzionamento. Le informazioni così ottenute vengono trasmesse in modo da ottenere una rete di device in grado di acquisire autonomamente informazioni sull'ambiente ed auto-organizzarsi. La costruzione di tale struttura si colloca in un più ampio ambito di ricerca che punta a integrare metodi per la comunicazione ravvicinata con il cloud al fine di permettere la comunicazione tra dispositivi vicini in qualsiasi situazione che si potrebbe presentare in una situazione reale. A definire le specifiche della infrastruttura e quindi a impersonare il ruolo di committente è stato il relatore, Prof. Mirko Viroli, mentre lo sviluppo è stato portato avanti da me e dal correlatore, Ing. Pietro Brunetti. Visti gli studi precedenti riguardanti il cloud computing nell'area dei sistemi complessi distribuiti, Brunetti ha dato il maggiore contributo nella fase di analisi del problema e di progettazione mentre la parte riguardante la effettiva gestione degli eventi, le computazioni in cloud e lo storage dei dati è stata maggiormente affrontata da me. In particolare mi sono occupato dello studio e della implementazione del backend computazionale, basato sulla tecnologia Apache Storm, della componente di storage dei dati, basata su Neo4j, e della costruzione di un pannello di visualizzazione basato su AJAX e Linkurious. A questo va aggiunto lo studio su Apache Kafka, utilizzato come tecnologia per realizzare la comunicazione asincrona ad alte performance tra le componenti. Si è reso necessario costruire un simulatore al fine di condurre i test per verificare il funzionamento della infrastruttura prototipale e per saggiarne l'effettiva scalabilità, considerato il potenziale numero di dispositivi da sostenere che può andare dalle decine alle migliaia. La sfida più importante riguarda la gestione della vicinanza tra dispositivi e la possibilità di scalare la computazione su più macchine. Per questo motivo è stato necessario far uso di tecnologie per l'esecuzione delle operazioni di memorizzazione, calcolo e trasmissione dei dati in grado di essere eseguite su un cluster e garantire una accettabile fault-tolerancy. Da questo punto di vista i lavori che hanno portato alla costruzione della infrastruttura sono risultati essere un'ottima occasione per prendere familiarità con tecnologie prima sconosciute. Quasi tutte le tecnologie utilizzate fanno parte dell'ecosistema Apache e, come esposto all'interno della tesi, stanno ricevendo una grande attenzione da importanti realtà proprio in questo periodo, specialmente Apache Storm e Kafka. Il software prodotto per la costruzione della infrastruttura è completamente sviluppato in Java a cui si aggiunge la componente web di visualizzazione sviluppata in Javascript.

Sviluppo di Applicazioni Mobile Platform-independent: il Linguaggio e Piattaforma Mobl

L’obbiettivo di questa tesi consiste in un analisi dello sviluppo di applicazioni mobile, rivolgendo particolare attenzione riguardo a quelle soluzioni che consentono di astrarre dall’ambiente su cui effettivamente queste verranno eseguite, per poi prendere in esame la piattaforma e il linguaggio Mobl. Sarà quindi necessario effettuare una panoramica sullo stato attuale del mercato, introducendo i diversi sistemi presenti e le metodologie proposte per la costruzione del software. Da questo studio sarà possibile ricavare i pregi e i difetti di una programmazione nativa. Volendo, in seguito, ricercare un processo di produzione software che favorisca un’indipendenza dai sistemi precedentemente descritti, verranno illustrati alcuni tra i più importanti Mobile Frameworks e tra questi si prenderà in esame Mobl, che si contraddistingue grazie a caratteristiche peculiari.

Sviluppo di applicazioni mobile: confronto fra piattaforme native e tecnologie web utilizzando iOS e PhoneGap come caso di studio

Negli ultimi anni il mondo del mobile computing ha avuto una vera e propria crescita esponenziale grazie soprattutto all'entrata in scena dello smartphone. In realtà, per essere più precisi, è bene bene sottolineare che gli smartphone esistevano già da tempo ma il loro utilizzo era in particolar modo indirizzato ai professionisti per il quale era, ma continua ad essere tutt'oggi, un valido supporto in campo lavorativo, basti pensare all'importanza della comunicazione via e-mail e non solo. Seppur comunque fossero già presenti da tempo, i primi smartphone non godevano di certo di un touch-screen sofisticato come quello odierno nè in essi erano presenti funzionalità tipiche dei dispositivi che troviamo ad oggi sul mercato. Una svolta decisiva è stata segnata dall'introduzione dell'iPhone e successivamente dell'AppStore, grazie a questi la programmazione per i dispositivi mobile ha preso sempre più piede diventando un vero e proprio business. In un secondo momento alla programmazione nativa si affiancarono le tecnologie web. Questo mio lavoro di tesi si pone l'obiettivo di studiare in primis la struttura, caratteristiche e peculiarità del sistema operativo iOS e analizzare il framework PhoneGap al fine di riuscire a confrontarne i vari aspetti fondamentali anche attraverso lo sviluppo di piccole applicazioni. Così facendo, quindi scendendo nei dettagli di quelle che possono essere le differenze rilevanti, mi pongo l'obiettivo di valutarne relativi pro e contro al fine di fare una scelta del tutto personale tra iOS e PhoneGap.

Sviluppo di mobile app con tecnologie web: Tizen come caso di studio

Lo scopo di questa tesi è quello di valutare l’utilizzo di tecnologie Web, per la creazione di applicazioni per dispositivi mobile, come alternativa allo sviluppo di applicazioni tramite linguaggi nativi. Tra i vari dispositivi mobile esistenti, quello che trova maggior interesse nello sviluppo della tesi è sicuramente lo smartphone, il più recente tra questi dispositivi, che rispetto agli altri dispositivi è caratterizzato da una maggior complessità dovuta a funzionalità e capacità più elevate. Quindi in questa tesi verrà analizzato l’aspetto legato alle applicazioni utilizzate da questo dispositivo mobile. Si è deciso di strutturare la tesi in diversi capitoli, che verranno illustrati qui in seguito, al fine di creare un percorso concettuale per arrivare ad analizzare l’argomento chiave della tesi, le applicazioni mobile basate su tecnologie Web, perciò nei primi due capitoli verrano trattati argomenti riguardanti il mondo dei dispositivi mobile, con particolare riguardo per lo smartphone, con lo scopo di dare una visione dell’ambiente che circonda questo argomento di tesi. Negli ultimi capitoli si entrerà nel cuore della tesi, dove verrà trattato l’argomento chiave nel dettaglio, con la specifica analisi di Tizen come caso di studio. Inoltre si è deciso di approfondire gli aspetti legati a questo argomento di tesi sviluppando un piccola applicazione, con lo scopo di andare a sperimentare le nozioni acquisite durante tutto questo percorso di studio.

Sviluppo di applicazioni mobile platform-independent: Un caso di studio basato sul framework sencha

Negli ultimi anni si è imposto il concetto di Ubiquitous Computing, ovvero la possibilità di accedere al web e di usare applicazioni per divertimento o lavoro in qualsiasi momento e in qualsiasi luogo. Questo fenomeno sta cambiando notevolmente le abitudini delle persone e ciò è testimoniato anche dal fatto che il mercato mobile è in forte ascesa: da fine 2014 sono 45 milioni gli smartphone e 12 milioni i tablet in circolazione in Italia. Sembra quasi impossibile, dunque, rinunciare al mobile, soprattutto per le aziende: il nuovo modo di comunicare ha reso necessaria l’introduzione del Mobile Marketing e per raggiungere i propri clienti ora uno degli strumenti più efficaci e diretti sono le applicazioni. Esse si definiscono native se si pongono come traguardo un determinato smartphone e possono funzionare solo per quel sistema operativo. Infatti un’app costruita, per esempio, per Android non può funzionare su dispositivi Apple o Windows Phone a meno che non si ricorra al processo di porting. Ultimamente però è richiesto un numero sempre maggiore di app per piattaforma e i dispositivi presenti attualmente sul mercato presentano differenze tra le CPU, le interfacce (Application Programming Interface), i sistemi operativi, l’hardware, etc. Nasce quindi la necessità di creare applicazioni che possano funzionare su più sistemi operativi, ovvero le applicazioni platform-independent. Per facilitare e supportare questo genere di lavoro sono stati definiti nuovi ambienti di sviluppo tra i quali Sencha Touch e Apache Cordova. Il risultato finale dello sviluppo di un’app attraverso questi framework è proprio quello di ottenere un oggetto che possa essere eseguito su qualsiasi dispositivo. Naturalmente la resa non sarà la stessa di un’app nativa, la quale ha libero accesso a tutte le funzionalità del dispositivo (rubrica, messaggi, notifiche, geolocalizzazione, fotocamera, accelerometro, etc.), però con questa nuova app vi è la garanzia di un costo di sviluppo minore e di una richiesta considerevole sul mercato. L’obiettivo della tesi è quello di analizzare questo scenario attraverso un caso di studio proveniente da una realtà aziendale che presenta proprio la necessità di sviluppare un’applicazione per più piattaforme. Nella prima parte della tesi viene affrontata la tematica del mobile computing e quella del dualismo tra la programmazione nativa e le web app: verranno analizzate le caratteristiche delle due diverse tipologie cercando di capire quale delle due risulti essere la migliore. Nella seconda parte sarà data luce a uno dei più importanti framework per la costruzione di app multi-piattaforma: Sencha Touch. Ne verranno analizzate le caratteristiche, soffermandosi in particolare sul pattern MVC e si potrà vedere un confronto con altri framework. Nella terza parte si tratterà il caso di studio, un app mobile per Retail basata su Sencha Touch e Apache Cordova. Nella parte finale si troveranno alcune riflessioni e conclusioni sul mobile platform-independent e sui vantaggi e gli svantaggi dell’utilizzo di JavaScript per sviluppare app.

Ideazione di sistemi distribuiti collaborativi basati su realta aumentata mobile: Un caso di studio, con approfondimento relativo al livello della cooperazione

Dall'inizio del nuovo millennio lo sviluppo di tecnologie nel campo del mobile computing, della rete internet, lo sviluppo dell'Internet of things e pure il cloud computing hanno reso possibile l'innovazione dei metodi di lavoro e collaborazione. L'evoluzione del mobile computing e della realtà aumentata che sta avvenendo in tempi più recenti apre potenzialmente nuovi orizzonti nello sviluppo di sistemi distribuiti collaborativi. Esistono oggi diversi framework a supporto della realtà aumentata, Wikitude, Metaio, Layar, ma l'interesse primario di queste librerie è quello di fornire una serie di API fondamentali per il rendering di immagini 3D attraverso i dispositivi, per lo studio dello spazio in cui inserire queste immagini e per il riconoscimento di marker. Questo tipo di funzionalità sono state un grande passo per quanto riguarda la Computer Graphics e la realtà aumentata chiaramente, però aprono la strada ad una Augmented Reality(AR) ancora più aumentata. Questa tesi si propone proprio di presentare l'ideazione, l'analisi, la progettazione e la prototipazione di un sistema distribuito situato a supporto della collaborazione basato su realtà aumentata. Lo studio di questa applicazione vuole mettere in luce molti aspetti innovativi e che ancora oggi non sono stati approfonditi né tanto meno sviluppati come API o forniti da librerie riguardo alla realtà aumentata e alle sue possibili applicazioni.

Progettazione e sviluppo multi-platform di applicazioni mobile: un caso di studio in Xamarin

In questa tesi viene trattato l'argomento dello sviluppo multi-platform di applicazioni mobile. Viene effettuata una panoramica degli approcci possibili e dei relativi framework per lo sviluppo. Individuato l'approccio ritenuto piu interessante, viene affrontato un caso di studio per poter convalidare la tecnologia.

Sistemi Informatici Mobili e Realtà Aumentata a supporto del lavoro cooperativo in scenari d'emergenza: studio e realizzazione di un caso applicativo

Scopo primario della tesi è studiare e progettare un sistema informatico che proponga un buon livello di innovazione tecnologica in relazione al contesto applicativo di riferimento, ovvero relativamente al supporto al lavoro cooperativo di operatori in scenari d'emergenza. In particolare, la tesi si concentra sul'ecosistema software che ruota attorno al singolo operatore con l'obiettivo di dotarlo di uno strumento informatico che gli consenta di avvalersi di un efficace ed efficiente supporto per l'esecuzione delle proprie azioni sul campo (in generale, per la prima assistenza ai pazienti, triage e monitoraggio di parametri vitali). A tal proposito, l'ambito tecnologico di riferimento è quello del Pervasive Mobile Computing, con specifico riferimento ai sistemi context-aware e a quelli con comportamenti fortemente autonomi. Inoltre, al fine di dotare l'operatore di un supporto per l'interazione con il sistema stesso in modalità hands-free, sono stati analizzati i dispositivi wearable di tipo "see-through"; in particolare, i recenti glasses per realtà aumentata. La progettazione del sistema e il conseguente sviluppo del prototipo (che implementa le caratteristiche più significative ed innovative), è stata guidata da un'ispirazione basata sul modello ad agenti (integrato a quello ad oggetti), rivisitando opportunamente l'utilizzo dei componenti offerti dalla tecnologia Android, al fine di ottenere un prodotto software robusto e modulare facilmente manutenibile ed estendibile. Infine, per garantire a ciascun operatore rapida fruibilità del sistema sono state sfruttate le potenzialità offerte dall'uso di smartcard NFC ed inoltre è stato progettato un protocollo di comunicazione ad hoc, basato su stack Bluetooth, per l'integrazione degli AR-Glasses all'intero sistema.

Prototipo di schermo adattativo basato su Android e Bluetooth Low Energy

La tesi nasce da un'attività di ricerca approfondita su alcune tecnologie innovative e all'avanguardia nell'ambito del mobile computing e dell'Internet of Things. Tra queste il focus principale è orientato allo studio del Bluetooth Low Energy, nuova specifica di Bluetooth caratterizzata principalmente da un consumo di energia assai ridotto. In particolare, si è approfondito il suo funzionamento nel caso dei beacon, piccoli dispositivi che permettono una localizzazione mediante l'invio di un segnale BLE. Inoltre è stata analizzata la possibilità di interazione con Android, poiché oggigiorno non si può evitare di pensare a come queste tecnologie possano interfacciarsi con il mondo degli smartphone e dei tablet. Come conseguenza di tale attività di ricerca è stato analizzato un caso di studio che permettesse di applicare le tecnologie studiate e la loro interazione. Si è pensato quindi a un piccolo sistema distribuito per schermi adattativi (capaci di modificare i contenuti visualizzati in relazione ad eventi esterni) affinché ogni schermo mostrasse dinamicamente l'orario delle lezioni di ciascuno studente all'avvicinarsi di quest'ultimo, e solo per il tempo di permanenza nei pressi dello schermo. Si è quindi progettato e sviluppato un prototipo, e infine durante il testing si sono potute verificare le attuali potenzialità di queste tecnologie e trarre conclusioni sulla possibilità della loro futura diffusione e di impiego in contesti differenti.

Spatial computing per dispositivi mobile ed embedded

Questa tesi si focalizza sulle possibili tecnologie per realizzare comunicazioni opportunistiche fra dispositivi mobile ed embedded, con l'obiettivo di integrarle nel contesto di sistemi a larga scala situati, e con particolare riferimento al prototipo denominato "Magic Carpet". Vengono considerate in particolare le tecnologie WiFi ad-hoc e Bluetooth Low Energy su Android e Raspberry Pi.

Scalable and Seamless Discovery and Selection of Services in Mobile Cloud Computing

Mobile devices are now capable of supporting a wide range of applications, many of which demand an ever increasing computational power. To this end, mobile cloud computing (MCC) has been proposed to address the limited computation power, memory, storage, and energy of such devices. An important challenge in MCC is to guarantee seamless discovery of services. To this end, this thesis proposes an architecture that provides user-transparent and low-latency service discovery, as well as automated service selection. Experimental results on a real cloud computing testbed demonstrated that the proposed work outperforms state of-the-art approaches by achieving extremely low discovery delay.

Mobile TuCSoN: theoretical and technological requirements for TuCSoN's porting over Android mobile devices

Communication and coordination are two key-aspects in open distributed agent system, being both responsible for the system’s behaviour integrity. An infrastructure capable to handling these issues, like TuCSoN, should to be able to exploit modern technologies and tools provided by fast software engineering contexts. Thesis aims to demonstrate TuCSoN infrastructure’s abilities to cope new possibilities, hardware and software, offered by mobile technology. The scenarios are going to configure, are related to the distributed nature of multi-agent systems where an agent should be located and runned just on a mobile device. We deal new mobile technology frontiers concerned with smartphones using Android operating system by Google. Analysis and deployment of a distributed agent-based system so described go first to impact with quality and quantity considerations about available resources. Engineering issue at the base of our research is to use TuCSoN against to reduced memory and computing capability of a smartphone, without the loss of functionality, efficiency and integrity for the infrastructure. Thesis work is organized on two fronts simultaneously: the former is the rationalization process of the available hardware and software resources, the latter, totally orthogonal, is the adaptation and optimization process about TuCSoN architecture for an ad-hoc client side release.

Connectivity management and dynamic context grouping in mobile heterogenous systems

In the last 10 years the number of mobile devices has grown rapidly. Each person usually brings at least two personal devices and researchers says that in a near future this number could raise up to ten devices per person. Moreover, all the devices are becoming more integrated to our life than in the past, therefore the amount of data exchanged increases accordingly to the improvement of people's lifestyle. This is what researchers call Internet of Things. Thus, in the future there will be more than 60 billions of nodes and the current infrastructure is not ready to keep track of all the exchanges of data between them. Therefore, infrastructure improvements have been proposed in the last years, like MobileIP and HIP in order to facilitate the exchange of packets in mobility, however none of them have been optimized for the purpose. In the last years, researchers from Mid Sweden University created The MediaSense Framework. Initially, this framework was based on the Chord protocol in order to route packets in a big network, but the most important change has been the introduction of PGrids in order to create the Overlay and the persistence. Thanks to this technology, a lookup in the trie takes up to 0.5*log(N), where N is the total number of nodes in the network. This result could be improved by further optimizations on the management of the nodes, for example by the dynamic creation of groups of nodes. Moreover, since the nodes move, an underlaying support for connectivity management is needed. SCTP has been selected as one of the most promising upcoming standards for simultaneous multiple connection's management.

Ideazione di sistemi distribuiti collaborativi basati realta aumentata mobile: un caso di studio, con approfondimento relativo al livello delle comunicazioni

Il grande sviluppo a cui stiamo assistendo negli ultimi anni nell'ambito delle tecnologie mobile e del wearable computing apre le porte a scenari innovativi e interessanti per quanto riguarda sistemi distribuiti collaborativi. Le persone possono sempre più facilmente cooperare e scambiarsi informazioni grazie a queste nuove tecnologie e si può pensare allo sviluppo di sistemi che permettano forme molto avanzate di collaborazione facendo leva sull'aspetto hands-free, ovvero sulla possibilità di utilizzare dispositivi che liberino le mani, come i moderni smart-glasses. Per lo sviluppo di tali sistemi è necessario però studiare nuove tecniche e architetture, in quanto gli strumenti ad oggi a disposizione a supporto della realtà aumentata non sembrano essere del tutto adeguati per tale scopo. Infatti piattaforme come Wikitude o Layar, seppure offrano potenti tecniche di riconoscimento di markers e immagini e di rendering, non offrono quella dinamicità fondamentale per un sistema distribuito collaborativo. Questo scritto ha lo scopo di esplorare questi aspetti mediante l'ideazione, l'analisi, la progettazione e la prototipazione di un semplice caso di studio ispirato a sistemi collaborativi distribuiti basati su realtà aumentata. In particolare in questo lavoro si porrà l'attenzione sul livello delle comunicazioni e delle infrastrutture di rete.

Sviluppo di una piattaforma software per applicazioni di monitoraggio di parametri vitali basate su tecnologie wearable e mobile

L'obiettivo della tesi è quello di sviluppare una piattaforma software a supporto della programmazione di applicazioni mobile per la rilevazione di parametri vitali. Questo caso di studio offre una ampia discussione su wearable computing, healthcare e prototipazione del wearable. La tesi va a descrivere tutte le fasi di analisi, modellazione e progettazione del sistema, evidenziando problematiche e soluzioni adottate.