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sistemapiemonte
Progetto VICSUM
Vehicle to Vehicle to
Infrastructure Communication
for Sustainable Urban
Mobility
sistemapiemonte.it
BACKGROUND
La definizione di una metodologia di studio e l’analisi di buone pratiche sull’utilizzo delle ICT in ambito
regionale fanno parte di uno dei filoni d’indagine attraverso il quale l’Osservatorio ICT del Piemonte si
propone di documentare la nascita ed il consolidamento di modelli che utilizzano le ICT in modo vincente al
fine di produrre dei benefici sul territorio, sull’economia e sulla popolazione. La metodologia di studio,
disponibile alla pagina web dell’OSSICT (http://www.sistemapiemonte.it/osservatorioICT/), è stata messa a
punto da CSP (http://www.csp.it) attraverso la ricognizione di diversi modelli, nazionali ed internazionali, di
analisi e di classificazione di buone pratiche. A seguito di questa ricognizione è stata predisposta una
procedura di analisi delle buone pratiche piemontesi in ambito ICT, di cui la presente scheda costituisce
un’applicazione.
ABSTRACT
IL PROGETTO VICSUM (Vehicle to Vehicle to Infrastructure Communication for Sustainable
Urban Mobility)
Nato come proposta all’interno del Bando “Ricerca industriale e sviluppo precompetitivo 2006”, il Progetto
VICSUM (Vehicle to Vehicle to Infrastructure Communication for Sustainable Urban Mobility), guidato da
Politecnico di Torino – Dipartimenti di Elettronica e Automatica e di Informatica, in partnership con il
Centro Ricerche FIAT (CRF) e il CSP-Innovazione nelle ICT, segue l’orientamento alla mobilità sostenibile
proponendo applicazioni per trasmettere contenuti multimediali tra autoveicoli e utenti in mobilità, ricevere e
inviare informazioni di pubblica utilità, regolare i semafori per favorire il passaggio dei mezzi di emergenza.
I veicoli e le persone, dotati di apparati e tecnologia di uso quotidiano come smartphone e portatili con
bluetooth e Wi-Fi, diventano canali di ricezione e ri-trasmissione di informazioni utili a gestire il traffico in
modo razionale, portando a una mobilità informata ed eco-compatibile.
Le informazioni su un incidente stradale, raccolte da un mezzo pubblico, possono essere propagate ai veicoli
in circolazione nella zona interessata, deviandone il tragitto e scongiurando il rischio di ingorghi. Contenuti
multimediali, di intrattenimento o informativi, possono essere trasferiti tra veicoli e dispositivi in transito in
una zona turistica, ma anche diffusi per dare informazioni di pubblica utilità come la presenza di ospedali
nell'area o più semplicemente il prezzo della benzina nella zona di transito, mentre la regolazione semaforica
può essere modificata in base al passaggio di mezzi di soccorso in emergenza.
INDICE
INDICE ____________________________________________________________________________ 2
1. ANAGRAFICA DEL PROGETTO _____________________________________________________ 3
2. SPECIFICHE DEL PROGETTO _______________________________________________________ 5
3. PUNTI DI FORZA DEL PROGETTO ____________________________________________________ 13
4. CRITICITÀ DEL PROGETTO __________________________________________________________ 14
4. RISULTATI ______________________________________________________________________ 16
5. TRASFERIBILITÀ E RIUSO ________________________________________________________ 19
1. ANAGRAFICA DEL PROGETTO
Titolo
Vehicle-to-Vehicle-to-Infrastructure Communication for Sustainable Urban Mobility
Acronimo
VICSUM
Sito web
http://www.vicsum.org/
Stato del progetto
In corso

Completato
7
24 mesi (Progetto approvato dalla Regione Piemonte con DD 773 del 11/07/2007 - workshop
Durata
conclusivo del progetto il giorno 11/11/2009)
Contesto
programmatico
Regione Piemonte - bando “Ricerca industriale e sviluppo precompetitivo 2006”
Settore
e-gov

e-business

Monitoraggio e valutazione; indicatori & benchmarking

e-health

e-infrastructure
7
e-learning

ALTRO:
7
infomobilità, mobilità sostenibile, logistica avanzata
Logo
COORDINATORE DEL PROGETTO
Nome
CLAUDIO ETTORE CASETTI
Carica
Ricercatore
Ente
Politecnico di Torino – Dipartimento di Elettronica
Telefono
+39 0115644126 / 4126
E-mail
[email protected]
BUDGET, PARTENARIATO E BENEFICIARI
Budget
Costo del progetto (in €)
Circa 850.000 € (Regione Piemonte) + 850.000 € (partner)
Cofinanziamento UE (in €)
//
Partner
Nome
pubblico
privato
no-profit
Ruolo
Politecnico di Torino
7

7
Coordinamento e monitoraggio –
ricerca scientifica
Centro Ricerche FIAT

7

Progettazione, sviluppo, test delle
applicazioni
CSP

7
Implementazione componenti di
rete
Regione Piemonte –
7

Co-finanziamento

Supporto logistico
Assessorato
Innovazione
GTT – Gruppo
Torinese Trasporti
Beneficiari

7
(S.p.A di proprietà
del
Comune
di
Torino)
adulti

cittadini
7
studenti 1° e 2° ciclo

pazienti

studenti universitari

personale medico

ricercatori

enti locali/regionali
7
disoccupati

altri enti pubblici

donne

PMI

minoranze etniche

industria/commercio

anziani

impiegati

disabili

altro (specificare sotto)

2. SPECIFICHE DEL PROGETTO
Obiettivi / scopi del progetto
MACRO OBIETTIVO
Definizione, progettazione e realizzazione di scenari di intervento sul tema “ICT per la mobilità sostenibile”. Per
mobilità sostenibile si intende una mobilità urbana che, pur consentendo per ciascuno l'esercizio del proprio diritto alla
mobilità, sia tale da non gravare eccessivamente sul sistema sociale in termini di inquinamento atmosferico ed emissioni
di gas serra, inquinamento acustico, congestione dovuta al traffico veicolare e incidentalità.
OBIETTIVI
□
Definire una rete di comunicazione mobile “ad hoc” (Mobile Ad hoc NETwork, o MANET) unitamente ad
architetture e protocolli in grado di permettere la realizzazione di una comunicazione Vehicle-to-Vehicle (V2V) e
Vehicle-to-Infrastructure (V2I)
□
Sviluppare una piattaforma abilitante ai servizi ed alla sua integrazione con ambienti e tool commerciali
□
Definire scenari applicativi in questo contesto che sfruttino tale piattaforma
Descrizione del progetto
Il progetto nasce con una forte vocazione sperimentale volta alla costruzione di un dimostratore adatto a evidenziare le
potenzialità del modello v2v e v2i e della sinergia tra comunicazioni a banda larga, veicoli e infrastrutture a bordo
strada.
Il principale obiettivo del progetto è la creazione di un prototipo completo, realizzato in hardware, software e servizio
dimostratore che, facendo seguito a una prima fase di studio, predispone alcuni veicoli all’accesso al servizio realizzato,
in un percorso ben definito.
È parte integrante del progetto l’allestimento delle aree di infrastruttura fissa per permettere sia la connessione verso il
centro servizi sia verso i nodi mobili.
Si descrivono di seguito gli elementi principali in cui si sviluppa il progetto.
Protocolli e infrastrutture di rete: comunicazione tra veicolo e apparati di bordo strada
La comunicazione tra l’infrastruttura di rete a bordo strada ed i nodi mobili a bordo dei veicoli ha richiesto un
sistema in grado di adattarsi rapidamente ai cambiamenti della topologia di rete, legati ai movimenti dei veicoli.
La prima parte dell’attività, condotta in collaborazione tra Politecnico di Torino – Gruppo Reti e CSP, è stata finalizzata
all’analisi dei protocolli di instradamento per le reti mesh e per le reti veicolari con l’obiettivo di scegliere quello più
idoneo da utilizzare, in base ai requisiti ed alle specifiche definite in collaborazione con gli altri partner. Dopo un’analisi
della letteratura esistente sono stati individuati un certo numero di potenziali candidati, rappresentati da protocolli di
instradamento ben consolidati (AODV, OLSR, GPSR) e altri più innovativi e sperimentali. La selezione del protocollo
adatto è stata quindi affrontata simulando al calcolatore il comportamento dei vari candidati in scenari vicini alle
implementazioni reali, e svolgendo test in laboratorio. In base alle risultanze delle simulazioni e dei test si è deciso di
utilizzare B.A.T.M.A.N. (Better Approach To Mobile Ad-hoc Networking) ed in particolare la sua versione definita
“advanced”, che opera direttamente a livello due della pila ISO/OSI. Questo approccio permette di gestire in modo
trasparente la scelta del protocollo di routing (IPv4 o IPv6) ed il trasporto di traffico multicast e broadcast, come
richiesto da alcune delle applicazioni sviluppate dai partner di progetto.
La seconda parte dell’attività, in carico a CSP a cui il Politecnico di Torino – Gruppo Reti ha fornito supporto di
progettazione, è stata finalizzata all’ottimizzazione di B.A.T.M.A.N. alla realizzazione di un modulo software
denominato Vehicular Manager, il cui compito è quello di cooperare con B.A.T.M.A.N. stesso per gestire le connessioni
tra veicoli e tra veicoli ed infrastruttura. L’approccio utilizzato permette di minimizzare i tempi del roaming tra due nodi
fissi, riducendo in modo significativo il numero di pacchetti persi e garantendo quindi la continuità di tutte le sessioni
dati attive, anche quelle di streaming video.
Il Vehicular Manager offre al sistema a bordo del veicolo le funzioni di roaming tipicamente implementate in un client
WiFi, utilizzando le due interfacce wireless in modo ottimale per gestire la connessione verso l’infrastruttura ed al
tempo stesso per cercare i nuovi nodi a cui connettersi, senza dover attendere l’interruzione del collegamento verso
l’infrastruttura fissa. E’ importante osservare che tale software si basa sul paradigma dei sistemi cognitivi in quanto
opera in modo completamente autonomo, basandosi esclusivamente sui parametri locali di B.A.T.M.A.N. e
sull’osservazione dell’ambiente in cui il veicolo si trova, attraverso le scansioni effettuate dalle sue interfacce radio.
Parallelamente a questa attività di sviluppo software, è stata progettata e realizzata la piattaforma hardware utilizzata per
i test bed, denominata Shelob: il sistema embedded sviluppato nel corso del progetto è caratterizzato dalla presenza di
due interfacce radio indipendenti, che permettono quindi di gestire in modo ottimale le operazioni di inoltro dei flussi
dati ricevuti, senza degradare le prestazioni anche in caso di un elevato utilizzo della rete.
Dal punto di vista tecnico, tale soluzione si basa su prodotti commerciali selezionati in base alla loro flessibilità ed alle
prestazioni; i nodi wireless realizzati utilizzano una mainboard Alix realizzata da PCEngines, mentre come interfacce
wireless sono state installate due schede miniPCI in grado di operare o solo a 5GHz o in entrambe le bande di frequenze
di interesse, a 2,4 e 5GHz.
I modelli scelti sono rispettivamente le Ubiquiti Networks XR5 e le Compex Wireless-AG; in particolare, le schede
Ubiquiti operano solo a 5GHz, ma sono caratterizzate da un’elevata sensibilità, ritenuta essenziale per operare in un
ambiente particolarmente complesso dal punto di vista radioelettrico come quello stradale.
Infine, è stato scelto un case metallico, conforme allo standard IP67 (e quindi in grado di resistere anche in condizioni
climatiche avverse).
Come sistema operativo è stato utilizzato OpenWRT, su cui sono state fatte alcune ottimizzazioni per adattare alcune
sue componenti alle specifiche del progetto VICSUM.
In linea con i principi della comunità opensource, sia le specifiche della piattaforma hardware sia la versione ottimizzata
di OpenWRT utilizzata nel corso del progetto sono state rese disponibili.
Architetture di bordo veicolo
La ricerca per la realizzazione di sistemi ed applicazioni in grado di sfruttare la comunicazione V2V (vehicle to vehicle)
e V2I (vehicle to infrastructure) coinvolge un ampio spettro di attori: produttori automobilistici, operatori stradali,
municipalità e società del terziario. Sono innumerevoli e diversificate le possibilità che la comunicazione V2V e V2I
apre a ciascuno di questi attori: tale assunto è evidente nelle diverse iniziative a livello europeo che vedono la
comunicazione V2V e V2I protagonista e oggetto di ricerca 1 .
In questa logica, parallelamente allo sviluppo dell’infrastruttura di rete, si è pertanto proceduto all’integrazione
dell’architettura wireless sviluppata all’interno del progetto VICSUM con la piattaforma commerciale FIAT Blue&ME,
attività per cui è stato coinvolto il CRF. Le operazioni di integrazione sono state portate a compimento su due veicoli
Fiat Grande Punto acquistati all’interno del progetto, a cui si sono aggiunte due vetture analoghe messe disposizione da
CRF. L’obiettivo è la realizzazione di scenari in cui componenti telematici interagiscano e si integrino nell’architettura
automotive. La definizione dell’architettura è un processo che parte con la definizione dei contesti applicativi finali in
cui è necessario operare. In questo senso la scelta degli scenari di interesse del progetto VICSUM sono stati i primi
elementi ad essere valutati ed analizzati. L’analisi, in successione, ha definito: lo storyboard della applicazione; i
requisiti utente; i requisiti funzionali; i requisiti hardware e software.
Il risultato di tale processo ha permesso di individuare i componenti generali minimi necessari per la completa
realizzazione dell’applicazione. È importante sottolineare l’integrazione/interazione tra tipici dispositivi della
1
SAFESPOT, CVIS, COOPER e SeVeCom rappresentano una selezione dei progetti finanziati dalla comunità europea,
che testimonia lo sforzo affrontato a livello internazionale per supportare lo sviluppo della comunicazione V2V e V2I,
sotto tutti i punti di vista: dalla definizione di standard di comunicazione, all’architettura di sistema, ai protocolli di
comunicazione da adottare fino alla sicurezza (security). Tutti i principali OEMs (Original Equipment Manufacturers) a
livello mondiale collaborano attivamente tra loro per lo sviluppo di sistemi cooperativi in grado di estendere i limiti
fisici dei sistemi sensoriali di bordo veicolo.
comunicazione per reti ad hoc, quali il router wireless, con componenti tipici del settore automotive, come il CAN e la
centralina Blue&Me. Tale aspetto di integrazione, come già sottolineato in precedenza, rientra tra gli obiettivi del
progetto VICSUM: lo sviluppo, cioè, di un prototipo dimostratore che includa una piattaforma abilitante ai servizi con
sistemi veicolo standard.
Testbed
L’ultima parte dell’attività, sotto la guida di CSP, ha curato la progettazione e la realizzazione delle aree di test e dei
dimostratori. Tra questi, i due siti ritenuti più importanti sono quello della linea a dentiera Sassi-Superga, realizzato in
collaborazione con GTT, e quello all’interno del parco di Villa Gualino, che ha ospitato il workshop conclusivo del
progetto.
In particolare, nel caso della linea a dentiera, l’obiettivo è stato quello di creare una infrastruttura di rete Mesh in grado
di coprire tutta l’estensione (poco più di 3 km) del tracciato della linea da Sassi a Superga. Le vetture che transitano
sulla linea sono state equipaggiate con apparati radio simili a quelli installati nell’infrastruttura e sono quindi in grado di
inviare al centro di controllo di Sassi informazioni in tempo reale (stream video da telecamere a bordo della vettura,
comunicazioni vocali dal conduttore della vettura, dati raccolti da sensori di bordo).
La stessa infrastruttura è stata quindi replicata nel parco di Villa Gualino per dimostrare come sia applicabile anche al
traffico automobilistico.
Nelle aree di test sono stati selezionati i punti ottimali di installazione dei nodi fissi, tramite misure in campo, con
l’obiettivo di creare una copertura wireless continua su tutto il percorso. In seguito, CSP ha seguito i lavori di
predisposizione dell’infrastruttura, di configurazione degli apparati e di validazione del loro funzionamento. Entrambi i
test bed sono stati interconnessi con la sede centrale di CSP in modo da poter controllare il loro corretto funzionamento;
a tale scopo è stata realizzata un’applicazione web che permette di visualizzare in tempo reale la posizione dei singoli
mezzi e lo stato dei collegamenti wireless.
Nel caso del test bed di Villa Gualino, inoltre, si è deciso di alimentare un nodo tramite pannello solare, al fine di
dimostrare come la piattaforma hardware realizzata possa operare in completa autonomia, semplificando in modo
significativo la scelta dei punti di installazione.
Contestualizzazione del progetto
Il problema della mobilità urbana è comunemente sentito come un’urgenza dai soggetti che si occupano di amministrare
il territorio: si valuta che gli ingorghi cittadini in Europa producano costi esterni pari allo 0,5% del PIL 2 . Tale
consapevolezza ha portato alla mobilitazione di Comuni e Regioni, che pongono sempre più attenzione alle tematiche
ambientali, anche per adempiere ad obblighi di legge e direttive di livello superiore (a partire dalla normativa sulla
qualità dell’aria, DM 60/2002).
In ambito europeo, le principali direttive in tema di mobilità sostenibile sono 3 :
•
La Direttiva 2006/38/Ce, relativa trasporto di merci su strada, che impone di calibrare i pedaggi autostradali in
base al carico inquinante dei mezzi ed all'ora di utilizzo delle infrastrutture;
•
La Direttiva 2008/68/Ce (che sostituisce le direttive 94/55/Ce, 96/49/Ce, 96/35/Ce, 2000/18/Ce, 2005/263/Ce),
che punta ad aumentare la sicurezza nel trasporto di merci pericolose su strada, ferrovia e vie navigabili interne;
•
La Direttiva 2009/33/Ce, che impone di considerare l’impatto energetico ed ambientale dei veicoli nel corso
dell’intero ciclo di vita;
•
Il Piano d'azione per la mobilità urbana, nel quale si propongono venti azioni per supportare gli Enti Pubblici
nella realizzazione dei rispettivi obiettivi di mobilità sostenibile.
In ambito nazionale, il principale testo di legge è il Decreto Interministeriale Mobilità Sostenibile nelle Aree Urbane del
27/03/1998.
Inoltre, attraverso l’Accordo di collaborazione tecnico-scientifica CNIPA - Politecnico di Torino, la Divisione
Tecnologie Innovative del CNIPA (Centro Nazionale per l’informatica della Pubblica Amministrazione) ed i
Dipartimenti di Energetica, Automatica e Informatica , Elettronica ed Ingegneria Elettrica del Politecnico di Torino
intendono sfruttare le rispettive competenze specifiche nei settori dell’efficienza energetica, della strumentazione di
misura, del controllo e della trasmissione dati wireless per la realizzazione di soluzioni avanzate verso la logica delle
“città digitali”: la città si dematerializza in interfacce ad hoc in grado di risolvere problemi e gestire servizi, come ad
esempio videosorveglianza, infomobilità, controllo intelligente e re-instradamento dei flussi di traffico, rilevazione dei
parametri ambientali, micro-pagamenti in mobilità.
In ambito locale, la Regione Piemonte con l.r. 7 aprile 2000, n. 43 ha approvato il Piano regionale per il risanamento e la
tutela della qualità dell’aria. Ai sensi dell’art. 6 della stessa legge, con deliberazione n. 66 - 3859 del 18 settembre 2006,
successivamente modificata e integrata con deliberazioni n. 57-4131 del 23 ottobre 2006 e n. 64-6526 del 23 luglio
2007, la Giunta Regionale ha approvato lo “Stralcio di piano per la mobilità”, il quale si colloca nell’ambito
dell’aggiornamento del succitato Piano regionale per il risanamento e la tutela della qualità dell’aria.
Ma le principali iniziative regionali in tema di infomobilità sono del 2008: la Regione Piemonte (su proposta degli
assessori ai Trasporti e alla Ricerca e Innovazione) ha approvato nel marzo 2008 il Piano Regionale del'Infomobilità
2
3
Fonte: wikipedia
http://www.marcodemitri.it/mobilita-sostenibile-normativa-direttiva-legge-bando/
(PRIM) che costituisce lo strumento attraverso il quale la Regione intende mettere a sistema tutte le azioni, tra quelle
possibili nel vasto campo delle tecnologie degli Intelligent Transport System (ITS), che vedono impegnati gli enti locali
e tutti i soggetti, a vario titolo, operanti su questo tema. Il Piano intende imprimere, mediante l'uso di tecnologie
intelligenti, un maggiore impulso alla politica di razionalizzazione e sostenibilità dei sistemi di mobilità, visto che
l'importanza dei trasporti nella vita quotidiana rende indispensabile l'analisi delle necessità informative di tutti quei
cittadini che ogni giorno si muovono, si spostano e viaggiano. Per ottenere questi risultati il Piano individua una serie di
obiettivi per diversi ambiti di intervento. In primo luogo, favorire i servizi di informazione all'utenza sul trasporto
pubblico e la rete stradale con aggiornamenti in tempo reale su traffico e cantieri, soprattutto in condizioni meteo
avverse o in presenza di eventi calamitosi o incidenti. Parallelamente, diffondere una cultura della mobilità sia attraverso
la semplificazione dell'accesso e dell'uso di modalità di trasporto alternative, la bigliettazione unica e automatica per i
mezzi pubblici (Bip), sia promuovendo il tema dell'infomobilità all'interno dei bandi di ricerca regionali, finanziati con
la LR $/2006 – Sistema Regionale della Ricerca.
Altrettanto rilevante è la Piattaforma per l'infomobilità, iniziativa regionale che intende riunire e mettere a sistema
tutti i diversi attori che siano, o possano risultare in futuro, specificatamente interessati alla diffusione di tecnologie e
sistemi di mobilità intelligente, nell'ottica di promuovere e sviluppare il valore del territorio. Tra gli attori coinvolti:
•
Il Comitato Promotore Infomobilità, Logistica e Mobilità sostenibili: Nel marzo 2008 Regione Piemonte,
Provincia di Torino, Città di Torino e Finpiemonte SpA hanno costituito il Comitato Promotore Infomobilità,
Logistica e Mobilità sostenibili, per promuovere attraverso azioni strutturali un approccio sistemico a tali
settori, valorizzando le capacità scientifiche e imprenditoriali presenti sul territorio e promuovendo la nascita e
lo sviluppo di PMI nella filiera. Il Comitato ha avviato una ricognizione ragionata delle iniziative presenti o in
fase di definizione nel settore, al fine di individuarne potenzialità e sinergie. Il Comitato è stato indicato
all'interno del Memorandum of Understanding sancito con il Free State of Bavaria (e prossimamente allargato
all'Austria ed alla Repubblica Ceca) come soggetto attuatore per la realizzazione di un Centro di
Standardizzazione e Certificazione di soluzioni per l'Infomobilità Stradale; l'iniziativa è arrivata oggi ad una
prima fase attuativa, che prevede di proporre due progetti pilota (DAMASC e CERTTDOG) per la
realizzazione di standard e certificazioni nell'ambito del trasporto merci pericolose, all'interno dei programmi
europei Interreg e del Settimo Programma Quadro. La seconda attività prioritaria del Comitato è rappresentata
dal progetto Piemonte digitale, finalizzato ad esplorare la possibilità di rendere il Piemonte il primo sistema
regionale al mondo di gestione integrata e convergente dei flussi di mobilità e delle relative transazioni
finanziarie. Ad un primo studio di fattibilità elaborato dal Politecnico di Torino e dal Massachusetts Institute of
Technology sono seguiti due approfondimenti, relativi all'individuazione dei contenuti tecnico-progettuali
legati al demand side ed alle forme di organizzazione e governance; si procederà quindi ad analizzare la
sostenibilità socioeconomica e gli aspetti giuridici del progetto
•
Comitato Promotore Programma Galileo: Il Comitato Promotore Infomobilità lavora in sinergia con il
Comitato Promotore Programma Galileo (costituito nel 2003 dagli enti locali, dalla Camera di Commercio e da
Finpiemonte nell'ambito dell'omonimo Programma Europeo per i servizi di navigazione satellitare globale), che
ha lo scopo di coadiuvare gli enti pubblici competenti per la candidatura del Piemonte e della Città di Torino a
sedi di attività connesse con il programma europeo, in relazione alle specifiche competenze e potenzialità del
tessuto produttivo, scientifico e tecnologico dell'area. In particolare, il Comitato ha individuato
nell'infomobilità il segmento delle applicazioni del sistema di navigazione satellitare che può avere le maggiori
ricadute positive sulle PMI locali. Il Comitato ha promosso il Consorzio Torino Time, che è stato selezionato
nel 2005 da parte dell'Agenzia Spaziale Europea quale fornitore per la realizzazione della Precise Timing
Facility, il laboratorio per la misurazione e certificazione del tempo di Galileo. Nel 2007 Torino Wireless ha
promosso il Consorzio GAL-PMI (Anticipando GALileo: Prodotti e servizi a supporto della Mobilità e della
sIcurezza), coinvolgendo soci pubblici e privati nello sviluppo di soluzioni prototipali per l'applicazione del
segnale Galileo alla mobilità sostenibile. Il Piemonte si è inoltre candidato a sede del "Galileo Infomobility
Center", un centro di eccellenza per la certificazione del segnale di Galileo, per lo sviluppo di applicazioni e
per la ricerca nel settore infomobilità.
Il tema dell’infomobilità è inoltre tra le priorità dei principali documenti di programmazione regionale (dal Documento
Unico di Programmazione DUP 2007 – 2013 al Programma Attuativo Regionale del Fondo Aree Sottoutilizzate PAR FAS 2007-2013, al Nuovo PTR - Piano Territoriale Regionale) e della Convenzione Nord-Ovest tra Piemonte, Liguria e
Valle d’Aosta, che cita tra gli argomenti prioritari il trasporto pubblico locale e la mobilità pubblica (Orario Integrato
Interregionale dei trasporti, Sistema Integrato Interregionale di bigliettazione elettronica) e la viabilità e sicurezza
(Catasto Interregionale delle Strade, Osservatorio per la Sicurezza Stradale del nord-ovest). Contemporaneamente si sta
lavorando per sfruttare eventuali sinergie tra le Regioni della Convenzione e le Regioni francesi del PACA (ProvenceAlpes-Côte d’Azur) e del Rhône-Alpes, con le quali si sta attualmente lavorando a proposte progettuali sul tema dei
trasporti in ambito transfrontaliero.
Aspetti innovativi del progetto
Nella visione VICSUM, la mobilità sostenibile è, in primo luogo, mobilità informata. VICSUM ha definito
un’architettura di rete di comunicazione mobile dove i veicoli stessi giocano un ruolo fondamentale nella raccolta di
informazioni (sulla viabilità, sui servizi locali, sulle attrattive turistiche, e sull’offerta commerciale) così come nella loro
distribuzione e condivisione. I veicoli, tuttavia, non sono gli unici attori di questo scenario: qualunque terminale
informatico dotato di interfaccia radio e trasportato da un utente in mobilità (pedonale, così come su veicoli a due o
quattro ruote) può agire da generatore, collettore o intermediario nella distribuzione delle informazioni. E lo scenario è
completato da apparati di ricetrasmissione posti a bordo strada che raccolgono e convogliano i dati da e verso le reti
cablate (garantendo, ad esempio, accesso ad Internet).
Inoltre, VICSUM ha definito la mobilità sostenibile in termini di facile accesso alle tecnologie in uso sui veicoli.
Rinunciando dall’inizio del progetto a fare ricorso a tecnologie sì specialistiche per la trasmissione da autoveicoli, ma in
fase di prototipazione, VICSUM ha realizzato le proprie architetture di rete usando apparati WiFi e Bluetooth,
dispositivi utente di fascia consumer (laptop, netbook, smart phone) e applicazioni software basate su Java ed operanti
su sistemi Linux. In particolare. In linea con i principi della comunità opensource, sia le specifiche della piattaforma
hardware sia la versione ottimizzata del software utilizzata nel corso del progetto sono state rese disponibili.
In questo contesto gli scenari applicativi sono molteplici e il progetto VICSUM ne ha studiati alcuni, proponendo ed
implementando alcune delle possibili soluzioni (per dettagli si veda il riquadro sui risultati).
3. PUNTI DI FORZA DEL PROGETTO
STRATEGICITA’ DEL TEMA e PARTNERSHIP
Le iniziative sull'infomobilità possono risultare di estrema rilevanza per le potenzialità di sviluppo del
Descrizione
territorio piemontese, in quanto valorizzano le specifiche competenze del tessuto produttivo, scientifico
e tecnologico già presenti e pongono le basi per la crescita complessiva di un settore nuovo che
rappresenta uno degli ambiti qualificanti del futuro. I partner di VICSUM ben rappresentano la varietà
dei soggetti operanti sul territorio in ambito di mobilità ed ICT: la collaborazione tra ricerca, PA e
impresa permette di mettere a fattor comune le rispettive competenze per studiare in maniera congiunta
le possibili applicazioni nel campo della mobilità intelligente.
UTILIZZO DI TECNOLOGIA “OFF THE SHELF”
Descrizione
VICSUM dimostra come sistemi di infomobilità efficaci siano realizzabili già con apparati disponibili
in commercio, senza richiedere l’impiego o lo sviluppo di costosi prototipi ad hoc.
Tale approccio permette già da ora di estendere i dimostratori realizzati nel corso del progetto e di
diffondere le tecnologie utilizzate anche ad ampi gruppi di utenti.
Le piattaforme HW utilizzate sono state progettate assemblando componenti comunemente disponibili
con particolare attenzione al rapporto costo e funzionalità offerte. In particolare, solo per gli elementi
chiave sono stati scelti dei prodotti allo stato dell’arte; questo approccio ha permesso di contenere i
costi dell’intera soluzione ma al tempo stesso di garantire elevate prestazioni.
INTEGRAZIONE CON PIATTAFORME STANDARD
Descrizione
I sistemi a bordo veicolo sono stati progettati per comunicare con la centralina di controllo del veicolo
mediante la piattaforma standard Blue&ME di FIAT, quindi senza richiedere costosi interventi di
modifica dei componenti dell’autovettura.
Per quanto riguarda le tecnologie di rete adottate, la soluzione scelta di basa sugli standard della
famiglia IEEE 802.11 ed utilizza solo le funzioni presenti nella maggior parte dei prodotti disponibili
sul mercato, inclusi laptop e smart phone. Nuove funzionalità e nuovi standard di comunicazione
possono comunque essere integrati in modo semplice, a seconda delle esigenze future.
4. CRITICITÀ DEL PROGETTO
MOBILITA’ NODI DI RETE
Descrizione
L’infomobilità è un campo relativamente nuovo e decisamente interessante, sia per quanto riguarda la
ricerca scientifica che quella industriale. Molti dei numerosi progetti di ricerca attivi in questo campo,
e VICSUM non fa eccezione, partono dalla definizione e dalla caratterizzazione delle reti di
infomobilità, dal punto di vista della rete (topologia, tipo e natura del mezzo fisico) e dei nodi
(mobilità, funzionalità). Ciò che maggiormente caratterizza le reti di infomobilità è il loro essere
soggette a rapidi e imprevisti cambiamenti. Questo è dovuto al fatto che i nodi che le compongono
sono in massima parte mobili (cioè cambiano la loro posizione nel tempo) e dinamici, ossia che
possono entrare nella rete o abbandonarla rapidamente e senza preavviso.
L’evoluzione della tecnologia degli apparati di comunicazione portatili ha determinato il proliferare
del numero di interfacce radio presenti sui dispositivi che gli utenti portano con sé o installano a bordo
dei propri veicoli. Oltre alle tecnologie cellulari (da GSM a HSPA), buona parte degli “smart phone” in
commercio vanta anche interfacce Wi-Fi e Bluetooth. Nell’ottica di proporre agli utenti alternative
all’uso della rete cellulare (con vantaggi di calo della congestione per quest’ultima e di risparmio per
gli utenti), VICSUM ha inteso studiare soluzioni che promuovano l’accesso ai servizi di infomobilità
attraverso apparati di comunicazione radio a corto raggio che possano essere disseminati in aree urbane
e in luoghi di transito extraurbani. Ove l’assenza di infrastruttura non permettesse l’accesso diretto ai
servizi, VICSUM ha studiato lo sviluppo di meccanismi di comunicazione “device-to-device” che
siano in grado di convogliare le richieste degli utenti in mobilità (ad esempio, la richiesta di percorso
multimodale) dall’utente stesso fino al più vicino apparato di infrastruttura, usando terminali di altri
utenti come relay.
Il protocolli di rete coinvolti sono quelli definiti dai vari standard della famiglia IEEE 802.11, in
particolare quelli che consentono la comunicazione in modalità “ad hoc”, da terminale a terminale
senza infrastruttura.
Tale scenario ben si adatta alle scambio di messaggi non in real-time o che comunque possono iniziare
e concludersi in un intervallo di tempo particolarmente contenuto (ad esempio la ricezione del numero
di posti disponibili in un parcheggio).
Nel caso di applicazione che richiedono un continuo scambio tra veicoli e nodi fissi (ad esempio uno
streaming video), invece, è stato necessario introdurre dei meccanismi per garantire la stabilità della
connessione, oltre che progettare in modo opportuno la distribuzione dei nodi fissi.
MASSA CRITICA
Descrizione
L’approccio adottato nel corso di VICSUM non richiede in linea di massima un elevato numero di nodi
sia fissi sia a bordo veicolo per operare in modo corretto.
Ovviamente, maggiore è la diffusione dei sistemi installati, migliore sarà la copertura complessiva
offerta agli utenti e le informazioni saranno più dettagliate e complete, oltre che consegnate e ricevute
in un tempo più ridotto.
In ogni caso, è possibile attivare i servizi di VICSUM in un’area di interesse tramite l’installazione di
un numero limitato di nodi fissi; inoltre, a meno di voler garantire lo streaming video in mobilità, la
copertura risultante può non essere continua. Saranno le componenti installate a bordo veicolo ad
identificare la presenza dei nodi fissi ed a curare l’interazione con questi quando è possibile.
4. RISULTATI
APPLICAZIONI
In un campo di ricerca stimolante come quello dell'infomobilità, gli scenari applicativi sono molteplici e il progetto
VICSUM ne ha studiati alcuni, proponendo ed implementando le soluzioni di seguito sintetizzate.
1.
CIRCOLAZIONE DELLE INFORMAZIONI
Il Politecnico di Torino – Gruppo Reti si è dedicato allo sviluppo di applicazioni che indirizzino in maniera
intelligente la consegna delle informazioni verso la (o dalla) infrastruttura di accesso. La scelta dei terminali da
coinvolgere nel transito di informazioni è stata fatta attraverso algoritmi posizionali e algoritmi che privilegiano
la stima delle aree in cui la densità di terminali (e quindi la probabilità di trovare molti terminali che collaborano)
è maggiore. E’ richiesta la collaborazione degli apparati utente coinvolti che devono avere installato il software
opportuno sui propri terminali (nonché la preventiva autorizzazione a fungere da “tramite”, che può essere anche
concessa contestualmente all’installazione del software). Le tipologie di applicazioni sviluppate sono due: la
dislocazione guidata delle informazioni e l’abbonamento alla ricezione di informazioni di pubblica utilità. Il
primo scenario, attraverso un’applicazione denominata “LINGER” prevede di sfruttare la rete interveicolare per
trasmettere informazioni puntuali verso un’area target, di raggio ampio a piacere, il cui centro è individuato dalle
coordinate GPS: sfruttando la comunicazione collaborativa tra veicoli e terminali mobili (anche trasportati da
pedoni), le informazioni possono essere trasmesse da punti diversi della città verso l’area target e ivi lasciate
circolare per essere raccolte da utenti interessati. Ad esempio, in seguito alla segnalazione raccolta da un veicolo
che ha assistito ad un incidente, la centrale operativa del trasporto pubblico può comunicare in tempo reale ai
veicoli che si trovano a transitare nelle vicinanze dell’incidente di scegliere percorsi alternativi. La segnalazione è
affidata a veicoli in transito vicino alla centrale operativa e da questi trasmessa di veicolo in veicolo, selezionando
tramite GPS solo i veicoli che consentono all’informazione di avvicinarsi all’area target e di essere poi lì
confinata.
L’applicazione per l’abbonamento a informazioni di pubblica utilità, denominata FIGARO, fa ricorso a modelli di
interazione molto usati nelle reti sociali (modelli Pub/sub): un terminale mobile, detto agent, può dichiarare il suo
interesse per un tipo di informazione (ad esempio, distributori di benzina nei dintorni, con relativi prezzi). Tale
dichiarazione è ceduta alla rete interveicolare, e quindi raccolta e registrata da un’entità centrale, detta broker.
Quest’ultima istruisce i possessori dell’informazione (altri veicoli agent nelle vicinanze) a fornirla al terminale
che ne ha fatto richiesta (il quale potrà a sua volta diventare poi fornitore di quella informazione per altri
terminali).
Le problematiche che sono state studiate in questo contesto, oltre ai meccanismi di registrazione e di migrazione
degli agent attraverso diversi broker, hanno riguardato la stima della reputazione degli agent e l’introduzione di
incentivi, per evitare fenomeni di utilizzo poco collaborativo delle risorse di rete.
Il CRF ha studiato inoltre casistiche riguardanti le comunicazioni da veicoli di emergenza. In un primo caso, ha
preso in esame e dimostrato come, mediante la comunicazione da veicolo ad infrastruttura, sia possibile adattare e
modificare, in situazioni di effettiva emergenza, la viabilità semaforica di uno o più incroci con l’obiettivo di
favorire il transito di mezzi di soccorso o della pubblica autorità. Inoltre, mediante la comunicazione da veicolo a
veicolo, ha evidenziato come sia possibile utilizzare un qualsiasi veicolo per generare o trasportare informazioni
di servizio utili per il guidatore in transito su determinate strade. Tale applicazione permette quindi di fornire
informazioni sulla presenza di lavori in corso o incidenti, anche in tratti o punti della rete viaria non dotati di
infrastrutture dedicate o per effettuare interventi tempestivi.
2.
MULTIMEDIALITA’
Il contributo principale dell’Internet Media Group del Politecnico di Torino al progetto VICSUM ha riguardato lo
studio e l'implementazione di una architettura software per lo streaming di informazioni multimediali su reti
wireless interveicolari.
In un contesto di trasmissione di contenuti multimediali su una rete dati a commutazione di pacchetto, la
consegna dello stream multimediale si basa su protolli di rete (RTP/UDP/IP) che non garantiscono una consegna
affidabile delle informazioni, ammettendo pertanto una perdita della qualità del media durante la sua fruizione.
In uno scenario con reti cablate, grazie all’elevata affidabilità del mezzo di trasmissione, questo fenomeno è poco
visibile. Al contrario, in uno scenario wireless le variazioni di affidabilità del canale di trasmissione possono
causare perdite significative di informazioni e la fruizione di contenuti audio e video rischia di risultare
completamente insoddisfacente per l’utente finale.
L’obiettivo alla base della definizione dell’architettura di streaming è stato quindi quello di realizzare un sistema
in grado di proteggere le informazioni multimediali dalle perdite nella rete, mantenendo al tempo stesso la piena
compatibilità con gli standard definiti dall’Internet Engineering Task Force (IETF) per il trasporto delle
informazioni multimediali su reti a pacchetto. Un ulteriore obiettivo è stato quello di realizzare una suite di
streaming open source da rilasciare con licenza GPL, in modo da garantire la libera fruizione delle tecnologie
sviluppate. In base a questo secondo, ma non meno basilare principio, la suite di streaming che ha costituito
l'ambiente di base per lo sviluppo del progetto è stata, per la parte server, il progetto LSCube già dell'Internet
Media Group, afferente al Dipartimento di Automatica e Informatica del Politecnico di Torino, e per la parte
client, il progetto Mplayer.
La definizione dell’architettura di streaming per il progetto è partita da una analisi sul campo di pregi e difetti
delle soluzioni di protezione delle informazioni disponibili nella letteratura scientifica, che ha evidenziato come
l’efficacia di queste tecniche in uno scenario wireless di tipo interveicolare sia maggiore adoperando più tecniche
congiuntamente. L’analisi realizzata ha inoltre permesso di individuare le tecniche di protezione delle
informazioni migliori da adottare in funzione dello scenario di riferimento, trasmissione live o on demand.
Valutando le criticità dello streaming multimediale live su reti wireless ad alta mobilità (vincoli su massimo
ritardo consentito e percentuale di pacchetti persi) si è individuato come in tali scenari le tecniche migliori di
protezione delle informazioni da adottare siano quelle denominate Forward Error Correction (FEC), con codici di
protezione degli errori a bassa complessità e latenza. Inoltre la trasmissione di pacchetti multimediali in ordine
diverso da quello di produzione (uso di tecniche di interleaving) permette di ridurre la dimensione dei burst di
perdite, incrementando le performance delle tecniche FEC e di riflesso la qualità percepita della risorsa
multimediale proposta all’utente.
In uno scenario di tipo on-demand le criticità della trasmissione della risorsa multimediale sono leggermente
differenti: parte dello stream può infatti essere memorizzato in un buffer di ricezione, ammettendo quindi requisiti
meno stringenti sul ritardo di consegna delle informazioni trasmesse. I maggiori ritardi di trasmissione consentiti
in questo secondo scenario fanno sì che le tecniche migliori di protezione delle informazioni siano quelle basate
su ri-trasmissioni dei pacchetti persi, che il client può nuovamente richiedere al server di streaming in caso di
necessità, implementando di fatto un meccanismo di feedback nella rete.
Le tecniche di robustezza delle informazioni proposte per i due scenari di riferimento permettono un ottimo
recupero delle perdite dei pacchetti multimediali, senza però voler garantire la completa ricezione di tutti i dati
(concetto di semi-reliability) in quanto in caso di canale wireless altamente inaffidabile è preferibile riprodurre i
flussi video tollerando alcune perdite, ma garantendo bassi ritardi.
Le quattro soluzioni proposte per la protezione delle informazioni multimediali (FEC, codici a correzione di
errore a complessità lineare, interleaving e ritrasmissioni) sono state implementate, secondo gli standard
dell’IETF, nella suite di streaming nell’arco temporale dell’intero progetto, e le performance ottenute valutate sia
in modo simulativo sia tramite trasmissioni reali in scenari interveicolari.
Il risultato fondamentale del contributo dell’Internet Media Group al progetto VICSUM è quindi una suite di
streaming con caratteristiche avanzate di protezione delle informazioni trasmesse, libera da brevetti e con
soluzioni innovative per la robustezza della trasmissione multimediale su reti wireless ad alta mobilità basate su
messaggi di feedback tra trasmettitore e ricevitore.
Parte dell'attività di studio svolta all'interno del progetto ha riguardato poi la caratterizzazione e analisi di
algoritmi di protezione adattativa dello streaming multimediale per il particolare scenario di trasmissioni wireless
interveicolari. I risultati sono stati oggetto di pubblicazione su atti di conferenze internazionali.
5. TRASFERIBILITÀ E RIUSO
Elencare quali sono gli aspetti che meglio si prestano ad essere trasferiti ad altri contesti
1.
Relativamente alla multimedialità, la suite sviluppata può essere utilizzata con successo da aziende operanti
nel settore della diffusione dei contenuti multimediali, intrattenimento a bordo veicolo, automotive e/o della
videosorveglienza per la creazione di servizi di streaming multimediale da bordo veicolo volti, ad esempio, ad
interpretare il comportamento del guidatore. Per testare in uno scenario mobile la validità delle tecniche
implementate si è provveduto a realizzare con successo il porting del server di streaming su piattaforme
wireless embedded basate su sistema operativo OpenWRT, rilasciato anch’esso con licenza open source,
mantenendo pertanto l’impronta di soluzione libera da brevetti data originariamente alla suite di streaming. Da
sottolineare anche l’impulso alla ricerca e innovazione che il software prodotto può generare, come
piattaforma di test per nuovi protocolli di trasmissione, per nuove tecniche di protezione delle informazioni e
per la creazione di nuovi servizi basati sulla multimedialità. A tal proposito si è sviluppata una libreria per la
ricezione dei flussi di streaming, Libnemesi, già inserita nel progetto Mplayer client di streaming basati sulla
libreria sviluppata, Libnemesi, e che verrà presto integrata nel player multimediale conosciuto come VLC.
Inoltre l’utilizzo di protocolli standard fa sì che la suite di streaming prodotta possa essere utilizzata anche
come importante strumento didattico all’interno dei corsi universitari di multimedia e networking.
2.
Per quanto riguarda l’infrastruttura di rete, le attività sono state focalizzate principalmente sui seguenti aspetti:
la progettazione HW dei nodi installati, l’ottimizzazione del sistema operativo utilizzato e la progettazione ed
implementazione dei protocolli alla base del sistema di comunicazione.
Se si escludono le estensioni specifiche introdotte per gestire la mobilità ed il mantenimento delle sessioni tra
veicoli e nodi fissi, le componenti di base sviluppate nel corso del progetto permettono di realizzare un rete
mesh basata su nodi con più interfacce radio e di garantire una copertura a vaste arie di territorio, anche in
presenza di un numero limitato di punti di interconnessione con l’esterno, come avvenuto nel caso dei test bed
della Sassi-Superga e di Villa Gualino.
Inoltre, i bassi consumi della piattaforma HW realizzata permettono di renderla completamente autonoma
anche dal punto di vista energetico utilizzando un pannello solare, come dimostrato nel corso del workshop
finale del progetto.
6. ESPERIENZE INTERNAZIONALI A CONFRONTO:
Tra le iniziative più conosciute, spicca Google Transit (http://www.google.com/transit), che offre supporto alla mobilità
attraverso i mezzi pubblici ma trascura la personalizzazione sulle esigenze dell’utente e l’informazione in tempo reale.
Manca inoltre l’ottica open source e l’approccio alla standardizzazione degli strumenti.
Caratteristiche comuni si riscontrano con il progetto i-Tour "intelligent Transport system for Optimized URban trips"
(http://www.itourproject.com/), finanziato sul VII Programma Quadro e realizzato da un partenariato composto da
FORMIT Servizi S.p.A. (FOR) IT, GraphiTech Foundation (GT) IT. University College of London (UCL) UK,
Technische Universiteit Eindhoven (TUE) DE, MAGMA S.r.l. (MAG) IT, FORMIT Foundation (FFO) IT, ELASIS
S.C.p.A. (ELA) IT, PTV Planung Transport Verkehr AG (PTV) DE e Cadzow Communications Consulting Ltd. (C3L)
UK. Il progetto si avvale della collaborazione dei partecipanti come utilizzatori finali, tra i quali la Provincia autonoma
di Trento, che forniranno dati sui flussi di traffico che saranno elaborati nel corso del lavoro come scenario reale.
Ha l’obiettivo di sviluppare un software che possa essere utilizzato direttamente da providers, autorità e cittadini per
ottenere servizi intelligenti di mobilità multimodale. I clienti i-Tour riceveranno infatti supporto e suggerimenti, in
maniera semplice, sia su computer che su altri terminali, per l’utilizzo di diversi mezzi di trasporto, come autobus,
macchina, ferrovia e tram. I suggerimenti tengono in considerazione sia le preferenze del cliente che le informazioni in
tempo reale sulle condizioni della strada, sul tempo e sulla rete pubblica di trasporto.
Le applicazioni i-Tours sono predisposte per promuovere l’utilizzo di mezzi di trasporto pubblici, promuovendo e
incoraggiando la scelta di comportamenti di viaggio rispettosi della natura.
Febbraio 2010
Informazioni
www.sistemapiemonte.it/osservatorioICT
E-mail: [email protected]
sistemapiemonte.it