UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI (CLASSE DELLE LAUREE SPECIALISTICHE IN INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI CLASSE N 30/S) DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA ELABORATO DI LAUREA Progettazione ed implementazione di un sistema per il Ramp Management basato su architettura multiagente RELATORE CANDIDATO CH. MO PROF. ANGELO DAVIDE FRAGLIASSO DOMENICO COTRONEO MATR. 887/ CORRELATORE ING. LUIGI BATTAGLIA ING. GABRIELLA CARROZZA ANNO ACCADEMICO 2007/2008

2 Ringrazio la mia famiglia In particolare mia Mamma, mio Padre e mia Sorella sempre vicini in qualsiasi momento, vi adoro. Ringrazio Nina, sei importantissima, e tutti i miei Amici per tutti i bellissimi momenti trascorsi insieme. Ringrazio il Prof. Cotroneo, Gabriella e Luigi che mi hanno seguito in questo lavoro. Infine, ma non meno importante, ringrazio me stesso per tutto l impegno. L importante è andare fino in fondo e non voltarsi troppo indietro

3 Indice Indice..1 Indice delle figure...3 Introduzione 6 Capitolo 1: Ramp management Scenario di riferimento Gestione aeroportuale Entità aeroportuali Sistema informativo di scalo Servizi di handling Servizi di rampa Funzionalità Schematizzazione funzionalità del sistema Requisiti non funzionali Architettura del sistema...35 Capitolo 2: Sistemi multi-agente e JADE Motivi della scelta Gli agenti software Architetture sistemi multi-agente Comunicazione e coordinamento Lo standard FIPA Agent management Linguaggio FIPA-ACL La piattaforma JADE Architettura JADE Message Transport Service IMTP.56

4 2.6.4 Special agents Fault tolerant platform Security in JADE Add-on per dispositivi mobili..70 Capitolo 3: Implementazione del prototipo Procedura di handling prova motori Prototipo in modalità stand-alone Scheduling ed esecuzione di behaviour Agent communication Classi utilizzate Prototipo in ambiente wireless Classi utilizzate Procedura di handling de-icing / de-snowing Conclusioni e sviluppi futuri 106 Bibliografia...108

5 Indice delle figure Figura 1: schema aree aeroportuali..9 Figura 2: esempio di posizionamento handling 17 Figura 3: servizio di follow me.19 Figura 4: servizio di push back..21 Figura 5: operazioni di rifornimento..22 Figura 6: de-icing...23 Figura 7: esempio di architetture di agenti reattivi...41 Figura 8: architettura PRS.42 Figura 9: architettura a strati..43 Figura 10: contract net...45 Figura 11: modello di riferimento FIPA...47 Figura 12: formato dei messaggi...48 Figura 13: parametri di un messaggio FIPA compliant..49 Figura 14: FIPA communicative act...50 Figura 15: architettura con un insieme di piattaforme...54 Figura 16: message transport protocols..56 Figura 17: interfaccia Dummy Agent...58 Figura 18: interfaccia Introspector Agent...59 Figura 19: interfaccia Sniffer Agent...60 Figura 20: diagramma delle classi degli agenti in JADE...62 Figura 21: main-container replication 64 Figura 22: parametri di configurazione accesso DB..65 Figura 23: JADE-LEAP run time environment.73 Figura 24: LEAP IMTP.75

6 Figura 25: split execution mode 76 Figura 26: modalità di esecuzione JADE-LEAP...77 Figura 27: il mediatore...78 Figura 28: procedura di start up di uno split container...80 Figura 29: procedura di riconnessione...81 Figura 30: accompagnamento in prova motori con traino 83 Figura 31: schema accompagnamento in prova motori senza traino.84 Figura 32: interfaccia dell'rma con due main-container..86 Figura 33: finestra di dialogo JADE-S...87 Figura 34: path di esecuzione del thread di un agente 89 Figura 35: jade asynchronous message passing..90 Figura 36: interfaccia duty manager...93 Figura 37: finestra relativa alla procedura attivata.93 Figura 38: interfaccia di un handling agent 95 Figura 39: PDA Hp IPAQ...99 Diagrammi e schemi Schema 1.1: duty manager...25 Schema 1.1.1: duty manager Schema 1.2: follow me.29 Schema 1.3: tecnici dell aeroporto...30 Schema 1.4: push back.31 Schema 1.5: De-icer.32 Schema 1.6: ulteriori funzionalità 33 Schema 1.7: architettura sistema..35

7 Diagramma 3.1: sequence diagram comunicazione topic-based 97 Diagramma 3.2: class diagram prototipo stand-alone.98 Diagramma 3.3: sequence diagram comunicazione non topic-based 104 Diagramma 3.4: class diagram prototipo in ambiente wireless.105

8 Introduzione Questo lavoro di tesi riguarda la progettazione e l implementazione di un sistema di supporto per la fornitura di servizi in ambito aeroportuale. La maggior parte del lavoro è stato svolto presso lo stabilimento di SELEX s.p.a., sito in Giugliano (NA), una restante parte è stata svolta al D.I.S. (Dipartimento di Informatica e Sistemistica) dell Università di Napoli Federico II. Dopo una fase iniziale di studio di documenti relativi allo scenario di riferimento e delle tecnologie presenti si è passati alla progettazione e all implementazione di un prototipo. Dato che l obiettivo era creare un sistema di supporto al ramp management, cioè alla gestione dei mezzi di rampa, sono state analizzati in dettaglio i mezzi e le procedure di handling. Quest analisi ha portato ad un insieme di requisiti e di diagrammi UML che hanno aiutato la scelta della tecnologia e lo sviluppo dell applicazione. I requisiti più importanti sono la necessità di attuare procedure in modo automatico e il supporto che il sistema deve offrire in ambiente mobile. In base a questi requisiti è stata fatta una ricerca delle tecnologie presenti e come soluzione si è pensato ai sistemi multiagente. Questi rispettano i requisiti di progetto e si adattano bene allo scenario di riferimento, sono una tecnologia che permette l interazione e la cooperazione tra i vari attori del sistema, in modo da poter creare un autonomous system. In particolare per implementare il nostro sistema multiagente si è scelto, come framework, JADE ( Java Agent Development Framework ). Questo è stato sviluppato da TILab s.p.a ( Telecom Italia Lab ) in collaborazione con l Università di Parma, ed è scaricabile gratuitamente dal suo sito internet. Esso gode di buone caratteristiche: è open source, è scritto completamente in java, fornisce un ottimo supporto in fase run time, e dispone di una serie di agenti, già implementati, che permettono di monitorare lo stato della piattaforma e degli agenti ad essa connessi. E stato poi sviluppato un prototipo, che permette di attivare varie procedure di handling in modo automatico. Tra le procedure studiate sono state considerate quella di accompagnamento in posizione prova motori e quella di de-icing / de-snowing.

9 Queste due erano spiegate abbastanza dettagliatamente, la prima inoltre implicava l utilizzo di più mezzi di rampa e quindi di più agenti. Sono state sviluppate delle interfacce che permettono di avviare le procedure, di visualizzare i messaggi inviati da altri agenti e lo stato degli agenti connessi al sistema. Andrebbero comunque implementate altre procedure ed andrebbero effettuate delle simulazioni che permettono la valutazione delle prestazioni del prototipo in uno scenario più complesso e con un maggior numero di nodi.

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11 Capitolo 1 - Ramp management Capitolo 1 Ramp Management Questo elaborato di tesi ha come obiettivo lo sviluppo di un sistema di supporto alle decisioni per il ramp management. In questo capitolo verrà illustrato dapprima lo scenario di riferimento, l aeroporto, e poi la funzione del ramp management. 1.1 Scenario di riferimento Per aeroporto si intende: ogni località destinata anche in via temporanea all approdo ed allo stazionamento degli aeromobili. E utile fare una classificazione delle aree di un aeroporto che possono essere suddivise in base alle operazioni che avvengono in esse: 1. Area di atterraggio 2. Area di movimento 3. Area di manovra L area di atterraggio è l area destinata alle manovre di atterraggio e decollo. Si potrebbe tendere ad associare l Area di atterraggio alla pista di decollo, in realtà ciò è restrittivo perché possono esistere anche altre aree di decollo destinate ad esempio agli elicotteri o agli aeromobili VTOL ( Vertical Take-off and Landing ). L area di manovra è definita come quella parte dell aeroporto usata per il decollo, atterraggio e per il rullaggio degli aeromobili escludendo i piazzali. Per via di rullaggio, su di un aerodromo terrestre, si intende un percorso adibito al rullaggio degli aeromobili, che intende garantire un collegamento tra due parti dell aerodromo stesso. Pertanto fanno parte dell area di manovra le piste e le aree di atterraggio nonché tutte le vie di circolazione che conducono a tali zone. Non fanno parte di tale area la zona di manutenzione, gli hangars, e i piazzali di parcheggio. 8

12 Capitolo 1 - Ramp management L area di movimento per definizione è quella parte di un aerodromo che dev essere utilizzata per il decollo, l atterraggio ed il rullaggio degli aeromobili comprendente l area di manovra ed i piazzali, ossia qualsiasi area pavimentata o non, sulla quale un aeromobile può transitare. Tale area comprende quindi oltre alle aree di atterraggio e alle taxiways ( vie di rullaggio), anche i piazzali di parcheggio, le piazzole prova motore e i piazzali della zona di manutenzione. I piazzali ( aprons ) sono previsti ovunque sia necessario permettere l imbarco e lo sbarco dei passeggeri, il carico e lo scarico di merci e di posta, le operazioni di servizio degli aeromobili associate con il rifornimento, le pulizie, il carico di vettovaglie, lo scarico di rifiuti, i controlli e la piccola manutenzione, senza interferire con il traffico dell aerodromo. Un esempio di suddivisone dell area aeroportuale è quello in figura: Figura 1: Schema aree aeroportuali 9

13 Capitolo 1 - Ramp management Nella figura in blu viene evidenziata l area di manovra, in verde l area dell apron ed in rosso l area destinata alla circolazione dei veicoli interna all aeroporto. L area di movimento comprende tutte e tre le aree mentre l area di atterraggio comprende l area blu escluse le vie di rullaggio. 1.2 Gestione aeroportuale Le infrastrutture degli aeroporti statali per il traffico commerciale sono per la massima parte di proprietà demaniale. La loro gestione però molte volte è affidata a società esterne, soggetti pubblici o privati o a partecipazione mista a cui è affidata la gestione dell opera e di qualunque sua parte. La procedura di affidamento consente allo stato di mantenere la proprietà delle strutture ed al gestore di occuparsi della manutenzione, della costruzione di nuove strutture e della gestione economica dell opera per un determinato periodo di tempo. La gestione aeroportuale può essere sostanzialmente di tre tipi: 1. Gestione totale 2. Gestione parziale 3. Gestione diretta Gestione totale: l intero aeroporto, incluse le infrastrutture di volo, è affidato ad un unico concessionario. Di questa tipologia sono gli aeroporti di Malpensa, Linate, Fiumicino, Ciampino, quelli di Genova e di Torino. In questo caso le attività affidate alle società di gestione riguardano: Manutenzione ordinaria e straordinaria delle infrastrutture. Predisposizione di servizi ( fornitura di energia, di illuminazione, di acqua, riscaldamento, il condizionamento, la depurazione, lo smaltimento rifiuti, la pulizia ed il sistema informativo ). Nel caso di gestione parziale le infrastrutture di volo rimangono dello stato ( ENAC [1]), mentre l affidamento in concessione riguarda le aerostazioni e le relative pertinenze. Nella gestione diretta invece è l ENAC che provvede direttamente alla realizzazione e alla manutenzione dei beni aeroportuali, mentre l assistenza a terra è di norma effettuata in 10

14 Capitolo 1 - Ramp management auto-produzione dalle stesse compagnie aeree. 1.3 Entità aeroportuali All interno di un aeroporto sono presenti vari enti che hanno una funzione di supervisione e di coordinamento. Gestore aeroportuale Operatore aeroportuale Il gestore aeroportuale, già in precedenza citato, è il soggetto cui spetta il compito di amministrare e gestire le infrastrutture di scalo, e di controllare le attività dei vari operatori presenti all interno dell aeroporto. Ad esempio nel caso del sistema aeroportuale milanese tale ruolo è svolto da SEA [2], secondo una convenzione stipulata con ENAC. Per operatore aeroportuale si intende: gli handlers cioè i servizi di assistenza aeroportuale ( biglietteria, rifornimento aeromobili, guida al parcheggio etc ), gli enti o società che prestano servizi di assistenza a terra all interno dell aeroporto e gli operatori commerciali coinvolti nell attività operativa di scalo. Gli operatori che prestano assistenza devono essere in possesso dell attestazione di idoneità rilasciata da ENAC. Tutti gli operatori presenti nello scalo devono prevedere una struttura di coordinamento operativo, che garantisca la gestione e il controllo delle operazioni di propria competenza. Tale struttura deve operare in modo integrato con le attività di supervisione e coordinamento dello scalo, svolte dal gestore aeroportuale attraverso la sua funzione di Coordinamento Scali. In particolare per ogni problematica che abbia conseguenze sulla normale operatività dello scalo, gli operatori, devono fare riferimento al Duty Manager. Questa entità scambia informazioni con gli operatori aeroportuali e con gli enti di stato interessati per definire congiuntamente la risoluzione di criticità operative o emergenze che possono limitare la capacità operativa dello scalo. La funzione di supervisione e di coordinamento sul complesso aeroportuale dev essere continuativa per tutte le 24 ore. 11

15 Capitolo 1 - Ramp management Il coordinamento scali deve ricevere dagli operatori aeroportuali e dagli enti di stato le informazioni relative all operatività dei voli e alla capacità operativa disponibile per l erogazione dei servizi aeronautici diretti ed indiretti. Le informazioni raccolte vengono utilizzate dal Duty Manager per valutare se necessario un intervento specifico o per valutare l operatività dello scalo, infatti il Duty Manager utilizza strumenti di analisi statistica per analizzare i principali parametri utilizzati per misurare il livello di servizio dello scalo. Esso provvede a trasferire queste informazioni opportunamente elaborate agli enti responsabili ed alle diverse linee di attività. Il coordinamento scali effettua il monitoraggio ed il controllo dell andamento delle diverse linee operative di competenza al fine di garantire il massimo rispetto dei criteri gestionali definiti per le risorse di scalo. Allo scopo di risolvere situazioni di criticità operativa, il coordinamento scali si avvarrà del diritto di richiedere particolari prestazioni di assistenza da parte degli operatori presenti sullo scalo, anche per voli non di diretta competenza. L operatore compatibilmente con le risorse al momento disponibili, dovrà in tal caso garantire l assistenza ai soggetti che pur non essendo suoi clienti, la richiedano. In particolare dovrà fornire la propria collaborazione per le operazioni di soccorso, in conformità alle disposizioni impartite dagli enti competenti Sistema informativo di scalo Il sistema informativo di scalo è denominato Base Dati Voli ( BDV ). Esso permette la gestione dell archivio degli orari dei voli e il monitoraggio operativo; ha il compito di gestire in modo centralizzato le fasi di generazione, aggiornamento e diffusione delle informazioni operative di scalo. Le informazioni principali, aggregate e organizzate, sono identificate essenzialmente dal seguente insieme di dati: Scalo di origine Orari di arrivo Numero di volo in arrivo Tipo aeromobile 12

16 Capitolo 1 - Ramp management Numero volo in partenza Orari di partenza Scalo di destinazione Principali funzioni del sistema BDV: Mantiene memorizzati gli orari stagionali delle compagnie aeree operanti sullo scalo, rendendoli disponibili in lettura e per i periodici aggiornamenti. Produce, a partire dai precedenti, gli orari operativi giornalieri, acquisendo in essi, eventuali modifiche, ignote all orario stagionale e provenienti direttamente dalle compagnie ( voli cancellati, voli charter, voli sostitutivi, ecc ), rendendole disponibili in lettura a qualunque sistema ne abbia necessità Mantiene aggiornati i dati di monitoraggio operativo provenienti dai diversi sistemi permettendo di archiviarli in un apposita base dati di raccolta storica. Il sistema informativo mette a disposizione i sottosistemi e i dati a tutti gli operatori aeroportuali, al fine di garantire il corretto scambio delle informazioni sulle attività operative dello scalo. Il scalo gestisce e distribuisce, attraverso il sistema BDV, in modalità standard le seguenti informazioni: Identificatori del volo e dati di orario operativi Identificatori di movimento, dati di orario e di operatività programmati Stato operativo del volo Risorse di scalo associate al volo Mentre gestisce e distribuisce a richiesta, i seguenti dati: Dati di carico finalizzati all handling del volo Specifiche di servizio Risorse di handling associate al volo Parametri di scalo 13

17 Capitolo 1 - Ramp management 1.4 Servizi di handling Una parte fondamentale dei servizi forniti all utenza sono i servizi di handling, cioè tutti i servizi di assistenza a terra agli aeromobili, passeggeri, bagagli, merci e posta, ed alle operazioni in pista. Con il termine handling si è soliti indicare tutti i servizi di assistenza aeroportuale: Prestazioni rese ai passeggeri: biglietteria, accettazione, informazioni. Prestazioni inerenti ai velivoli: carico e scarico, pulizie, rifornimenti, guida al parcheggio. Prestazioni inerenti le merci: carico e scarico, stoccaggio, documentazione. L ENAC, per ragioni inerenti la sicurezza, alla capacità o allo spazio disponibile nell aeroporto, può limitare il numero di prestatori di alcune categorie di servizi ( assistenza bagagli, assistenza operazioni in pista, assistenza merci e posta, etc.); questi servizi hanno, quindi, una infrastruttura di controllo centralizzata Servizi di rampa Il termine mezzi di rampa sta ad indicare tutti quei mezzi che sull airside sono adibiti ai servizi di handling, per tutti i velivoli in fase di stazionamento o di movimento sull apron. Questi veicoli, semoventi e non, sono utilizzati dagli operatori del settore per le seguenti funzioni: Assistenza al parcheggio del velivolo; Assistenza bagagli, merci, posta, carico e scarico aereo; Trasporto dell equipaggio; Pulizie di bordo; Climatizzazione della cabina; Rimozione neve o ghiaccio o sbrinamento del velivolo; Assistenza all avviamento del velivolo; Assistenza al parcheggio del velivolo; Assistenza ai passeggeri in partenza, in arrivo o in transito; Guida dell aereo all arrivo o alla partenza negli spostamenti sull apron; Rifornimento del velivolo di carburante e di acqua potabile; 14

18 Capitolo 1 - Ramp management Servizi di catering; Eventuale manutenzione del velivolo; Tali servizi sono svolti da un insieme di mezzi che sono l oggetto del ramp management. Infatti il ramp management è un servizio che si occupa della gestione dei di rampa, che costituiscono l handling aeroportuale. I mezzi di rampa sono: I follow me: mezzi che si occupano di accompagnare l aeromobile dall area di manovra alla piazzola di sosta cui è assegnato e viceversa. In particolare prendono in consegna dalla torre di controllo ( dal controllore ENAV [3] ) l aereo, in corrispondenza dell area di manovra e lo guidano lungo il piazzale di parcheggio precedendolo. Sono i soli mezzi ad avere la precedenza assoluta ed a non dover obbligatoriamente rispettare la segnaletica orizzontale del piazzale se ciò garantisce il rispetto dei livelli di sicurezza delle operazioni a terra. Tale mezzi inoltre accompagnano anche i mezzi esterni sul sedime aeroportuale. Gli interpista: autobus di diverse grandezze, utilizzati per il trasporto dei passeggeri e di equipaggi tra terminal ed aeromobili, qualora il layout aeroportuale non garantisca la presenza dei loading bridge atti a tale funzione. I loading bridge: ponti mobili di carico su ruote o su binari. Fanno parte delle strutture centralizzate sotto il diretto controllo del gestore aeroportuale e provvedono alla sostituzione dei servizi di: GPU, condizionamento della cabina, rifornimento acqua potabile e di carburante. Le scale passeggeri: scale semoventi o non che consentono ai passeggeri e all equipaggio di scendere o di salire su aeromobili in scalo, qualora non siano raggiunti da loading bridge. Gli elevatori per passeggeri disabili: mezzi semoventi utilizzati per consentire l imbarco e lo sbarco di passeggeri portatori di handicap, a cui sia impedita la normale deambulazione. La procedura impone che tali passeggeri siano imbarcati prima degli altri e sbarcati dopo che gli altri abbiano lasciato il velivolo. I baggage dolly: carrelli da traino adoperati per il trasporto dei bagagli e/o merci sia in arrivo che in partenza. Hanno una capacità di 2500 Kg e possono raggiungere una velocità massima di 30 Km/h, sono presenti due tipologie: coperti e scoperti, primi possono essere utilizzati in qualsiasi condizione climatica, in modo da garantire un trasporto sicuro dei bagagli e merci. 15

19 Capitolo 1 - Ramp management I trattori leggeri: sono trattori piccoli e maneggevoli utilizzati per la movimentazione dei convogli di baggage dolly, di container e di cargo dolly sulla superficie dell apron. Sono efficienti in qualsiasi condizione climatica ed hanno mediamente una capacità di carico di 80 tonnellate. I conveyor belt loader : nastri trasportatori utilizzati dagli operatori di rampa per velocizzare le operazioni di carico e scarico bagagli e merci dai velivoli. Hanno una capacità di carico di 120 kg/metro di nastro. I push back: sono trattori pesanti utilizzati per spostare un aereo in fase di decollo, quando questo deve lasciare la piazzola, dove si trova in stallo, per recarsi nell area di manovra e decollare, senza effettuare tale operazione in self manoeuvering. Hanno una grande capacità di carico, infatti sono in grado di spostare anche aerei di grosse dimensioni. Elevatori per servizio di catering: mezzi utilizzati per il trasporto e lo stivaggio di cibo e bevande a bordo dei velivoli. I GPU ( Ground Power Unit ): sono generatori di potenza utilizzati da velivoli sprovvisi di APU ( Auxiliary Power Unit ). Tale unità genera energia sia elettrica che sottoforma di aria compressa, utilizzate per l alimentazione degli impianti elettrici e dei sistemi pneumatici di bordo. Possono anche supplire al fabbisogno di energia elettrica del velivolo a motori spenti, quando staziona sull apron per lunghi periodi di tempo. I cargo loader: sono utilizzati per le operazioni di carico e scarico di velivoli che trasportano merci. Hanno una capacità di carico di circa 7300 Kg ed una velocità massima di 10 Km/h. Le dimensioni della piattaforma di carico sono standardizzate in funzione del numero e del tipo di unità di carico da spostare. Le unità di carico adibite al trasporto merci hanno dimensioni specifiche prestabilite dalla IATA [4] ed identificate tramite un codice alfanumerico. I cargo dolly: sono piattaforme per il carico dei container, aventi capacità di carico di 7300 Kg, trainate da trattori leggeri. Gli ASU ( Aircraft Starter Unit ): veicoli semoventi o a rimorchio utilizzati per agevolare l accensione di un velivolo in partenza. Inviano aria ad una determinata pressione, al sistema pneumatico dei compressori dei turboreattori. I veicoli per il rifornimento di carburante: autobotti utilizzate per il rifornimento dei velivoli. Sono equipaggiati con una scala a rimorchio utilizzata dagli operatori per raggiungere i bocchettoni sotto le ali del velivolo. Visti i rischi di elevate infiammabilità del combustibile utilizzato dai velivoli, le operazioni di rifornimento devono avvenire sempre nel massimo rispetto delle norme di sicurezza. Ogni piazzola che ospita un velivolo viene sempre comunque dotata di particolari tipi di estintori utilizzabili nel caso si verifichino situazioni pericolose. 16

20 Capitolo 1 - Ramp management I veicoli di servizio toilette: vengono utilizzati a richiesta, durante lo stazionamento dei velivoli, con l ausilio di mezzi, dotati di una piccola cisterna, può essere effettuato il servizio di evacuazione delle toilette di bordo. I veicoli di rifornimento acqua potabile: piccole autobotti che permettono il rifornimento dei serbatoi idrici dei velivoli rimasti sprovvisti di acqua potabile, durante lo stazionamento. La procedura impone che, ogni volta che viene effettuato il rifornimento di un velivolo, l intera cisterna debba essere scaricata e rifornita nuovamente. In figura 2 riportiamo un esempio del posizionamento di questi mezzi di rampa: Figura 2: esempio di posizionamento handling 17

21 Capitolo 1 - Ramp management I veicoli vengono posizionati radialmente, così che il posizionamento di uno di essi non ostacoli il movimento degli altri. Inoltre durante il rifornimento di un velivolo, tutti i vari mezzi di rampa sono provvisti di un opportuna via di fuga, che velocizza le operazioni di sgombero della piazzola, ad esempio in caso di incidente Funzionalità In questo paragrafo vengono esposte, in modo più preciso, le funzionalità di alcuni elementi descritti in precedenza, alfine di individuarne i compiti precisi. Ognuno di questi viene coordinato e supervisionato dal coordinamento scali ( Sala di controllo ), che definisce la procedura operativa da attivare. I primi i servizi di cui si parla sono quelli che costituiscono l apron management. Questi servizi erogati congiuntamente dalla società di gestione ed ENAV, hanno lo scopo di garantire il movimento di aeromobili sul piazzale in condizioni di sicurezza ed efficienza operativa. L apron management opera un coordinamento informativo tra i soggetti responsabili dei servizi di ground handling e le funzioni ENAV che amministrano l accesso alle infrastrutture dello scalo. La sala apron è situata all interno della torre di controllo, a norma della regolamentazione I.C.A.O. [5] e nel rispetto delle competenze, il servizio ha l obiettivo di: Ridurre al minimo il rischio di conflitti tra aeromobili e veicoli; Ridurre al minimo il rischio di conflitti tra veicoli e veicoli; Migliorare la sicurezza degli operatori che si muovono sull apron senza l ausilio di mezzi semoventi; Raggiungere un efficace gestione del flusso di traffico; Il coordinamento scali fornisce il servizio di follow me agli operatori nelle seguenti condizioni operative: Guida degli aeromobili sul piazzale e sulle vie di rullaggio in condizioni di scarsa visibilità ( su richiesta della compagnia aerea o della torre ); Movimento degli aeromobili per motivi tecnici od operativi, non inerenti le operazioni di atterraggio e decollo, sulle vie di rullaggio in aree coordinate dalla torre di controllo: rientrano in questa casistica i decentramenti per prova motori o 18

22 Capitolo 1 - Ramp management riposizionamento tra i due terminal. Per questa classe di eventi il servizio è obbligatorio; Guida degli aeromobili al parcheggio, in condizioni particolare e/o su richiesta della compagnia; Accompagnamento di mezzi esterni sul sedime aeroportuale, che vengono autorizzati alla circolazione all interno del sedime a condizione che siano guidati dal mezzo follow me. Il servizio in tale situazione è obbligatorio; Guida degli aeromobili in condizioni particolari di limitazioni del movimento sul piazzale per lavori in corso. Il servizio è reso obbligatorio da NOTAM [6]; Guida degli aeromobili a fronte di manovre errate compiute dagli stessi o situazioni di conflitto nell accesso alle taxi-ways e link. Il servizio è richiesto dalla torre o dal coordinamento scali, cioè anche quando non richiesto dalla compagnia aerea è comunque obbligatorio usufruire del servizio; Figura 3: Servizio di follow me 19

23 Capitolo 1 - Ramp management Traino aeromobili: Il servizio comporta l utilizzo di un push back ed è fornito nelle seguenti situazioni: Richiesta inoltrata dalla compagnia: la richiesta di movimentazione di un aeromobile da parte di una compagnia dev essere inoltrata al coordinamento scali. Le richieste saranno soddisfatte in base alla disponibilità di risorse ed alle implicazioni operative connesse alle operazioni di push-back ed ai rullaggi. In caso di traino alla posizione prova motori la compagnia dovrà fornire un orario stimato per il rientro. Richiesta effettuata dal coordinamento scali: in questo caso è il coordinamento scali ad inoltrare la richiesta alla compagnia aerea. Riposizionamento da arrivo per partenza e viceversa, il coordinamento scali provvederà, il giorno precedente il programma di massima di tali operazioni, ad inoltrare la richiesta alla compagnia aerea. 20

24 Capitolo 1 - Ramp management Figura 4: Servizio di push back Operazioni di rifornimento: Il rifornimento di carburante agli aeromobili deve essere effettuato nel rispetto delle norme di sicurezza. Le operazioni di rifornimento si intendono eseguite a cura e sotto la responsabilità dell esercente dell aeromobile, indipendentemente dalle misure di sorveglianza e di controllo adottate dalle autorità aeroportuali. L esercente dell aeromobile deve assicurare la presenza di una persona competente, responsabile del rifornimento, che garantisca l osservanza delle procedure e sia in contatto con il responsabile del servizio della società petrolifera. L esercente e la compagnia petrolifera possono concordare che le funzioni di rifornimento vengano effettuate dallo stesso responsabile della compagnia petrolifera. 21

25 Capitolo 1 - Ramp management Figura 5: operazioni di rifornimento De-icing / De-snowing: Le procedure di de-icing e de-snowing, anti-icing e de-snowing vengono svolte sotto responsabilità del vettore aeroportuale, che deve farne prima richiesta al Coordinamento Scali. Lo stoccaggio del liquido utilizzato per le operazioni di de-icing e di de-snowing è a carico del Coordinamento Scali che è responsabile di renderlo in quantità adeguata al volume degli interventi prevedibili per le caratteristiche ambientali dello scalo e per la tipologia ed i volumi di traffico programmati. Il mezzo che permette l operazione di de-icing è il de-icer presente in figura 5. 22

26 Capitolo 1 - Ramp management Figura 6: de-icing Dopo aver esposto dettagliatamente le funzioni di alcuni dei servizi di apron management, parliamo dei Loading bridge: Il coordinamento scali definisce un programma stagionale, sulla base del traffico programmato, di pre-assegnazione delle posizioni di stazionamento aeromobili. I dati di pre-assegnazione sono distribuiti attraverso i sistemi di scalo agli operatori interessati ( handling agent, compagnia aerea, etc ). Il coordinamento scali definisce nella giornata precedente a quella operativa, il programma di assegnazione giornaliero, sulla base delle reali condizioni di traffico sullo scalo e della possibilità di impiego delle strutture ( es. presenza guasti, attività di manutenzione programmata ). Tra le unità preposte all attività di assegnazione dei bridge e gli operatori aeroportuali coinvolti, devono essere scambiate informazioni che possono interessare l operatività dello scalo, relative a: 23

27 Capitolo 1 - Ramp management Variazioni dell attività operativa a terra ( aggiornate dall handling ); Variazioni dell orario dei voli ( aggiornate dalle compagnie aeree); Malfunzionamenti o guasti delle infrastrutture o della strumentazione: la persona che rileva l anomalia o il malfunzionamento tecnico deve darne comunicazione, per quegli impianti con impatto diretto sulla capacità aeronautica, al proprietario dell impianto/sistema/attrezzatura e quindi alla sala controllo del coordinamento scali che successivamente informerà i reparti manutentivi; mentre per quegli impianti che non hanno un diretto impatto sulla capacità operativa dovrà darne comunicazione ai reparti manutentivi che successivamente informeranno la sala controllo del coordinamento scali. Per ulteriori dettagli si rimanda a [7]; Schematizzazione funzionalità del sistema Riportiamo adesso un insieme di schemi che permette di comprendere la funzione del ramp management ed analizzare il sistema che permette questo tipo di funzione. Si procederà poi ad un analisi dei requisiti. Gli attori considerati in questo insieme di grafici sono: il duty manager ed i servizi di follow me, push back, Tecnici dell aeroporto, de-icer. Quelli non considerati hanno all incirca funzioni analoghe. Il primo schema riporta il duty manager, che è l attore che effettua una pianificazione e prende decisioni sulle azioni da compiere. Esso per gestire i mezzi di rampa compie tre azioni principali: comunicare con i servizi di ramp management, assegnare loro compiti, fare un monitoring del sistema. Nello schema 1.1 sono riportate le sue funzioni. Quindi i requisiti di questo attore saranno: Un sistema che permette di comunicare; tale sistema deve avere un accesso ristretto e sicuro, inoltre deve garantire una trasmissione dati efficiente; Capacità di assegnare compiti; Servizio che permette il monitoraggio del sistema in modo tale da controllare tutti i mezzi presenti ed attivi all interno dell aeroporto; 24

28 Capitolo 1 - Ramp management Schema 1.1: duty manager Una vista più completa della funzione del duty manager è data dallo schema 1.1.1, dove gli attori del ramp management sono indicati con il termine operatore generico. Nello schema sostanzialmente ci sono questi due attori, duty manager ed un operatore generico, che scambiano messaggi; questo tipo di comportamento è comune a tutti gli attori del ramp management, che lo ereditano per specializzazione. 25

29 Capitolo 1 - Ramp management System Assegna i compiti ai mezzi di "ramp management" Duty manager Operatore generico Comunica con i mezzi di "ramp management" Effettua un monitoring del sistema Schema 1.1.1: duty manager Di seguito è riportata la descrizione in forma testuale dei casi d uso del duty manager, in tutti i casi d uso il prerequisito è la possibilità di scambiare messaggi e quindi che ci sia un sistema atto a tale funzione. Ci sono due tipi di estensioni: una è quella che si verifica quando un operatore non è disponibile ( non connesso al sistema ), l altra riguarda il caso d uso effettua un monitoring del sistema che non può essere portato a termine se il sistema è inattivo. 26

30 Capitolo 1 - Ramp management Nome caso d'uso: comunica con i mezzi di "ramp management" Attori partecipanti: operatore generico, duty manager Flusso di eventi: 1.Invia un messaggio 2.Riceve un messaggio Prerequisiti: 1.Sistema che permette lo scambio messaggi Extends: 1.L'operatore non è disponibile Nome caso d'uso: effettua un monitoring del sistema Attori partecipanti: duty manager Flusso di eventi: 1.Il duty manager visualizza gli operatori connessi 2.Determina i piani relativi ad ogni operatore Extends: 1.Sistema inattivo Nome caso d' uso: assegna compiti ai mezzi di "ramp management" Attori partecipanti: operatore generico, duty manager Flusso di eventi: 1.Il duty manager decide quale task assegnare 2.Invia il task 3.Verifica la risposta Prerequisiti: 1.Sistema che permette lo scambio messaggi 2.Conoscenza del task da assegnare Extends: 1.L'operatore non è disponibile Schema 1.1.1: duty manager 27

31 Capitolo 1 - Ramp management Lo schema 1.2 è quello del servizio di follow me. Questo operatore ha due casi d uso propri e due ereditati dall operatore generico prima esposto. I casi d uso quindi sono quattro: Comunica con gli altri mezzi, comunica con il duty manager, accompagna mezzi esterni sul sedime aeroportuale, accompagna gli aeromobili sul piazzale e sulle vie di rullaggio. Quindi l insieme dei requisiti di questo attore sono: Un sistema per comunicare; questa volta, tale sistema, oltre a rispettare i requisiti precedenti deve anche permettere al follow me di comunicare con gli altri mezzi di rampa per ottenere da essi un attegiamento cooperativo. Nello schema 1.2 inoltre viene riportata una specifica dei casi d uso propri di questo attore: accompagna i mezzi esterni sul sedime aeroportuale e accompagna gli aeromobili sul piazzale e sulle vie di rullaggio. L estensione dei due casi d uso è la stessa ed è quella che riguarda il guasto del sistema o una situazione di allerta generica. 28

32 Capitolo 1 - Ramp management Operatore generico Accompagna i mezzi sul sedime aeroportuale Follow me Accompagna gli aeromobili sul piazzale e sulle vie di rullaggio Nome caso d'uso: Accompagna i mezzi sul sedime aeroportuale Attori partecipanti: Follow me Flusso di eventi: 1.Il duty manager inoltra una richiesta 2.L'operatore richiede la posizione del mezzo 3.Il duty manager fornisce la posizione attuale 4.L'operatore richiede dove accompagnare il mezzo 5.Il duty manager fornisce la posizione e il percorso 5.L'operatore fornisce il risultato dell'operazione Extends: Guasto generico o situazione di allerta Prerequisiti: L'operatore è connesso ad un sistema Nome caso d'uso: Accompagna aeromobili sul piazzale e sulle vie di rullaggio Attori partecipanti:follow me Flusso di eventi: 1.Il duty manager inoltra una richiesta 2.L'operatore richiede la posizione del velivolo 3.Il duty manager fornisce la posizione attuale 4.L'operatore richiede dove accompagnare il velivolo 5.Il duty manager fornisce la posizione ed il percorso 6.L'operatore fornisce il risultato dell'operazione Extends: Guasto generico o situazione di allerta Prerequisiti: L'operatore è connesso ad un sistema Schema 1.2: follow me 29

33 Capitolo 1 - Ramp management Lo schema 1.3 riguarda il servizio di Tecnici dell aeroporto. Questo operatore ha un caso d uso specifico e due ereditati dall operatore generico I casi d uso quindi sono: comunica con gli altri mezzi, comunica con il duty manager, conosce la posizione del velivolo. I requisiti per questo servizio sono: Un sistema per comunicare analogo al caso del follow me. Schema 1.3: tecnici dell aeroporto 30

34 Capitolo 1 - Ramp management Lo schema 1.4 riguarda il servizio di push back. Oltre ad ereditare i casi d uso dell operatore generico ne ha uno specifico: traino aeromobili. I casi d uso quindi sono: comunica con gli altri mezzi, comunica con il duty manager traina gli aeromobili. Quindi l insieme dei requisiti di questo attore sono: Un sistema per comunicare analogo al precendente Nome caso d'uso: traina gli aeromobili Operatore generico Attori coinvolti: Push back Flusso di eventi: 1.Il duty manager inoltra la richiesta 2.L'operatore richiede la posizione del velivolo 4.Il duty manager risponde 5.L'operatore fornisce il risultato dell'operazione Traina gli aeromobili Extends: Guasto generico o situazione di allerta Push back Prerequisiti: L'operatore è connesso ad un sistema Schema 1.4: push back 31

35 Capitolo 1 - Ramp management Lo schema 1.5 riguarda il servizio di de-icer. Questo oltre ad ereditare i casi d uso dell operatore generico ne possiede uno specifico: De-icing / De-snowing. I casi d uso dunque sono: comunica con gli altri mezzi, comunica con il duty manager, De-icing / De-snowing. Quindi i requisiti di questo attore sono: Un sistema di comunicazione con il duty manager. Nome caso d'uso : De-icing / De-snowing Operatore Aeroportuale Attori coinvolti: De-icer Flusso di eventi: 1.Il duty manager inoltra la richiesta 2.Il duty manager inoltra la posizione del velivolo 3.L'operatore risponde se disponibile De-icer De-icing / De-snowing Extends: guasto generico o situazione di allerta Prerequisiti: l'operatore è connesso ad un sistema Schema 1.5: De-icer 32

36 Capitolo 1 - Ramp management Infine riportiamo una funzione che può esser comune a tutti i mezzi di rampa cioè il caso d uso comunica con gli altri mezzi di rampa. In questo modo si pensa di avere un attegiamento cooperativo di tutti i mezzi di rampa presenti, in caso di allerta o di guasti. Una delle due estensioni del caso d uso riguarda il caso di un operatore malizioso che potrebbe attentare alla sicurezza del sistema aeroportuale. Operatore aeroportuale 1 Comunica con i mezzi di rampa Operatore aeroportuale 2 Operatore aeroportuale 3 Nome caso d'uso: Comunica con i mezzi di rampa Attori coinvolti: Operatore aeroportuale 1, Operatore aeroportuale 2, Operatore aeroportuale 3 Flusso di eventi: 1.Un operatore invia un messaggio ad un altro Extends: 1.Guasto al sistema 2.Operatore malizioso Prerequisiti: 1.Gli operatori sono connessi ad un sistema 2.L'operatore è stato autorizzato dal duty manager a comunicare Schema 1.6: ulteriori funzionalità 33

37 Capitolo 1 - Ramp management Requisiti non funzionali : 1)Discovery degli attori presenti: deve essere presente un servizio che indica la disponibilità di un attore ed eventualmente di ottenere un riferimento ad esso. 2)Utilizzo di tecnologie open source: si vogliono utilizzare le tecnologie open source presenti sul mercato in particolare per la realizzazione dei servizi che il sistema deve fornire. 3)Portabilità dei servizi: capacità dei singoli servizi ed attori di poter migrare su piattaforme diverse. 4)Tolleranza ai guasti: il sistema sviluppato deve essere tollerante ai guasti. 5)Fronteggiare la scarsa capacità dei dispositivi: le prestazioni devono essere adeguate anche in ambiente mobile in cui bisogna far fronte alla scarsa disponibilità di risorse. 6)Cooperazione: si vuole fornire agli attori del sistema la capacità di cooperare. 7)Trasparenza dal sistema operativo: indipendenza da un particolare sistema operativo che può essere disponibile su un dispositivo mobile su cui installare il sistema di supporto al ramp management. 8)Scalabilità: deve essere possibile aggiungere nuovi componenti e funzionalità al sistema 34

38 Capitolo 1 - Ramp management Architettura del sistema Dopo aver illustrato gli attori, le loro funzionalità e requisiti possiamo dire che c è una parte del sistema comune a tutti gli attori. Questa parte è quella che garantisce la comunicazione che può essere implementata grazie ad un framework che garantisca i servizi di cui il sistema ha bisogno: la connessione ad un sistema, la comunicazione con altri utenti del sistema e quindi l invio e la ricezione di messaggi. Questi servizi costituiscono i core services di questa applicazione. Poi ci sono un insieme di procedure che costituiscono i casi d uso di ogni specifico attore che costituiscono servizi aggiuntivi che il sistema dovrebbe fornire. Schema 1.7: architettura sistema 35

39 Capitolo 1 - Ramp management Il sistema di ramp management così come deriva dalla trattazione precedente viene illustrato nello schema 1.7. I componenti di colore celeste rappresentano i servizi offerti dal sistema, questi sono suddivisi in core services ed altri servizi. I core services sono la registrazione di un utente, l invio e la ricezione di un messaggio, il discovery di nuovi utenti e tutta la parte di comunicazione che è comune a tutti gli utenti del sistema. Gli altri servizi sono quelli propri di ciascun attore del sistema e dovranno essere implementati seguendo i diagrammi in precedenza esposti. 36

40 Capitolo 2 Sistemi multi-agente e JADE Capitolo 2 Sistemi multi-agente e JADE 2.1 Motivi della scelta Nel primo capitolo sono state messe in luce le caratteristiche che il framework di nostro interesse deve offrire e i requisiti di cui abbiamo bisogno. Dopo aver studiato le tecnologie presenti sul mercato è stata proposta l architettura multi-agente ed in particolare JADE. I motivi di questa scelta sono: 1) Agenti autonomi e cooperativi: ogni attore del nostro sistema può essere un agente e quindi agire autonomamente, ciò è molto importante in quanto il sistema che si vuole andare a creare è un sistema autonomo. In particolare verranno implementate delle procedure che richiedono esecuzioni automatiche svolte dagli agenti. Inoltre gli agenti possono agire in modo cooperativo tra loro. 2) Gli agenti possono manifestare un comportamento di tipo goal oriented cioè può essere assegnato un obiettivo comune a più agenti. 3) Un agente può essere reattivo, cioè percepisce l ambiente e risponde ai suoi cambiamenti 4) Un agente può essere proattivo, cioè non agisce soltanto percepisce in relazione ai cambiamenti dell ambiente circostante,ma può anche prendere iniziativa mostrando un comportamento goal directed. 5) Supporto in ambiente mobile: JADE fornisce un supporto in ambiente mobile con un implementazione per dispositivi mobili. Inoltre grazie ad un algoritmo di bilanciamento del carico evita l eccessivo consumo di risorse. 37

41 Capitolo 2 Sistemi multi-agente e JADE 6) Supporto alla security: è presente in JADE un supporto alla sicurezza con autenticazione degli utenti e criptazione dei messaggi. 7) Licenza di tipo open source: JADE è distribuito sotto licenza open source ( LGPL ) In questo capitolo viene illustrato il concetto di agente software di sistema multi-agente e le principali caratteristiche di entrambi. Viene poi posta l attenzione su un particolare sistema, JADE ( Java Agent Development Framework ), sviluppato da TILab di Torino in collaborazione con l Università di Parma [8]. 2.2 Gli Agenti Software Un agente è un entità software presente in ambienti vari ed eterogenei, capace di agire autonomamente in questo ambiente, in modo da poter portare a termine gli obiettivi per i quali è stato progettato. La ragione dell esistenza e della diffusione degli agenti va ricercata nel fatto che l informatica si è mossa sempre più verso cinque concetti: 1) Ubiquità: ubiquità delle risorse intesa nel senso di elaborazione mobile e di pervasive computing. 2) Interconnessione: non si pensa più ai computer isolati ma interconnessi in sistemi distribuiti. 3) Intelligenza: i compiti che ci aspettiamo di poter delegare ai computer siano sempre più complessi. 4) Delega: lasciare il controllo ai computer anche in situazioni critiche. 5) Human orientation: si tende sempre di più a ragionare sulle macchine in termini di concetti e di metafore simili al modo in cui noi percepiamo il mondo. Gli agenti siano utilizzati in molti ambiti, quali la robotica, sistemi di controllo, sistemi di automazione e nel caso degli agenti assistenti. Esempi di sistemi di controllo che utilizzano gli agenti software sono quelli della ROCKWELL azienda che ha deciso di implementare gli agenti software sui suoi PLC, invece un esempio di agenti assistenti sono quelli implementati dalla MICROSOFT che ha introdotto nella suite di office 38

42 Capitolo 2 Sistemi multi-agente e JADE degli Agenti Assistenti, con il compito di dare suggerimenti agli utenti per utilizzare al meglio i prodotti. Le caratteristiche degli agenti possono essere espresse attraverso degli aggettivi che ne descrivono anche il funzionamento e l utilità: 1) Autonomo: agisce senza un intervento esterno, ed ha il controllo delle sue azioni e del suo stato interno. 2) Sociale: collabora con l ambiente esterno e con altri agenti per il raggiungimento di un obiettivo. 3) Reattivo: percepisce l ambiente in cui si trova e risponde ai cambiamenti che avvengono in esso. 4) Proattivo: agisce non soltanto in risposta ai cambiamenti dell ambiente in cui si trova, ma può anche prendere iniziativa mostrando comportamenti goal-directed. 5) Mobile: può migrare attraverso diversi nodi presenti nella rete. 6) Veritiero: non fornisce deliberatamente false informazioni Inoltre altri aggettivi di un agente sono: persistenza, benevolenza, versatilità. In un certo senso un agente può esser visto come un oggetto ( OOP ) con un obbiettivo, ma ci sono alcune sostanziali differenze tra i due elementi: Oggetto Agente Incapsula uno stato e lo controlla Incapsula uno stato e lo controlla attraverso i metodi. attraverso i metodi ed i suoi obiettivi. Passivo, non ha controllo sull esecuzione Attivo, decide quando e come dei metodi. agire. Non autonomo. Autonomo. Il termine agente appartiene anche all intelligenza artificiale, il cui compito è quello di replicare l intelligenza umana. Tipicamente però lo scopo dei sistemi multi-agente è più limitato, volendo intendere sistemi capaci di fare qualcosa di utile in un ambiente spesso circoscritto. 39

43 Capitolo 2 Sistemi multi-agente e JADE Nonostante, questo i sistemi di agenti sono spesso considerati la più importante espressione della DAI Distributed Artificial Intelligence. Ne sistemi multi-agente si tende spesso a ridurre l intelligenza del singolo agente in favore dell intelligenza collettiva, infatti spesso l attenzione è nel coordinamento più che nelle capacità del singolo. Nei MAS ( Multi-Agent System ) infatti gli obiettivi principali sono: il coordinamento, la capacità/volontà di cooperazione, la negoziazione. 2.3 Architetture sistemi multi-agente Ci sono vari tipi di architetture per sistemi multi-agente, esse possono essere suddivise in quattro gruppi fondamentali: 1) Logic Based 2) Reattivi 3) BDI 4) Layered Nel primo caso l architettura è di tipo knowledge based, cioè l ambiente è rappresentato in modo simbolico, e gli obiettivi, per i quali l agente è stato progettato, sono raggiunti attraverso tecniche di ragionamento simboliche. Il vantaggio di usare questo approccio è che la conoscenza umana, molte volte è di tipo simbolico, e quindi codificarla, e trasmetterla ad un sistema è molto semplice. Inoltre una volta trasmessa all agente tale conoscenza, ad esempio dell ambiente circostante, può essere semplice da comprendere nel caso si voglia capire che tipo di ragionamento fa un agente. Lo svantaggio è che la conoscenza può essere molto complessa, e la sua manipolazione può rallentare molto il processo di esecuzione, di un agente, con tempi di risposta troppo lenti per essere utilizzati. La seconda architettura, basata su agenti di tipo reattivo, che prendono decisioni sulla base di un meccanismo di tipo stimulus-response e si basano sul modello di Brooks [9]. Diversamente dalle architetture di tipo logic based, queste non hanno un modello di riferimento simbolico dell ambiente esterno, e perciò non utilizzano meccanismi complessi di ragionamento. 40