Attività scientifica
di Francesco Potortì

Questa panoramica sulla mia attività scientifica è divisa in due parti: una prima tematica, in cui descrivo brevemente i filoni di attività di ricerca che ho condotto, con accenni ai risultati più rilevanti dal punto di vista scientifico, ed una seconda in cui parlo più in dettaglio delle pubblicazioni che ne sono derivate, inquadrate per progetti di ricerca.

Descrizione dell'attività di ricerca

I miei primi interessi si sono rivolti allo studio dei protocolli di comunicazione fra calcolatori per uso satellitare, con una tesi di laurea svolta all'istituto CNUCE-CNR di Pisa, il cui oggetto è stata la realizzazione di un generatore di traffico software denominato MTG (Multiapplication Traffic Generator) [R5].

In seguito, sono stato il principale sviluppatore di un sistema embedded real-time che implementa il protocollo di accesso multiplo a satellite FODA/IBEA [R1]. Il sistema gira sul controllore di un modem satellitare prototipale realizzato grazie al supporto finanziario della Telespazio SpA.

Il brevetto di cui sono coinventore [B1] e le pubblicazioni che descrivono sia il funzionamento del FODA/IBEA [R1, C2, C5] che le sperimentazioni su di esso effettuate [R2, R4, C3] testimoniano il buon risultato di questo lavoro. Negli anni successivi ho effettuato diversi studi che, partendo dalle problematiche relative al FODA/IBEA, allargano il campo di indagine scientifica in diverse direzioni.

In [C4] si effettua un'analisi simulativa della probabilità di outage (caduta del canale trasmissivo) di una stazione di terra facente parte di un sistema FODA/IBEA. Uno dei principali aspetti di interesse del FODA/IBEA consiste nella sua capacità di adattarsi alle condizioni del canale trasmissivo, in maniera da garantire una prestabilita qualità di servizio anche in presenza di attenuazione del segnale causata da pioggia. Tale adattamento è frutto della capacità di variare in tempo reale la ridondanza delle informazioni trasmesse al satellite [C7]. In tal modo è possibile ottenere un'alta disponibilità d'uso nella banda Ka (20-30 GHz), in cui il problema dell'attenuazione del segnale dovuta a forte piovosità è particolarmente sentito.

Ho partecipato allo studio e alla messa a punto di un sensore dell'attenuazione atmosferica in grado di misurare istante per istante lo stato del canale trasmissivo; la sua implementazione e sperimentazione sono descritte in [R6]. Grazie all'ottima qualità del sensore, il sistema consente di ridurre in maniera significativa la costosa potenza del segnale necessaria a contrastare il fenomeno di attenuazione.

Per compiere una valutazione quantitativa di tali risparmi [R15], ho sviluppato un originale modello frattale del processo di attenuazione atmosferica, che viene visto come un rumore frazionario gaussiano con parametro di Hurst dipendente dall'attenuazione stessa [R11]. Il notevole risultato di questi studi è che è possibile ridurre l'incertezza sulla valutazione dell'attenuazione atmosferica al punto che la sua influenza diventa trascurabile al fine di operare con una data qualità di trasmissione (BER).

Per verificare la bontà del metodo di allocazione FODA/IBEA, ne ho confrontato le prestazioni con quelle di CFRA, un altro protocollo di accesso multiplo al canale satellitare [R7]. Per questo confronto ho utilizzato Fracas, un emulatore estremamente efficiente per la valutazione dei protocolli di accesso a canali di comunicazioni gestiti a frame, di cui sono stato il principale sviluppatore [R12].

Possibili evoluzioni del FODA/IBEA sono esplorate nel progetto di altri metodi di allocazione del canale via satellite geostazionario. Questi riguardano gli aspetti degli algoritmi distribuiti (FODA/IBEA è centralizzato) [R3, R8, R9] e quelli relativi alle garanzie di ritardo da offrire al traffico VBR [R10, R17].

Ho studiato le garanzie di qualità di servizio offerte nell'ambito dei servizi integrati come definiti dall'IETF per i protocolli internet, in particolare per il guaranteed service, su cui ho proposto una variazione ottenendo migliori prestazioni a scapito della semplicità del modulo di admission control relativo [R16].

In collaborazione con l'istituto CSTV di Torino ho esplorato la possibilità di variare dinamicamente la codifica di dati in risposta a variazioni delle condizioni del canale, presentando risultati del tutto originali [R13]. I dati in questione consistono di traffico video codificato a velocità variabile (VBR), potenzialmente soggetti ad errori di trasmissione su un canale via satellite. Inoltre ho proposto un nuovo uso del DRS, una tecnica software di compressione dei dati video MPEG, per migliorare ulteriormente le caratteristiche di qualità del flusso in presenza di rumore sul canale, presentandone anche un possibile scenario pratico di utilizzo [R14]. Anche in questo caso, i metodi proposti ed i risultati ottenuti sono del tutto originali.

Ho partecipato allo sviluppo del prototipo di GaliLEO, un ambizioso progetto di simulatore globale per reti di satelliti [C12, C15, L01, L02, R18], purtroppo abbandonato per mancanza di finanziamenti. Ho anche partecipato alla progettazione di messaggistica satellitare Orbcomm per il Chartplotter, un ausilio alla navigazione da diporto distribuito dall'azienda principale del settore, la Navionics [C16].

Mi interesso attivamente della storia e dell'evoluzione del software libero, e curo che i prodotti software derivanti dalla mia attività di ricerca siano disponibili con una licenza libera, perché «le licenze di software libero sono una scelta naturale negli ambienti di ricerca» [C18].

Ho studiato come ottimizzare la codifica di tipo FEC sui canali satellitari utilizzati per trasmissioni TCP [R19]. Il tal modo ho mostrato la falsità dell'assunto comune secondo cui la perdita di pacchetti per rumore debba essere molto più bassa della perdita per congestione [C17]. Questo lavoro dimostra che si possono usare minori potenze di trasmissione su canali satellitari Internet senza perdere in efficienza, rispetto a quanto discusso in letteratura. Ho studiato le anomalie di funzionamento della fase di avvio di una connessione TCP su satellite geostazionario a larga banda, con misure sperimentali che hanno messo in rilievo le caratteristiche delle più usate varianti di TCP [R21, C21, R23].

Delle comunicazioni satellitari ho continuato ad interessarmi da vari punti di vista: allocazione dinamica di banda e sua interazione col TCP, uso del TFRC su satellite, un protocollo per la trasmissione di dati streaming con controllo di congestione [R25], trasmissione video in ambienti con peculiari caratteristiche di attenuazione del segnale in ambiente tropicale [C28, C31] e urbano [C32]. Ho applicato simili concetti in un lavoro riguardante la trasmissione di tipo carosello su canali affetti da errore, ottenendo misure di prestazioni che non erano state precedentemente calcolate [R26, C25].

Parallelamente mi sono interessato dei protocolli senza fili terrestri, come Wi-Fi e Bluetooth [R20]. Sono stato tutore di una tesi dottorato che riguarda fra l'altro la creazione di un modello a livello di pacchetto di un canale Wi-Fi per esterni [C24, R24] e misure di perdite di pacchetti in interni [C20]. Riguarda inoltre lo studio di connessioni ibride, cioè che attraversano link senza fili sia terrestri che satellitari, giungendo a proporre soluzioni per la trasmissione di video di maggiore efficienza specie nel caso del multicast [C19].

La mia esperienza nel campo della simulazione mi ha condotto a pubblicare alcune delle soluzioni che ho impiegato [C23] e una proposta per l'archiviazione di dati scientifici provenienti da misure o simulazioni, che ha prodotto un prototipo funzionante [R22, C22, C26, C27].

Attualmente sto impiegando la mia conoscenza teorica e pratica del funzionamento delle comunicazioni a pacchetto in due campi diversi dalle comunicazioni: localizzazione in ambienti interni e identificazione della postura. Entrambi i problemi possono essere affrontati usando piccoli sensori, indosso e nell'ambiente, che abbiano capacità di comunicazione senza fili. Approfittando delle trasmissioni che comunque questi effettuano, si può misurare la forza del segnale ricevuto in diverse condizioni [R27, C29, C30, C33, C34, C39, C41, C43, C44, C46].

Fin dal 2011 sono stato nel consiglio direttivo di EvAAL (http://evaal.aaloa.org), un'iniziativa per definire standard di misura relativi all'Ambient Assited Living, specialmente alla localizzazione in ambienti interni. Attualmente presiedo la competizione di localizzazione in interni della conferenza IPIN (Indoor Positioning and Indoor Navigation), che organizzo annualmente a partire dal 2014. Si tratta della prima e attualmente più scientificamente solida competizione di questo genere [R28, R29, C35, C36, C37, C38, C40, C45].

 


Attività inquadrate per progetti di ricerca

Progetto ESA
Thin Route TDMA
(1989-1994)

Ho svolto la mia tesi di laurea, come borsista Telespazio, partecipando a questo programma di ricerca, presentato dal CNUCE nell'ambito della sperimentazione sul satellite Olympus promossa dalla European Space Agency (ESA) [C3, C5]. La tesi, condotta sotto la direzione di Nedo Celandroni ed Erina Ferro, ricercatori presso il CNUCE-CNR di Pisa, ha prodotto un generatore/registratore software di traffico Ethernet, denominato Multiapplication Traffic Generator (MTG) [C1, R5]. Questo generatore offre prestazioni particolarmente sofisticate sia in termini di accuratezza e flessibilità nella generazione di traffico secondo modelli statistici stabiliti dall'utente, sia in termini di precisione di misura del traffico ricevuto. MTG è stato usato in tutte le sperimentazioni successive condotte sul satellite Olympus e a terra. Esso si è rivelato essenziale nella fase di sviluppo e messa appunto del FODA/IBEA e, a sviluppo ultimato, ha consentito la misura delle grandezze rilevanti per tutte le successive ricerche riguardanti il sistema FODA/IBEA.

Sempre come borsista Telespazio, dopo la laurea sono stato il principale sviluppatore del protocollo di accesso multiplo a satellite in TDMA denominato FIFO Ordered Demand Allocation / Information Bit Energy Adaptive (FODA/IBEA) [B1, R1, C2]. FODA/IBEA regola l'accesso a canale via satellite in TDMA mediante assegnazione su domanda, utilizzando sia circuiti virtuali attivati dinamicamente che trasmissioni datagram. Sua caratteristica precipua è quella di adattare le caratteristiche della trasmissione alle condizioni atmosferiche, automaticamente ed in tempo reale, in maniera da mantenere una qualità di servizio costante a scapito, quando necessario, della banda utile disponibile. La dinamicità di questo intervento consente il pieno uso della banda disponibile quando non vi siano degradi delle condizioni di trasmissione, il che avviene per la gran maggioranza del tempo.

Per lo sviluppo di FODA/IBEA sono state utilizzate quattro stazioni di trasmissione e ricezione appositamente sviluppate per la Telespazio dalla Marconi GEC di Chelmsford (UK). Tali stazioni utilizzano un burst modem capace di variare la codifica del segnale nell'arco di pochi microsecondi, permettendo così al FODA/IBEA di adattarsi alle condizioni atmosferiche. Quest'ultimo e` un software che gira come embedded system sul sistema della Marconi [R1, C7]. Utilizzando tali apparecchiature ho eseguito numerose sessioni di trasmissione/ricezione sia in laboratorio sia utilizzando i satelliti Olympus e Italsat [R4, C6], che sono state utili per misurare le prestazioni del sistema e del protocollo FODA/IBEA.

Ho effettuato uno studio sulla probabilità di outage di un link via satellite che utilizzi il protocollo FODA/IBEA, comparato con il protocollo FODA, predecessore del FODA/IBEA [C4].

Sono coinventore del sistema FODA/IBEA-TDMA, coperto da brevetto C.N.R. Nº 01286585, dal titolo Sistema per la trasmissione via satellite di dati sincroni e asincroni in grado di contrastare l'attenuazione del segnale dovuta ad agenti atmosferici [B1].

Progetto ESA
Thin Route TDMA for LAN Interconnection
(1990-1994)

Ho contribuito a realizzare un sistema satellitare prototipale di internetworking, con supporto per applicazioni Internet e video-conferenza, utilizzando per quest'ultima i circuiti virtuali offerti dal protocollo FODA/IBEA. Il 10 Giugno 1994, alla presenza di rappresentanti di molti centri e istituti scientifici europei, sono stato fra i realizzatori di una dimostrazione di interconnessione via satellite geostazionario utilizzando stazioni di terra site a Pisa (due stazioni), Roma (una stazione) e Firenze (una stazione). Ognuna delle stazioni era collegata ad una rete locale Ethernet, con il sistema via satellite configurato in modo da funzionare da bridge fra le reti locali [R2].

Progetto finalizzato C.N.R. Telecomunicazioni
Sottoprogetto 5 Realizzazioni sperimentali
Ricerca Reti a larga banda integrate nei servizi
Ricerca Allocazioni di banda per reti con applicazioni dinamiche
(1988-1992)

Ho partecipato a studi su un sensore di attenuazione atmosferica per trasmissioni via satellite. Si tratta di un misuratore del livello di rumore del segnale ricevuto che sfrutta la quantizzazione soft del segnale operata dai decodificatori di Viterbi comunemente utilizzati per codifiche convoluzionali. Lo studio è stato inizialmente teorico, per poi rivolgersi alla realizzazione pratica del dispositivo, consistente nell'implementazione software di un algoritmo che sfrutta le caratteristiche dei controller realizzati dalla GEC Marconi nell'ambito dei progetti precedenti. L'implementazione ha sfruttato il sistema FODA/IBEA, già funzionante sulle apparecchiature Marconi. A questa realizzazione sono seguite misure reali sia sul canale satellitare sia in laboratorio, ed un'approfondita analisi dei risultati e delle prestazioni del sensore, che risulta semplice ed economico da implementare, e di precisione più che sufficiente alle normali esigenze trasmissive satellitari [R6].

Attività di ricerca parzialmente finanziata con la dotazione ordinaria d'istituto
Reti a larga banda via satellite
(1992-1997)

Sono stato il principale sviluppatore di un emulatore di sistemi di accesso a canale di comunicazione framed, che ho battezzato Fracas (FRAmed Channel Access Simulator) [R12]. Questo programma è stato usato, fra l'altro, per confrontare le prestazioni del FODA/IBEA e del CFRA, un protocollo di accesso a satellite sviluppato dall'École Nationale Supérieure des Telecommunications (ENST), Toulouse (FR), che ha collaborato allo studio [R7]. Si tratta, per quanto ho visto in letteratura, dell'unico serio studio comparativo fra sistemi di accesso multiplo a satellite.

Azione europea COST 226
Integrated space/terrestrial network
(1991-1995)

Ho partecipato alla definizione di due nuovi protocolli distribuiti di accesso a canale via satellite, denominati FEEDERS e DRIFS [R8, R9]. L'uso di protocolli di accesso non centralizzati offre il vantaggio di un minor tempo di reazione del sistema, perché le informazioni di controllo non hanno bisogno di passare da una stazione master, ma vengono elaborate localmente in ogni stazione. Questo vantaggio è controbilanciato da una maggiore complessià delle procedure di recupero da situazione di errore, che devono anch'esse essere effettuate in modalità distribuita. Utilizzando l'emulatore Fracas, ho confrontato le prestazioni di questi protocolli fra di loro e rispetto al FODA/IBEA [R3].

Progetto coordinato C.N.R. finanziato dal comitato 7 (ingegneria e architettura)
Gestione del traffico a bit rate variabile (VBR) in ambiente interconnesso
(1994-1995)

Ho partecipato allo studio di tecniche per la trasmissione di traffico video a velocità variabile su reti di comunicazione comprendenti, fra l'altro, collegamenti via satellite. Ho studiato l'estensione del protocollo FODA/IBEA per la trasmissione efficiente di questi dati [R10, R17] su canale ad accesso condiviso, in modo che i dati video possano essere trasmessi con un ritardo massimo noto a priori e contemporaneamente non occupare più banda del necessario.

Progetto integrato C.N.R. finanziato dal comitato 12 (scienze e tecnologia dell'informazione)
Ambienti avanzati per comunicazioni a pacchetto
(1996-1998)

Ho collaborato con l'istituto CSTV-CNR di Torino nello studio della trasmissione di dati con codifica MPEG-2 su tratta satellitare rumorosa. Ho suggerito una tecnica [R13] per variare dinamicamente la codifica dei dati trasmessi in funzione del rumore presente sul canale e della qualità video desiderata. Abbiamo anche considerato trasmissioni di tipo layered e valutati i loro potenziali vantaggi nel garantire la qualità di servizio. L'uso di queste tecniche consente di calcolare il margine di potenza trasmissiva necessario a trasmettere un segnale MPEG2 con un data qualità video su un canale avente una data quantità di errori.

Abbiamo anche considerato la tecnica del dynamic rate shaping per diminuire i margini di potenza calcolati nel precedente lavoro [R14]. Si tratta di un algoritmo software che riduce la dimensione di un flusso VBR, a scapito della qualità, e che può essere applicato in transito. Un filtro del genere può quindi essere implementato alla stazione satellitare trasmittente di terra e integrato alle tecniche di codifica e layering per ottimizzare il rapporto fra qualità e banda occupata.

Ho studiato politiche di scheduling, policing e admission control per la garanzia di qualità di servizio sulle reti, in particolare per quanto riguarda Internet e l'insieme dei servizi definiti Integrated Services (IS) dall'IETF (Internet Enginnering Task Force). A tal proposito, ho contribuito alla definizione di un nuovo tipo di servizio, battezzato GSn [R16], che migliora le prestazioni del GS definito dall'IETF aumentandone però la complessità.

Azione europea COST 253
Service-efficient network interconnection via non-Geo satellites
(1997-2000)

Ho effettuato studi riguardanti le trasmissioni satellitari in orbita bassa (LEO), e ho contribuito alla stesura di GaliLEO, il prototipo di un ambizioso simulatore generico per reti di satelliti [C12, C15, L01, L02, R18]. Il progetto si è arenato per mancanza di fondi.

Progetto 5% Multimedialità del d.m. 21/01/97
Rete Multimediale interattiva di accesso all'utente
Linea di ricerca 3: Rete multimediale interattiva con accesso e interconnessione via satellite
Tema: Aspetti trasmissivi
Sottotema: Allocazione dinamica della banda per traffico multimediale
(1999-2001)

Ho effettuato uno studio di modellazione del canale atmosferico degradato da attenuazione dovuta alla pioggia, che permetta di effettuare delle valutazioni di funzionalità di un dato sistema di fade countermeasure e di interpolare in modo statistico dei dati di attenuazione. Ne è scaturito un originale modello frattale [R11], basato su un principio mai prima proposto in letteratura.

Ho collaborato all'utilizzo del modello frattale per valutare numericamente quanto la precisione della misura dell'attenuazione influisce sulla qualità del segnale inviato su canale. Il risultato [R15] è decisamente interessante: usando il sensore di attenuazione proposto in [R6], si dimostra che l'errore introdotto dalle imprecisioni di misura è trascurabile rispetto alle altre fonti di errore.

Progetto Intracoastal Satellite Communication Systems
In collaborazione con la Synthema di Pisa, finanziato dalla Regione Toscana e dalla CEE per innovazione tecnologica, ricerca e sviluppo
(1999-2000)

Come attività di trasferimento tecnologico, ho sviluppato le linee guida del progetto del software installato nel ChartPlotter come ausilio alla navigazione, che è distribuito dalla Navionics [C16]. Il software consente di trasmettere e ricevere brevi messaggi di informazione (meteorologica, posta elettronica) per mezzo della costellazione di satelliti LEO Orbcomm.

Progetto FIRB
TANGO: Algoritmi e modelli dell'ingegneria del traffico per l'ottimizzazione di reti IP di nuova concezione
Macro obiettivo: Crescita Competitiva Sostenibile
Programma strategico: Tecnologie abilitanti per la Società della conoscenza ICT
Proposta progettuale attinente a Metodi analitici e numerici avanzati
(2003-2004)

Lo studio delle prestazioni del TCP su satellite ha condotto ad un'interessante risultato, in contrasto con le comuni assunzioni che vengono fatte in letteratura. Normalmente si consiglia, infatti, di tarare il canale satellitario in modo che il tasso di perdita dei pacchetti a causa del rumore sia molto inferiore al tasso di perdita per congestione. Studiando metodi flessibili per variare dinamicamente il tasso di perdita dei pacchetti per errore variando la ridondanza dei dati trasmessi [R19, R21], abbiamo scoperto che è generalmente conveniente che le due cause di perdita dei pacchetti siano dello stesso ordine di grandezza [C17]. Questo risultato implica che la potenza consigliabile in un canale satellitare che sia parte di Internet può essere più bassa di quella consigliata in letteratura, o che alternativamente la capacità disponibile può essere significativamente maggiore.

Progetto FIRB
IS-MANET: Infrastrutture software per reti ad hoc orientate ad ambienti difficili
Settore: Piattaforme ITC abilitanti complesse ad oggetti distribuiti
(2003-2005)

Ho contribuito a realizzare, in collaborazione con l'agenzia spaziale francese (CNES), l'interconnessione fra una rete ad hoc di portatili e un link satellitare, dopo aver effettuato l'analisi dei protocolli di comunicazioni senza fili terrestri più adeguati a questo scopo, che sono Wi-Fi e Bluetooth [R20]. L'attività è proseguita con una tesi di dottorato che ha lo scopo di creare un modello del canale Wi-Fi come visto dalle applicazioni, che caratterizzi cioè la perdita di pacchetti e il loro ritardo. A tal fine è stato definito un modello del canale radio in ambiente rurale [R24, C24].

Azione europea COST 285
Modelling and simulation tools for research in emerging multi-service telecommunications
(2003-2007)

Sono stato rappresentante per l'Italia in questa azione europea, in cui ho tentato di avviare un'attività di unificazione e standardizzazione dei formati usati per lo scambio di dati fra le varie applicazioni utilizzate per la simulazione di reti di comunicazione. Il progetto, in collaborazione con l'università di Ljubljana, utilizza il formato HDF5 e comprende inizialmente la realizzazione di convertitori per il programma libero Octave e per il noto simulatore ns-2. Il programma è modulare, e prevede la pubblicazione delle specifiche per realizzare ulteriori convertitori in collaborazione con gli altri membri dell'azione COST 285 [R22, C22, C26, C27].

VI programma quadro su ricerca, sviluppo tecnologico e dimostrazione
SatNEx: Satellite communications Network of Excellence
(2004-2005), SatNEx II (2006-2008) e SatNEx III (2009-)

La prima attività svolta in questa rete di eccellenza è lo studio sperimentale del comportamento del TCP su un canale satellitare geostazionario a larga banda in assenza di errori. Infatti l'algoritmo slow start utilizzato all'avvio della connessione può entrare a certe condizioni in uno stato in cui la connessione è praticamente ferma, trasmettendo circa due pacchetti per secondo pur in presenza di ampia banda disponibile [C21]. Per approfondire lo studio di tali condizioni ho guidato la realizzazione di un modulo per ns-2 capace di modellare il comportamento di un sistema satellitare DAMA, che utilizzi cioè allocazione su domanda [R23, C23]. Analogo comportamento si osserva per traffico video che utilizzi il protocollo di controllo della congestione TFRC in presenza di allocazione dinamica sulla tratta satellitare. In questo caso ho contribuito a proporre l'integrazione con il nuovo protocollo Quick-Start per abbattere significativamente i ritardi iniziali [R25].

Una seconda attività, condotta assieme all'università di Vigo (ES), è stato lo studio delle prestazioni di flussi video trasmessi su reti ibride satellitari e Wi-Fi. Ne è risultato che l'adozione di codici a cancellazione a livello di pacchetto è un'alternativa appetibile rispetto alla variazione della modulazione del segnale utilizzata nelle reti Wi-Fi [C19].

Approfondendo lo studio delle caratteristiche di reti ibride satellitari e Wi-Fi, ho valutato sperimentalmente la bontà dei più comuni modelli di perdita di pacchetto in tali reti, giungendo alla conclusione che, dal punto di vista di una connessione TCP, i comuni modelli di perdita bernoulliani sono inadeguati [C20].

Una terza attività è consistita nello studio dell'allocazione dinamica su satellite in alcuni importanti casi particolari in cui l'attenuazione sul canale diventa molto forte. In [C28] analizzo l'uso dell'allocazione dinamica nella foresta amazzonica, soggetta a violente piogge, e in [C31] propongo un metodo per tarare lo shifted threshold definito dallo standard DVB in maniera da ottenere prestazioni ottimali in termini di qualità video, perdita di pacchetti ed efficienza di banda. In [C32] mostro che l'uso di lunghi codici a pacchetto di tipo FEC accoppiati a tecniche di interleaving non è sempre sufficiente a garantire una buona qualità del video in ambienti urbani, e propongo quindi un'interazione col trasmettitore per attenuare il problema.

Progetto curiosity driven
BREW: BRoadcast in Error-prone Wireless environment
Settore: Piattaforme ITC abilitanti complesse ad oggetti (2005-2006)

Il problema della ricerca di uno scheduling per il broadcast in reti multihop, che minimizzi il tempo medio di attesa dei riceventi è noto come Broadcast Problem. Si può affrontare alternativamente un problema diverso, che approssima il primo, e che chiamiamo Multi-Channel Data Allocation with Flat Broadcast per Channel problem. Lo scopo di questa ricerca è stato trovare algoritmi efficienti che risolvano quest'ultimo problema in reti con trasmissioni soggette ad errore [C25, R26].

Il ruolo che ho assunto in questo progetto consiste nella caratterizzazione statistica del modello di errore di un canale senza fili terrestre, basato su misure ed esperimenti, che possa essere utilizzato per valutare le migliori soluzioni al problema di cui sopra.

VII programma quadro su ricerca, sviluppo tecnologico e dimostrazione nell'area di eInclusion
Progetto industriale universAAL: UNIVERsal open platform and reference specification for Ambient Assisted Living
(2010-2013)

Il principale risultato di questo progetto industriale è stata la realizzazione di una piattaforma software di middleware per l'interazione di dispositivi eterogenei in ambienti domestici. Le attività scientifiche che ho condotto in questo ambito si sono orientate alla localizzazione di persone in ambienti interni e all'identificazione della loro postura. Per quanto riguarda la localizzazione, ho definito un ambiente simulativo per valutare l'accuratezza massima ottenibile entro ampie ipotesi da un sistema basato su sensori che misurano la potenza del segnale ricevuto [C30, C34]. Per quanto riguarda la postura, ho sperimentato la funzionalità di piccoli ed economici sensori piazzati sugli arti che, sfruttando solo la potenza del segnale ricevuto, possano fornire dati sufficienti a classificare alcuni semplici movimenti [C29, C33, R27].

VII programma quadro su ricerca, sviluppo tecnologico e dimostrazione nell'area di eInclusion
Progetto industriale ReAAL: make ir ReAAL
(2013-2016)

universAAL è sfociato in questo progetto, che ha visto la realizzazione in diverse centinaia di abitazioni in Europa di sistemi di Ambient Assisted Living basati sulla piattaforma universAAL. Ho contribuito alla gestione delle licenze software e alla definizione dello statuto di una spin-off europea che porterà avanti lo sviluppo di universAAL [C42].

POR CRO FSE Regione Toscana
Localizzazione dell'utente e dell'attività in in sistemi di Ambient Assisted Living -- PostulocAAL (2012-2014)

Il progetto PostulocAAL ha portato alla implementazione, confronto e valutazione di sistemi di localizzazione in interni interamente passivi, cioè senza nessun dispositivo indossato dall'utente. I sistemi sono basati sull'analisi delle perturbazioni del campo elettromagnetico generato da normali ricetrasmettitori per sensori wireless basati sulla tecnologia IEEE 801.15.4. Le perturbazioni sono misurate semplicemente valutando la potenza dei pacchetti ricevuti, senza alcuna modifica hardware dei sensori, il che permette in linea di principio di usare dispositivi già presenti nell'ambiente senza alcuna modifica hardware. La novità consiste nella valutazione delle prestazioni con un numero ridotto di sensori [C39, C41, C43, C44].

Progetto conto terzi Cloud4Wi (2016)

L'analisi della presenza di gruppi di persone può essere condotta mediante lo sniffing dei pacchetti di probe Wi-Fi emessi dai comuni smartphone. Questo progetto ha portato alla definizione, implementazione prototipale e valutazione sperimentale di un metodo per identificare la presenza e la posizione di gruppi di persone in interni, come supermercati o altri grandi ambienti: ospedali, stazioni, grandi uffici [C46].

Competizioni EvAAL e IPIN (2011-)

La mia esperienza nel campo della valutazione di sistemi di localizzazione in interni è applicata dapprima alla competizione internazionale EvAAL (2011-2013), nata dal progetto universAAL. Successivamente il metodo di misura EvAAL è stato applicato alla competizione legata alla conferenza IPIN (Indoor Positioning and Indoor Navigation), di cui sono stato presidente fin dalla sua nascita nel 2014 e che gestisco attivamente. Il sito http://evaal.aaloa.org riporta la storia e risultati di tutte le competizioni effettuate finora. Si tratta della più scientificamente solida competizione del genere, unica concorrente significativa la competizione Micorsoft, che però utilizza metodi di misura meno rigorosi e realistici [R28, R29, C35, C36, C37, C38, C40, C45].

 


Enti con i quali ho avuto collaborazioni scientifiche