Applicazioni di tecnologie IoT e wearable alla domotica: un caso di studio

Oggigiorno milioni di persone fanno uso di Internet per gli utilizzi più disparati: dalla ricerca di informazioni sul Web al gioco online; dall'invio e ricezione di email all'uso di applicazioni social e tante altre attività. Mentre milioni di dispositivi ci offrono queste possibilità, un grande passo in avanti sta avvenendo in relazione all'uso di Internet come una piattaforma globale che permetta a oggetti di tutti i giorni di coordinarsi e comunicare tra di loro. È in quest'ottica che nasce Internet of Things, l'Internet delle cose, dove un piccolo oggetto come un braccialetto può avere un grande impatto nel campo medico per il monitoraggio da remoto di parametri vitali o per la localizzazione di pazienti e personale e l'effettuazione di diagnosi da remoto; dove un semplice sensore ad infrarosso può allertarci a distanza di una presenza non autorizzata all'interno della nostra abitazione; dove un'autovettura è in grado di leggere i dati dai sensori distribuiti sulla strada. Questa tesi vuole ripercorrere gli aspetti fondamentali di Internet of Things, dai sistemi embedded fino alla loro applicazione nella vita odierna, illustrando infine un progetto che mostra come alcune tecnologie IoT e wearable possano integrarsi nella domotica, come per esempio l'utilizzo di uno smartwatch, come Apple Watch, per il controllo dell'abitazione.

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.

Virtualizzazione di funzioni di rete su piattaforme per cloud computing

Questo documento affronta le novità ed i vantaggi introdotti nel mondo delle reti di telecomunicazioni dai paradigmi di Software Defined Networking e Network Functions Virtualization, affrontandone prima gli aspetti teorici, per poi applicarne i concetti nella pratica, tramite casi di studio gradualmente più complessi. Tali innovazioni rappresentano un'evoluzione dell'architettura delle reti predisposte alla presenza di più utenti connessi alle risorse da esse offerte, trovando quindi applicazione soprattutto nell'emergente ambiente di Cloud Computing e realizzando in questo modo reti altamente dinamiche e programmabili, tramite la virtualizzazione dei servizi di rete richiesti per l'ottimizzazione dell'utilizzo di risorse. Motivo di tale lavoro è la ricerca di soluzioni ai problemi di staticità e dipendenza, dai fornitori dei nodi intermedi, della rete Internet, i maggiori ostacoli per lo sviluppo delle architetture Cloud. L'obiettivo principale dello studio presentato in questo documento è quello di valutare l'effettiva convenienza dell'applicazione di tali paradigmi nella creazione di reti, controllando in questo modo che le promesse di aumento di autonomia e dinamismo vengano rispettate. Tale scopo viene perseguito attraverso l'implementazione di entrambi i paradigmi SDN e NFV nelle sperimentazioni effettuate sulle reti di livello L2 ed L3 del modello OSI. Il risultato ottenuto da tali casi di studio è infine un'interessante conferma dei vantaggi presentati durante lo studio teorico delle innovazioni in analisi, rendendo esse una possibile soluzione futura alle problematiche attuali delle reti.

Internet dei veicoli, un nuovo paradigma per una mobilità intelligente e autonoma

Grazie al continuo affinamento dell'elettronica di consumo e delle tecnologie di telecomunicazione, ad oggi sempre più "cose" sono dotate di capacità sensoriali, computazionali e comunicative, si parla così di Internet delle cose e di oggetti "smart". Lo scopo di questo elaborato è quello di approfondire e illustrare questo nuovo paradigma nell'ambito dell'automotive, evidenziandone caratteristiche, potenzialità e limiti. Ci riferiremo quindi più specificatamente al concetto di Internet dei veicoli per una gestione ottimale della mobilità su strada. Parleremo di questa tecnologia non solo per il supporto che può dare alla guida manuale, ma anche in funzione del concetto di guida autonoma, di come quest'ultima beneficerà di un'interconnessione capillare di tutti gli utenti, i veicoli e le infrastrutture presenti sulla strada, il tutto in un'ottica cooperativa. Illustreremo quali sono le principali sfide per raggiungere uno scenario del genere e quali potrebbero essere le implicazioni più rilevanti.

Evoluzione delle user interface: dalla metafora del desktop al Wearable Computing

Negli ultimi decenni abbiamo assistito ad una graduale evoluzione delle interfacce utente e della tecnologia. Sono stati introdotti nuovi dispositivi mobile e wearable che negli ultimi anni hanno subito un incremento tecnologico esponenziale arrivando a fondersi con la vita di tutti i giorni. Le classiche interfacce grafiche WIMP, la metafora del desktop e le linee guida di progettazione fino ad ora sviluppate non risultano ideali per la nuova tecnologia di wearable computing. Il proposito che la tesi vuole andare ad affrontare è proprio quello di indagare lo sviluppo di nuove user inteface basate sulla tecnologia wearable ed in particolare per smart glasses.

Design, implementation and performance evaluation of an anonymous distributed simulator

La simulazione è definita come la rappresentazione del comportamento di un sistema o di un processo per mezzo del funzionamento di un altro o, alternativamente, dall'etimologia del verbo “simulare”, come la riproduzione di qualcosa di fittizio, irreale, come se in realtà, lo fosse. La simulazione ci permette di modellare la realtà ed esplorare soluzioni differenti e valutare sistemi che non possono essere realizzati per varie ragioni e, inoltre, effettuare differenti valutazioni, dinamiche per quanto concerne la variabilità delle condizioni. I modelli di simulazione possono raggiungere un grado di espressività estremamente elevato, difficilmente un solo calcolatore potrà soddisfare in tempi accettabili i risultati attesi. Una possibile soluzione, viste le tendenze tecnologiche dei nostri giorni, è incrementare la capacità computazionale tramite un’architettura distribuita (sfruttando, ad esempio, le possibilità offerte dal cloud computing). Questa tesi si concentrerà su questo ambito, correlandolo ad un altro argomento che sta guadagnando, giorno dopo giorno, sempre più rilevanza: l’anonimato online. I recenti fatti di cronaca hanno dimostrato quanto una rete pubblica, intrinsecamente insicura come l’attuale Internet, non sia adatta a mantenere il rispetto di confidenzialità, integrità ed, in alcuni, disponibilità degli asset da noi utilizzati: nell’ambito della distribuzione di risorse computazionali interagenti tra loro, non possiamo ignorare i concreti e molteplici rischi; in alcuni sensibili contesti di simulazione (e.g., simulazione militare, ricerca scientifica, etc.) non possiamo permetterci la diffusione non controllata dei nostri dati o, ancor peggio, la possibilità di subire un attacco alla disponibilità delle risorse coinvolte. Essere anonimi implica un aspetto estremamente rilevante: essere meno attaccabili, in quanto non identificabili.

Agire sui bisogni, condividere responsabilità al tempo di internet: per il disegno di un'applicazione a supporto dello scambio sociale

Dalla volontà di proporre una soluzione al tema delle disabilità fisiche in ambiente cittadino evoluto e tecnologicamente avanzato, è nata l'idea di progettare un'applicazione in grado di generare visibilità attorno ad un tema che dovrebbe progredire nella stessa maniera dello sviluppo tecnologico. Lo scopo di questa tesi è proporre un tentativo concreto per entrare in contatto con una problematica di ordine sociale che lo sviluppo tecnologico dovrebbe tenere in maggiore considerazione. Si vuole cercare di sfruttare Internet come mezzo per enfatizzare un problema concreto come la mancanza di visibilità e coinvolgimento sociale attorno la tematica delle disabilità. I nativi digitali utilizzano costantemente sia social network che piattaforme dedite allo scambio di informazioni e alla creazione di visibilità. Vivono il mondo digitale come una vetrina nella quale potersi mettere in mostra e creare una reputazione. Il mondo digitale, in particolare quello dei social network viene visto dai più come la fonte principale di costruzione dei legami sociali, ciò è sicuramente vero, ma bisogna capire che tipo e quanto profonde possano essere tali relazioni. La mia generazione è cresciuta in un periodo ibrido, coinvolta sia nel mondo analogico sia in quello digitale, molti sono stati risucchiati da un vortice di superficialità e apparenze altamente correlati con gli effetti generati da una società capitalistica perfettamente identificabile nei profili che ogni giorno andiamo a creare per metterci in mostra nei social network. In prima analisi con la collaborazione del Dipartimento disabilità dell'Università di Bologna si era cercato di porre l'attenzione su un approccio più orientativo per venire in contro a problematiche del genere. Qualcosa che permettesse a tutti nella stessa maniera di vivere la realtà accademica e cittadina stimolando l'interazione degli studenti con socialità marginale.

Context-Aware Computing e Tecnologie Wearable

Quest' ultimo ventennio ha visto una vera e propria rivoluzione dei dispositivi, partendo dal computer desktop, passando ai laptop fino ad arrivare agli smartphone. Oggi giorno invece si parla di computer indossabili, i dispositivi stanno diventando sempre più piccoli e integrati in oggetti di moda come possono essere degli orologi, occhiali e orecchini.Questi sono connessi in rete con migliaia di dispositivi e con computer più grandi, con i quali, gli utenti nel corso della giornata interagiscono continuamente senza nemmeno rendersene conto scambiandosi migliaia di piccole informazioni: quando si cammina per strada, in centro città quando si fanno compere, quando si è in casa a guardare la TV. Questo ha portato quindi alla nascita di una nuova tipologia di sistemi, in risposta ai cambiamenti portati da questa rivoluzione, i così detti "Sistemi Context-Aware".Il context di un utente può essere descritto come la relazione che vi è tra i suoi dispositivi elettronici, e l' ambiente che lo circonda, a seconda di dove si trova esso dovrà dare delle risposte opportune, e compiere quindi autonomamente certe azioni, tal volta ad insaputa dell' utente. Le applicazioni che usano quindi questo sistema, vengono continuamente messe a conoscenza dei cambiamenti che vengono apportati all' ambiente circostante, regolandosi e reagendo di conseguenza in autonomia. Ad esempio, il nostro dispositivo scopre tramite la rete, la presenza di un amico nelle vicinanze, mentre stiamo passeggiano per strada, allora potrebbe inviarci un messaggio mostrandoci chi è, e dove si trova, con il tragitto da percorrere per raggiungerlo. Le migliaia di informazioni che vengono quindi scambiate in rete andranno a creare “un ambiente intelligente”, con il quale gli utenti interagiscono inviando informazioni sul proprio conto, senza nemmeno accorgersene, in modo da avere una risposta personalizzata, da parte dell' ambiente.

Marker-Based Embodied Interaction for Handheld Augmented Reality Games

This article deals with embodied user interfaces for handheld augmented reality games, which consist of both physical and virtual components. We have developed a number of spatial interaction techniques that optically capture the device's movement and orientation relative to a visual marker. Such physical interactions in 3-D space enable manipulative control of mobile games. In addition to acting as a physical controller that recognizes multiple game-dependent gestures, the mobile device augments the camera view with graphical overlays. We describe three game prototypes that use ubiquitous product packaging and other passive media as backgrounds for handheld augmentation. The prototypes can be realized on widely available off-the-shelf hardware and require only minimal setup and infrastructure support.

Cloud Computing in the EU Policy Sphere Interoperability, Vertical Integration and the Internal Market

Cloud computing is a new development that is based on the premise that data and applications are stored centrally and can be accessed through the Internet. Thisarticle sets up a broad analysis of how the emergence of clouds relates to European competition law, network regulation and electronic commerce regulation, which we relate to challenges for the further development of cloud services in Europe: interoperability and data portability between clouds; issues relating to vertical integration between clouds and Internet Service Providers; and potential problems for clouds to operate on the European Internal Market. We find that these issues are not adequately addressed across the legal frameworks that we analyse, and argue for further research into how to better facilitate innovative convergent services such as cloud computing through European policy – especially in light of the ambitious digital agenda that the European Commission has set out.

Global Standards: Recent Developments betweend the Poles of Privacy and Cloud Computing

The development of the Internet has made it possible to transfer data ‘around the globe at the click of a mouse’. Especially fresh business models such as cloud computing, the newest driver to illustrate the speed and breadth of the online environment, allow this data to be processed across national borders on a routine basis. A number of factors cause the Internet to blur the lines between public and private space: Firstly, globalization and the outsourcing of economic actors entrain an ever-growing exchange of personal data. Secondly, the security pressure in the name of the legitimate fight against terrorism opens the access to a significant amount of data for an increasing number of public authorities.And finally,the tools of the digital society accompany everyone at each stage of life by leaving permanent individual and borderless traces in both space and time. Therefore, calls from both the public and private sectors for an international legal framework for privacy and data protection have become louder. Companies such as Google and Facebook have also come under continuous pressure from governments and citizens to reform the use of data. Thus, Google was not alone in calling for the creation of ‘global privacystandards’. Efforts are underway to review established privacy foundation documents. There are similar efforts to look at standards in global approaches to privacy and data protection. The last remarkable steps were the Montreux Declaration, in which the privacycommissioners appealed to the United Nations ‘to prepare a binding legal instrument which clearly sets out in detail the rights to data protection and privacy as enforceable human rights’. This appeal was repeated in 2008 at the 30thinternational conference held in Strasbourg, at the 31stconference 2009 in Madrid and in 2010 at the 32ndconference in Jerusalem. In a globalized world, free data flow has become an everyday need. Thus, the aim of global harmonization should be that it doesn’t make any difference for data users or data subjects whether data processing takes place in one or in several countries. Concern has been expressed that data users might seek to avoid privacy controls by moving their operations to countries which have lower standards in their privacy laws or no such laws at all. To control that risk, some countries have implemented special controls into their domestic law. Again, such controls may interfere with the need for free international data flow. A formula has to be found to make sure that privacy at the international level does not prejudice this principle.

(Lifelong) learning in your pocket?

Der Beitrag fokussiert die Entwicklung, den Einsatz und die Nutzung von innovativen Technologien zur Unterstützung von Bildungsszenarien in Schule, Hochschule und Weiterbildung. Ausgehend von den verschiedenen Phasen des Corporate Learning, Social Learning, Mobile Learning und Intelligent Learning wird in einem ersten Abschnitt das Nutzungsverhalten von Technologien durch Kinder, Jugendliche und (junge) Erwachsene in Schule, Studium und Lehre betrachtet. Es folgt die Darstellung technologischer Entwicklungen auf Basis des Technology Life Cycle und die Konsequenzen von unterschiedlichen Entwicklungszuständen und Reifegraden von Technologien wie Content Learning Management, sozialen Netzwerken, mobilen Endgeräten, multidimensionalen und -modalen Räumen bis hin zu Anwendungen augmentierter Realität und des Internets der Dinge, Dienste und Daten für den Einsatz und die Nutzung in Bildungsszenarien. Nach der Darstellung von Anforderungen an digitale Technologien hinsichtlich Inhalte, Didaktik und Methodik wie etwa hinsichtlich der Erstellung von Inhalten, deren Wiederverwendung, Digitalisierung und Auffindbarkeit sowie Standards werden methodische Hinweise zur Nutzung digitaler Technologien zur Interaktion von Lernenden, von Lehrenden, sozialer Interaktion, kollaborativem Autorieren, Kommentierung, Evaluation und Begutachtung gegeben. Abschließend werden - differenziert für Schule und Hochschule - Erkenntnisse zu Rahmenbedingungen, Einflussgrößen, hemmenden und fördernden Faktoren sowie Herausförderungen bei der Einführung und nachhaltigen Implementation digitaler Technologien im schulischen Unterricht, in Lehre, Studium und Weiterbildung im Überblick zusammengefasst.

Linked services for M2M communication with Enterprise IT systems

Linking the physical world to the Internet, also known as the Internet of Things, has increased available information and services in everyday life and in the Enterprise world. In Enterprise IT an increasing number of communication is done between IT backend systems and small IoT devices, for example sensor networks or RFID readers. This introduces some challenges in terms of complexity and integration. We are working on the integration of IoT devices into Enterprise IT by leveraging SOA techniques and Semantic Web technologies. We present a SOA based integration platform for connecting WSNs and large enterprise business processes. For ensuring interoperability our platform is based on Linked Services. These are thoroughly described, machine-readable, machine-reasonable service descriptions.

Prometheus Framework for Fuzzy Information Retrieval in Semantic Spaces

This paper introduces a novel vision for further enhanced Internet of Things services. Based on a variety of data (such as location data, ontology-backed search queries, in- and outdoor conditions) the Prometheus framework is intended to support users with helpful recommendations and information preceding a search for context-aware data. Adapted from artificial intelligence concepts, Prometheus proposes user-readjusted answers on umpteen conditions. A number of potential Prometheus framework applications are illustrated. Added value and possible future studies are discussed in the conclusion.

Managing Things and Services with Semantics: A Survey

This paper presents a survey on the usage, opportunities and pitfalls of semantic technologies in the Internet of Things. The survey was conducted in the context of a semantic enterprise integration platform. In total we surveyed sixty-one individuals from industry and academia on their views and current usage of IoT technologies in general, and semantic technologies in particular. Our semantic enterprise integration platform aims for interoperability at a service level, as well as at a protocol level. Therefore, also questions regarding the use of application layer protocols, network layer protocols and management protocols were integrated into the survey. The survey suggests that there is still a lot of heterogeneity in IoT technologies, but first indications of the use of standardized protocols exist. Semantic technologies are being recognized as of potential use, mainly in the management of things and services. Nonetheless, the participants still see many obstacles which hinder the widespread use of semantic technologies: Firstly, a lack of training as traditional embedded programmers are not well aware of semantic technologies. Secondly, a lack of standardization in ontologies, which would enable interoperability and thirdly, a lack of good tooling support.