Mobile CSCW e sincronizzazione dati per il soccorso in emergenza: un caso di studio

L'obiettivo principale di questa tesi è quello di approfondire il tema della comunicazione e sincronizzazione dati nel contesto di uno specifico caso di studio di sistema informatico a supporto del lavoro cooperativo per il soccorso in emergenza: a partire dai requisiti del caso applicativo, secondo cui agli operatori deve essere possibile utilizzare il sistema anche a fronte di disconnessioni dei propri dispositivi mobili, emerge infatti la necessità di un middleware a cui il livello applicativo demandi le funzionalità di sincronizzare le informazioni prodotte durante le operazioni, in modo da promuovere uno scambio di informazioni che migliori e supporti l'azione del singolo e conseguentemente del team. Quindi, dopo aver introdotto la tematica ed analizzato il caso di studio da affrontare, viene descritta l'esplorazione del panorama tecnologico volta alla ricerca di strumenti o approcci che possano mitigare la complessità nella realizzazione di questa funzionalità. Nel panorama tecnologico considerato, comprendente framework per servizi web, MOM e database, uno strumento di particolare interesse è stato individuato in CouchDB, un database NoSQL, grazie alle sue funzionalità di replica e sincronizzazione e alla presenza di una libreria per lo sviluppo su dispositivi mobili: su di esso è stata effettuata una breve fase di sperimentazione volta a saggiarne in maniera più concreta le potenzialità anche in relazione alla valutazione di fattibilità per il caso applicativo considerato.

Salutogenesis: a new paradigm for pervasive computing in healthcare environments?

Salutogenesis is now accepted as a part of the contemporary model of disease: an individual is not only affected by pathogenic factors in the environment, but those that promote well-being or salutogenesis. Given that "environment" extends to include the built environment, promotion of salutogenesis has become part of the architectural brief for contemporary healthcare facilities, drawing on an increasing evidence-base. Salutogenesis is inextricably linked with the notion of person-environment "fit". MyRoom is a proposal for an integrated architectural and pervasive computing model, which enhances psychosocial congruence by using real-time data indicative of the individual's physical status to enable the environment of his/her room (colour, light, temperature) to adapt on an on-going basis in response to bio-signals. This work is part of the PRTLI-IV funded programme NEMBES, investigating the use of embedded technologies in the built environment. Different care contexts require variations in the model, and iterative prototyping investigating use in different contexts will progressively lead to the development of a fully-integrated adaptive salutogenic single-room prototype.

Multi-device key management using visual side channels in pervasive computing environments

In the modern connected world, pervasive computing has become reality. Thanks to the ubiquity of mobile computing devices and emerging cloud-based services, the users permanently stay connected to their data. This introduces a slew of new security challenges, including the problem of multi-device key management and single-sign-on architectures. One solution to this problem is the utilization of secure side-channels for authentication, including the visual channel as vicinity proof. However, existing approaches often assume confidentiality of the visual channel, or provide only insufficient means of mitigating a man-in-the-middle attack. In this work, we introduce QR-Auth, a two-step, 2D barcode based authentication scheme for mobile devices which aims specifically at key management and key sharing across devices in a pervasive environment. It requires minimal user interaction and therefore provides better usability than most existing schemes, without compromising its security. We show how our approach fits in existing authorization delegation and one-time-password generation schemes, and that it is resilient to man-in-the-middle attacks.

Tangible applications for regular objects:An end-user model for pervasive computing at home

This paper describes an end-user model for a domestic pervasive computing platform formed by regular home objects. The platform does not rely on pre-planned infrastructure; instead, it exploits objects that are already available in the home and exposes their joint sensing, actuating and computing capabilities to home automation applications. We advocate an incremental process of the platform formation and introduce tangible, object-like artifacts for representing important platform functions. One of those artifacts, the application pill, is a tiny object with a minimal user interface, used to carry the application, as well as to start and stop its execution and provide hints about its operational status. We also emphasize streamlining the user's interaction with the platform. The user engages any UI-capable object of his choice to configure applications, while applications issue notifications and alerts exploiting whichever available objects can be used for that purpose. Finally, the paper briefly describes an actual implementation of the presented end-user model. © (2010) by International Academy, Research, and Industry Association (IARIA).

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.

Studio di Augmented World come Paradigma di Progettazione di Sistemi basati su Realtà Aumentata e Pervasive Computing - Verso la Definizione di un Modello

L’obiettivo della tesi è definire un modello che permetta di realizzare applicazioni che integrino diverse tecnologie come la realtà aumentata, pervasive computing e Internet of Things. In particolare si analizza la nozione di "augmentation" che indica un’estensione e un arricchimento delle funzionalità e delle informazioni che possono essere percepite dai sensi umani e che può essere ritrovata, in modo diverso, nelle tecnologie trattate. A tal proposito, si introduce l’idea di augmented world, il cui scopo è quello di realizzare un livello aumentato collegato ad un livello fisico, attraverso il quale permettere l’interazione tra elementi virtuali ed elementi fisici. In seguito, tramite un'analisi tassonomica si vogliono individuare le caratteristiche ed i requisiti fondanti degli ambiti applicativi trattati per poter definire un modello che possa essere utilizzato come riferimento per le diverse tipologie di applicazioni. Infine il modello proposto è stato applicato a diversi casi di studio che spaziano tra i principali contesti applicativi in cui vengono utilizzate le tecnologie illustrate. La modellazione è fatta prescindendo da alcuni aspetti relativi alla comunicazione o alla sincronizzazione tra livello reale e livello aumentato, in quanto l’obiettivo è esporre una prima validazione del modello che permetta di riscontrarne l’adeguatezza ed eventuali limiti per una futura raffinazione.

Progetto e sviluppo di una libreria tuProlog per l’interfacciamento di sensori in contesti di pervasive computing

Il termine pervasive computing incarna l’idea di andare oltre il paradigma dei personal computers: è l’idea che qualsiasi device possa essere tecnologizzato ed interconnesso con un network distribuito, costituendo un nuovo modello di interazione uomo-macchina. All’interno di questo paradigma gioca un ruolo fondamentale il concetto di context-awareness, che fa riferimento all’idea che i computer possano raccogliere dati dall’ambiente circostante e reagire in maniera intelligente e proattiva basandosi su di essi. Un sistema siffatto necessita da un lato di una infrastruttura per la raccolta dei dati dall’ambiente, dall'altro di un supporto per la componente intelligente e reattiva. In tale scenario, questa tesi ha l'obiettivo di progettare e realizzare una libreria per l'interfacciamento di un sistema distribuito di sensori Java-based con l’interprete tuProlog, un sistema Prolog leggero e configurabile, scritto anch'esso in Java ma disponibile per una pluralità di piattaforme, in modo da porre le basi per la costruzione di sistemi context-aware in questo ambiente.

A taxonomy of computation offloading in mobile cloud computing

The ability of cloud computing to provide almost unlimited storage, backup and recovery, and quick deployment contributes to its widespread attention and implementation. Cloud computing has also become an attractive choice for mobile users as well. Due to limited features of mobile devices such as power scarcity and inability to cater computationintensive tasks, selected computation needs to be outsourced to the resourceful cloud servers. However, there are many challenges which need to be addressed in computation offloading for mobile cloud computing such as communication cost, connectivity maintenance and incurred latency. This paper presents taxonomy of the computation offloading approaches which aim to address the challenges. The taxonomy provides guidelines to identify research scopes in computation offloading for mobile cloud computing. We also outline directions and anticipated trends for future research.

Radio-aware service-level scheduling to minimize downlink traffic delay through Mobile Edge Computing

One of the most challenging problems in mobile broadband networks is how to assign the available radio resources among the different mobile users. Traditionally, research proposals are either speci c to some type of traffic or deal with computationally intensive algorithms aimed at optimizing the delivery of general purpose traffic. Consequently, commercial networks do not incorporate these mechanisms due to the limited hardware resources at the mobile edge. Emerging 5G architectures introduce cloud computing principles to add flexible computational resources to Radio Access Networks. This paper makes use of the Mobile Edge Computing concepts to introduce a new element, denoted as Mobile Edge Scheduler, aimed at minimizing the mean delay of general traffic flows in the LTE downlink. This element runs close to the eNodeB element and implements a novel flow-aware and channel-aware scheduling policy in order to accommodate the transmissions to the available channel quality of end users.