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Intro al Corso - Sistemi Mobili M 1

Sistemi Mobili MSistemi Mobili M

Università di BolognaCdS Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica

II Ciclo - A.A. 2012/2013

Corso di Sistemi Mobili M (6 cfu)

Docente: Paolo [email protected]

http://lia.deis.unibo.it/Courses/sm1213-info/

http://lia.deis.unibo.it/Staff/PaoloBellavista/


Sistemi Mobili M in una SlideSistemi Mobili M in una Slide

Propedeuticità: nessunama i contenuti dei “vecchi” corsi di reti di calcolatori (Reti di Calcolatori T e anche, molto parz, Reti di Calcolatori M) e Tecnologie Web T possono essere sicuramente utili

Modalità d’esame: lunga ☺ prova orale (con discussione di piccolo progetto – opzionale; anche possibilità di Attività Progettuale da 3 cfu)

Oggetto del corso (in estrema sintesi): conoscenza dei modelli e delle soluzioni alla base della realizzazione di sistemi mobili allo stato dell’arte, dei servizi erogati su essi, e dei sistemi di supporto (middleware) necessari allo sviluppo e alla gestione runtime di tali servizi mobili. Conoscenze metodologiche, modellistiche e implementative per progettazione, realizzazione, deployment e valutazione runtime di servizi mobili


Sistemi Mobili M:Sistemi Mobili M:AbilitAbilitàà Conseguite (1)Conseguite (1)

Competenze in uscita:Complementi di comunicazioni e sistemi wireless

cenni su modelli di propagazione e fadingpanoramica su principali caratteristiche IEEE 802.11

(infrastrutturato, ad hoc – WiFiDirect - e mesh)panoramica su principali caratteristiche reti cellularipanoramica su principali caratteristiche IEEE 802.15reti mobile ad hoc (MANET) e principali protocolli di routinggestione mobilità e Mobile IPtecniche di posizionamento e mobilità

Concetto di mobile middleware esempi di piattaforma (J2ME, Android, iOS,...)tecnologie di supporto (SIP, IMS, Web Services, discovery, …)argomenti avanzati come context awareness, service

composition, overlay networking



Concetto di mobile middleware …principi e pattern (principi Internet, Web, SOA e mobile,

pattern per mobile computing) mobile messagingpublish/subscribedata synchronization

Filoni applicativi, domini specifici e scenariaccesso mobile al Web, multi-modalità e multi-canalitàservizi location-aware e context-awarecontext management e smart spacealta mobilità e reti veicolari, DTN, opportunistic networkingdisseminazione dati e metadati, coordinamento tramite

comportamenti emergenticenni di mobile social networking e privacy



Il corso includerà inoltre:

alcune esercitazioni guidate di laboratorio su alcune tematiche e tecnologie affrontate a lezione (handoff orizzontale e verticale, J2ME, Android, gestione smart space, servizi location-dependent e geolocalizzazione, context-awareness, …). Le esercitazioni saranno a svolgimento autonomo da parte degli studenti, sotto supervisione del docente; prevederanno l’utilizzo di ambienti di simulazione avanzati (Qualnet) e di dispositivi Android; le soluzioni e i progetti realizzati saranno resi disponibili sul sito Web del corso

discussione di casi di studio concreti, specialm. nei domini applicativi dei servizi Web mobili e dei servizi location/context-aware e per smart space

possibilità di seminari addizionali di presentazione di significativi casi aziendali


Sistemi Distribuiti M:Sistemi Distribuiti M:ModalitModalitàà e Date de Date d’’EsameEsame

La prova d’esame consisterà:

in una LUNGA prova orale, che verterà ovviamente ☺sull’intero programma del corso

nella discussione di un progetto opzionale (guidato e proposto dal docente) di realizzazione di applicazioni e/o supporti che sfruttino alcune tecnologie affrontate all’interno del corso

Il progetto, ovviamente in tal caso di complessità maggiore ☺, potrà essereassociato ad una Attività Progettuale da 3 cfu

Date d’esame (si prevedono 8 appelli annuali; date successive e iscrizione

obbligatoria tramite http://almaesami.unibo.it):

Primo appello – martedì 18 giugno 2013, ore 9:30, ufficio docente

Secondo appello - martedì 2 luglio 2013, ore 9:30, aula 4.1 (tbc)

Terzo appello – martedì 23 luglio 2013, ore 9:30, aula 5.1 (tbc)


Materiale DidatticoMateriale Didattico

CopiaCopia delle diapositive mostrate a lezione ed esercitazioni guidate di laboratorio (scaricabili mano a mano dalle pagine Web del corso; le slide saranno caricate di settimana in settimana)

Testi suggeriti:Testi suggeriti:S. Tarkoma, Mobile Middleware, Wiley, 2009Ke-Lin Du, M.N.S. Swamy, Wireless Communication Systems, Cambridge University Press, 2010R. Meier, Professional Android 2 Application Development, Wrox, 2010M. Gargenta, Learning Android, O’Reilly, 2011

Altre utili sorgenti onAltre utili sorgenti on--line di informazioniline di informazioni:J2ME tutorial, http://developers.sun.com/mobility/midp/articles/wtoolkit/Corso di Mobile & Pervasive Computing, Univ. Carnegie-Mellon, 2010Corso di Mobile Computing, Univ. Ohio, 2009Corso di Pervasive Computing, MIT, 2008Corso di Mobile Computing, Virginia Tech, 2010Corso di Mobile Computing and Sensor Networks, NJIT, 2008


Accesso ai Accesso ai LabLab e e Ricevimento StudentiRicevimento Studenti

Laboratorio assegnato per le esercitazioni autonome:Lab2(utilizzabile ogni volta che il lab non è occupato da lezioni)Strumenti: soliti IDE, specialmente Eclipse, per sviluppo su Android e J2ME, iOS SDK, Qualnet (simulatore per protocolli a tutti i livelli dello stack protocollare) e veri dispositivi Android (solo in qualche unità☺…)

Strumenti di sviluppo e deployment ulteriori (cosiccome utili sorgenti addizionali di materiale) saranno descritti e citati quando si affronteranno gli argomenti specifici

Orari di ricevimento del docente:(lunedì ore 16:00-18:00 solo dopo il II ciclo di lezioni)e venerdì ore 17:00-19:00c/o “nuovi” studi DISI – edificio aule nuove (di fianco aula 5.7)E-mail: [email protected]


Interazione DocenteInterazione Docente--StudentiStudenti

Oltre alle lezioni e all’orario di ricevimento:

Il punto di riferimento essenziale è il sito Web del corso:

http://lia.deis.unibo.it/Courses/sm1213-info

(eventualmente anche) Lista di distribuzione del corso: è un servizio del portale di ateneo che consente di inviare, via e-mail, comunicazioni, messaggi e materiali di approfondimento agli studenti

Accesso mediante lo stesso account della “mia e-mail” alla pagina:http://www.unibo.it/Portale/Servizi+online/Liste+distribuzione/default.htm

nome della lista: sm1213-info


Orario delle LezioniOrario delle Lezioni

Normalmente:

mercoledì ore 14-16, aula 7.8

venerdì ore 14-17, aula 5.4 (sovrapposizione con Metodologie Prog HW/SW???)

Qualche lezione sarà forse svolta direttamente in Lab2, previo avviso a lezione in abbondante anticipo

Eventuali variazioni verranno comunicate prontamente tramite sito Web del corso e mailing list di distribuzione


Perché un Corso di Sistemi Mobili:Marketing Presentation ☺

Trend di mercato degli ultimi anni mostra grande crescita degli smartphone

Disponibilità di applicazioni molto attrattiveBrowser

Multimedia player, augmented reality

Social networking

Hardware con crescenti performance,

ad es. displayConnettività (Rete 3.5G, Wi-Fi, Bluetooth)

GPS, bussola, giroscopi, sensori, …

Sistemi di storage SSD

Tendenza a diventare un mercato di massa

Nel 2015 (dati Juniper Research)prezzo degli smartphone scenderà a 80$

185 milioni di unità vendute


Smartphone – Mercato Globale

Nel corso del 2011 scenario di mercato a livello globale delineato in maniera abbastanza netta:

Rispetto all’anno precedente, vendite aumentate del 42% (l’anno precedente dell’89%!)

Dispositivi con sistema operativo Android sono stati i più venduti nell’ultimo quarto del 2011 (già crescita del 615% tra 2010 e 2009)

115 milioni di unità vendute in 3Q11

Dati: Canalys

Sistema operativo 3Q11Unità

3Q11 Quota di mercato (%)

3Q10 Unità 3Q10 Quota di mercato (%)

Android 60.490.400 52,5 20.544.000 25,3

Symbian 19.500.100 16,9 29.480.100 36,3

iOS 17.295.300 15,0 13.484.400 16,6

RIM 12.701.100 11,0 12.508.300 15,4

Bada 2.478.500 2,2 920.600 1,1

Microsoft 1.701.900 1,5 2.203.900 2,7

Others 1.018.100 0,9 1.991.300 2,5

Totale 115.185.400 100 81.132.600 100

Gartner, Nov. 2011


Mercato dei tablet conferma lo stesso andamento di rapida crescita di terminali Android

OS Quota di mercato - Q3 2010

Quota di mercato - Q4 2010

Totale 2010

Apple iOS 95.5% 75.3% 84.1%

Android 2.3% 21.6% 13.1%

OS Vendite Q3 2010 (milioni)

Vendite Q4 2010 (milioni)

Totale 2010

Apple iOS 4.2 7.3 14.8

Android 0.1 2.1 2.3

Altro 0.1 0.3 0.5

Totale 4.4 9.7 17.6

Dati: Canalys

Tablet – Mercato Globale


Smartphone – Mercato EU5

Mercato EU5 (UK, DE, FR, ES, IT) degli smartphone è cresciuto del 41%

60.850.000 sottoscrittori a luglio’10 contro 43.053.000 a luglio’09

Diffusione sistemi operativi, tendenza italiana simile a quella europea (dati luglio‘10)

Maggiore penetrazione smartphone Symbian

Quote di mercato ancora relativamente basse per iPhone e Android

Symbian Apple Microsoft RIM Google

luglio ’10 33.080 11.667 7.081 4.886 3.708 Sottoscrizioni (K)

54.4% 19.2% 11.6% 8.0% 6.1% Percentuale

luglio’09 29.601 4.308 5.972 2.746 208 Sottoscrizioni (K)

68.8% 10.2% 13.9% 6.4% 0.5% Percentuale

Variazione -14.4% 9.0% -2.3% 1.6% 5.6% Percentuale

UK Francia Germania Italia Spagna

Symbian 37.3% 35.4% 51.6% 72.5% 69.3%

Apple 29.6% 31.6% 21.2% 9.8% 8.6%

Microsoft 7.1% 13.8% 16.0% 11.4% 11.9%

RIM 16.0% 7.4% 5.5% 4.7% 4.7%

Google 9.9% 11.8% 5.7% 1.5% 1.5%Dati: ComScore


Smartphone – Accessi Web

Quota di mercato maggiore di Nokia ma maggioranza di accessi Web avviene da iPhone

Dati: StatCounter


Smartphone – Accessi Web USA

Accesso Web negli USA è un dato interessante perché dà una prospettiva sul mercato europeo e italiano nel breve termine

Si nota come negli USA l’utilizzo di terminali con Android OS sia già molto ampio

Dati: StatCounter


PerchPerchéé un Corso di Sistemi Mobili:un Corso di Sistemi Mobili:un pochino piun pochino piùù tecnicitecnici……

Definizione di mobile computing, contextawareness e middleware Perché mobile computing non è per nulla commodityma grandissima opportunità aperta di ricerca e businessMobile computing genera differenti requisiti in progettazione/implementazione middleware e applicazioni sw

Esempi di middleware e servizi mobili ad alta innovativitàIdea provocatoria: “future pervasive systemsas social sharing spaces”?


Mobile Mobile ComputingComputing (1)(1)

Mobile computing richiede approccio a livelli multipli e con competenze multiple:Dispositivi embedded (problematiche miniaturizzazione, consumo ridotto di energia, …)

Comunicazioni wireless (IEEE 802.11a/b/g/s, Bluetooth, WiMAX, comunicazioni veicolari, …)

Piattaforme di supporto software (Android, iOS, SymbianOS, MS?, …)

Gestione energia a livello piattaforma software

Gestione interfacce wireless multiple e handover a livello piattaforma software

Gestione contesto…


Mobile Mobile ComputingComputing (2)(2)

…Gestione cross-layer requisiti applicativi e allocazione risorseSupporto a servizi infrastructure-basedSupporto a servizi peer-to-peerSupporto a servizi mobili opportunistici e delay-tolerantSupporto a servizi mobili social-awareE design, implementazione, deployment e management runtime di tutte queste categorie di servizi!


Contesto Contesto

Gartner, November 2009, “Context-aware Computing will bea $12 Billion Market by 2012”Contesto (time, location, interessi personali, caratteristiche device/risorse/servizi, gruppi, affinità sociali, storia sessioni precedenti, previsioni su sessioni future, …)Usato per personalizzare fruizione del servizio(adattamento) e disciplinare accesso a risorse/servizi (visibilità personalizzata)

personal interests

time and location

devicecharacteristics

service administrative domains

network domains

personalizedservice view

user context


NON NON èè una COMMODITY!una COMMODITY!

Mobile computing richiede approccio a livelli multipli e con competenze multiple:Dispositivi embedded (problematiche miniaturizzazione, consumo ridotto di energia, …)

Comunicazioni wireless (IEEE 802.11a/b/g/s, Bluetooth, WiMAX, comunicazioni veicolari, …)

Piattaforme di supporto software (Android, iOS, SymbianOS, MS?, …)

Gestione energia a livello piattaforma software

Gestione interfacce wireless multiple e handover a livello piattaforma software

Gestione contesto… MIDDLEWARE


…Gestione cross-layer requisiti applicativi e allocazione risorseSupporto a servizi infrastructure-basedSupporto a servizi peer-to-peerSupporto a servizi mobili opportunisticiSupporto a servizi mobili social-awareE design, implementazione, deployment e management runtime di tutte queste categorie di servizi!

MIDDLEWARE + APP

NON NON èè una COMMODITY!una COMMODITY!


Middleware e Middleware e

Applicazioni MobiliApplicazioni MobiliSolo per citare alcuni esempi possibili:

Distribuzione di streaming multimediale dinamicamente adattato verso terminali mobili differenziatiAlways Best Connected e Always Best ServedSensori, smart environment e conseguente adattamento dinamico per servizi context-awareMonitoraggio urbano collaborativo (traffico, inquinamento, uso di veicoli/utenti intrinsecamente mobili, …) – vedi MobEyesReplicazione e applicazioni delay-tolerantResource sharing per prossimità – vedi RAMPResource sharing e comportamenti sociali…

Ora qualche esempio concreto per partire light ☺ e per stimolare la vostra fantasia creativa (non esistono solo app e

AppStore)…


MobEyes

http://netlab.cs.ucla.edu/cgi-bin/usemod10/wiki.cgi?MobEyes

SharingSharing di Info Monitoraggio in Reti Veicolari:di Info Monitoraggio in Reti Veicolari:

MobEyes (1)MobEyes (1)

Automobili operano sensing opportunistico

nell’ambiente urbano e mantengono dati

localmente

Disseminazione collaborativa di metadati

basata su decisioni locali

Possibilità di comportamenti emergenti per soddisfare

requisiti application-specific(ad es. completezza query,

tempo risposta, overhead, …)

Intro al Corso - Sistemi Mobili M 2525/24

Monitoraggio urbano tramite reti veicolari di sensori opportunistiche e autonomeIncontri opportunistici di auto “normali” equipaggiate con sensori e comunicaz. wireless

Mobilità sensori “not-directed”

MobEyes (2): MobEyes (2): Idea BaseIdea Base

Differenze rispetto a WSN:Vincoli meno stringenti su memoria,

storage e consumo potenzaLarga scala di deployment

Scenario applicativo:Post-crime investigation (ad

es. dopo attacco terroristico)

Auto con sensori A/VMetadata summaries


Come indurre comportamento emergente desiderato con operazioni di gestione minime e lightweight?

Nuovi protocolli per summary diffusion

MobEyes (3): MobEyes (3): Idea BaseIdea Base

Single-hop/k-hop passive diffusionSingle-hop active diffusion

Nuovi protocolli per summary harvesting

Adozione filtri BloomTuning adattativo di protocolli in

dipendenza da stime su proprietàlocali, ad es. densità

Lavoro estensivo di simulazionein scenari di deployment realistici


Non solo tuning adattativo di protocolli per summarydiffusion e harvesting

Obiettivo di best tradeoff fra overhead limitato e requisiti app-specific (latenza, completezza, …) in ambienti wide-scale

Come coordinare agenti multipli per metadata harvesting?Necessità di minimo coordinamento esplicito e minimo overhead

Protocolli Bio-inspiredDensità di metadati (prop. densità veicoli) e datataxis (ispirato a chemotaxisdi E.coli)Differentiated foraging (Levy jump, biased jump, constrained walk, …)Risoluzione conflitti (via stigmergy, …)

MobEyes (4): MobEyes (4): Protocolli, Protocolli, Tradeoff ed Estensioni Tradeoff ed Estensioni BioBio--inspiredinspired

Intro al Corso - Sistemi Mobili M

Importanza di altra forma di mobilità, legata forse in futuro prossimo a connettività continua: mobilità dei veicoli elettrici

Impatto su gestione efficiente smart grid elettrica

MobilitMobilitàà Veicolare e Veicolare e Comportamenti EmergentiComportamenti Emergenti

Comportamenti e trend emergentiper

Mobilità veicolare

Pattern abituali dicaricamento

Pattern diproduzione in impiantimicrogenerazione


SharingSharing Sociale di Risorse di ConnettivitSociale di Risorse di Connettivitàà::

MMHC (1)MMHC (1)Multi-hop Multi-path Heterogeneous Connectivity (MMHC)

http://lia.deis.unibo.it/Research/MMHC/


Sfruttare interfacce wireless multiple in contemporanea in diversi path multi-hop eterogenei, gestiti a livello applicativo

Incentivi alla collaborazione e alla condivisione di risorse

Basato su indicatori di contesto innovativi e lightweight, ad es. relativi a previsioni di joint mobility, previsioni di throughput, consumo batteria, appartenenza a gruppi sociali, …

Informazioni aggiuntive su MMHC/RAMP:http://lia.deis.unibo.it/Research/MMHC/

http://lia.deis.unibo.it/Research/RAMP/P. Bellavista, P. Gallo, C. Giannelli, G. Toniolo, A. Zoccola: “Discovering and AccessingPeer-to-peer Services in UPnP-based Federated Domotic Islands”, IEEE Transactionson Consumer Electronics, Vol. 58, No. 3, pp. 810-818, Aug. 2012

P. Bellavista, A. Corradi, C. Giannelli: “Middleware for Differentiated Quality in Spontaneous Networks”, IEEE Pervasive Computing, Vol. 11, No. 3, pp. 64-75, March 2012.

MMHC (2)MMHC (2)


RAMP Middleware perRAMP Middleware perRetiReti SpontaneeSpontanee

RAMP supporta creazione e gestionedi reti spontanee

connettività multi-hop end-to-endutenti invocano e offrono servizi(peer-to-peer)API di supporto allo sviluppo dinuovi servizi in modo semplificato

C

FB

DA

E

G

UMTS Base Station

IEEE 802.11Access Point

interface providing ad hoc connectivity

IEEE 802.11IBSS

BluetoothPiconet

Bluetooth Piconet

IEEE 802.11IBSS

single-hop link

Real Ad-hoc Multi-hop Peer-to-peer (RAMP)

Interconnessione impromptu di nodi fissi e mobiliNon solo per ottenere connettività Internet (Always Best Connected -ABC), ma anche per supportare volontà utente di condividerecontenuti, risorse e servizipacket dispatching a livello applicativo su piattaforme eterogeneeGestione spazi di indirizzamento IP non coordinati

31


GestioneGestione Routing Routing ApplicationApplication--Driven Driven

Sviluppatori di applicazioni specificano strategie di consegna con granularità per-packet

Non Reliable Bulk Transfer (NRBT): high performance, low overhead, low reliability. Basata su packet splitting (pacchetti “grandi”, ad es. per file sharing)Reliable Packet Streaming (RPS): alleviare disconnessioni, uso(limitato) di risorse addizionali sui nodi partecipanti (molti piccoli pacchetti, ad es. per multimedia streaming)Highly Reliable Message Delivery (HRMD): massima availability per servizi delay-tolerant ma consumo di memoria (consegna di messafggicritici)

A B

34

12

A B

1342

A B

34

12

A B

234

1

A B

34

12

A B

34

12

t2

t1

t0

Without NRBTWith NRBT

A X L B

A X L B

routing storing

N

t1

t0A X L B

A X L B

routing rerouting

t1

t0

NRBT RPS HRMD

32


ApplicationApplication--layer layer Multimedia ReMultimedia Re--castingcasting

1) Nodi fanno splitting cooperativo end-to-end dei camminimultimediali in segmenti differenti

minore traffico su nodi intermedi

main stream

split stream

D: Multimedia DispenserS: Smart SplitterH: Dynamic Harvester

D H2

H4H1 H3

a)

4 3 2 1

D S H2

H4H1 H3

b)

2 1 2 1

D H2

H1

2 1 1 1

D S H2

H1

2 1 1 1

2) Nodi fanno monitoring cooperativo dellaqualità degli stream(packet loss, jitter, …) e adattano flussidinamicamente (priority-based video frame dropping)

gestione fine-grained e per-segment per ridurrethroughput necessariovicino ai colli di bottigliaidentificati dinamicamente

33


Visione Visione ““TradizionaleTradizionale””sui Sistemi Pervasivisui Sistemi Pervasivi

Esempio classico di “smart home”, più o meno tradizionale

Soluzioni efficaci ma ad-hoc

Usualmente, interoperabilità a livello di servizio

Costi di sviluppo, scarsa riusabilità, integrazione costosa e complessa con soluzioni legacy


Troverete scritto da mille parti ☺: Entro 2015, un migliaio di dispositivi per persona; maggior parte in grado di comunicare con ambientecircostanteUtenti beneficeranno di smart app innovativeInformazioni correlate a locazione/spazio/ambientesaranno a disposizione anywhere, come infrastruttura elettrica oggiConnessione fra mondo fisico reale e “mondodell’informazione” arricchirà user experienceRivoluzione “Internet-like” per lo spazio fisicoTutte le info che utenti desiderano e necessitano sulproprio ambiente saranno facilmente disponibiliModo comune e aperto di accedere all’informazionedi smart environment da smart deviceApplicazioni semplici e derivanti da mash-up locale,basate su dispositivi e dati di smart env aperti

Verso interoperabilità information-level

Visione Visione ““Quasi TradizionaleQuasi Tradizionale””: : Sistemi Pervasivi su Scala UrbanaSistemi Pervasivi su Scala Urbana


SmartphoneSmartphone--based based PeoplePeople--centric Sensingcentric Sensing

In collaborazione con gruppo di ricerca diAndrew T. Campbell a Dartmouth, USA

Smartphone come infrastruttura dirouting per wireless sensor network

WHOO

Smartphone come sensori

BeWell

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Smartphone come Smartphone come SensoriSensori: : BeWellBeWell

Mobile health: aiutare utenti a monitorare e migliorare “stile di vita”

BeWell: applicazione smartphone-based chesfrutta sensori locali per monitorare stato disalute e dare feedback agli utenti in modoveloce e facilmente comprensibile

Considera:Attività fisicaAttività socialeDurata/qualità sonno

Restituisce feedback via:Animated wallpaperWidget con punteggio personale e digruppo

37


SistemiSistemi PervasiviPervasivi + Smart City+ Smart City+ Social Sharing+ Social Sharing

Social sharing di informazione derivante da sensing

Social sharing di risorse disponibili sotto-utilizzate

Non solo sistemi pervasivi su larga scala

(smart city), ma anche forte spinta verso

condivisioneCOLLABO-

RATIVA

personal space

urban space

social space

Courtesy:MetroSense, A. Campbell


Social Smart Social Smart AppApp: : Ulteriore Spinta verso Ulteriore Spinta verso ResourceResource SharingSharing??

Il successo di social smart app piòcintribuire a soingere comunitàrilevanti di utenti verso migliore sfruttamento risorse disponibili (è questo “green”computing?) tramite sharing dinamico ed efficace di info+servizi da sistemi pervasivi

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