Progettazione e sviluppo di una web application per la generazione di dati simulati per un sistema di assistenza alla guida attraverso Google Maps

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1 UNIVERSITA' DEL SALENTO FACOLTA' DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA DELL INFORMAZIONE Progettazione e sviluppo di una web application per la generazione di dati simulati per un sistema di assistenza alla guida attraverso Google Maps Relatore: Chiar.mo Prof. Luca MAINETTI Correlatore: Ing. Andrea PANDURINO Laureando: Luigi MAGGIO Matr ANNO ACCADEMICO

2 Alla mia famiglia, grazie mamma, grazie papà per non aver mai smesso di credere in me a mio fratello, a mia sorella.

3 INDICE CAPITOLO 1. INTRODUZIONE 1.1 Il contesto Obiettivi del lavoro di tesi Metodo di lavoro Struttura del lavoro CAPITOLO 2. STATO DELL'ARTE 2.1 Le Manet Le Vanet Il sistema di posizionamento GPS Il GPS I limiti del sistema GPS Le coordinate UTM La Situation Awareness La teoria della Situation Awareness Come si realizza la Situation Awareness La Situation Awareness in campo automobilistico I sistemi per la Situation Awareness Il progetto PReVENT Il progetto WILLWARN Il progetto SASPENCE Il progetto INTERSAFE Il 3DSAS 3D Situation Awareness System Le Google Maps e le loro API Le API Le API di Google Maps

4 CAPITOLO 3. PROGETTAZIONE 3.1 Un ambiente simulato per il 3DSAS Analisi e specifica dei requisiti La programmazione multithreading in ambiente Unix I threads Creazione di threads in Linux Risoluzione della concorrenza tra threads I semafori I mutex e le Condition variables Il Network Manager del 3DSAS e le modifiche apportate Il thread gpsdsimulation Il thread sniff_packetsimulation Google Data Google Maps come fonte di dati simulati Analisi dei requisiti Gli Stakeholders e il diagramma AWARE dei goals Use Case Diagrams Architettura dell'applicazione in the large Activity diagrams Sequence Diagrams Introduzione alle Applets Le Java Applets Le restrizioni alle Applet Le politiche di security in Java Le applet dell'applicazione WriteToDiskXmlFile Applet di navigazione nella directory dati L'interfaccia grafica dell'applicazione CAPITOLO 4. IMPLEMENTAZIONE 4.1 Strumenti utilizzati

5 L'output dell'implementazione, un caso di studio CAPITOLO 5. CONCLUSIONI 5.1 Conclusioni Test funzionali Sviluppi futuri BIBLIOGRAFIA

6 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE In questo capitolo introduttivo sarà affrontata una doverosa trattazione riguardo al contesto nel quale si colloca il presente lavoro di tesi e gli obiettivi di quest'ultimo. Sarà inoltre fornita una descrizione della metodologia con cui è stato affrontato il lavoro d'implementazione e della struttura del seguente elaborato. 1.1 Il contesto Lo sviluppo delle tecnologie wireless che ha portato alla realizzazione di reti MANET, e successivamente di reti VANET quale loro specializzazione, ha permesso di potersi orientare allo sviluppo di sistemi informatici di supporto alla Situation Awareness del conducente in ambito automobilistico. Da sempre infatti è stato notevole l'impegno profuso nello sviluppo di sistemi per garantire una maggiore sicurezza alla guida, ma solo con l'introduzione delle tecnologie basate sulle reti veicolari ci si è potuti orientare verso soluzioni collaborative che coinvolgessero attivamente "gli attori della strada". L'idea alla base di questo nuovo approccio alla sicurezza stradale è che la probabilità che avvenga un incidente è strettamente legata al livello di percezione che ha il conducente di ciò che sta accadendo attorno a lui, nonchè alla veridicità del modello mentale conseguentemente creato. Ed è proprio in virtù di tale idea che trova applicazione la teoria della Situation Awareness.

7 Con il termine Situation Awareness si suole infatti generalmente intendere la percezione di elementi ambientali all'interno di un volume di spazio e tempo, la comprensione del loro significato e la proiezione del loro status in un prossimo futuro. Questo implica l'essere consapevoli di ciò che sta accadendo intorno a noi per capire come le informazioni, gli eventi e le proprie azioni avranno ripercussioni sui nostri scopi e obiettivi, ora e nel prossimo futuro. Le tecnologie per la sicurezza alla guida dovrebbero quindi puntare al supporto del conducente di un autoveicolo nel suo personale processo di creazione della situation awareness. In particolare la possibilità per i veicoli presenti all'interno di una carreggiata di potersi scambiare attivamente informazioni sullo stato dell'ambiente circostante rilevato, costituirebbe un notevole supporto al suddetto processo. Queste funzionalità possono essere realizzate sfruttando tecnologie che si basino sul concetto delle reti wireless ad-hoc. In tale categoria rientrano, come già accennato in precedenza, le reti MANET e, in qualità di loro specializzazione, le VANET. Una MANET (Mobile Ad-hoc NETwork) è definita come un sistema autonomo di terminali mobili, i quali costituiscono i nodi di tale rete, interconnessi utilizzando collegamenti di tipo wireless ad-hoc. Nelle MANET quindi la connettività è basata sulla reciproca prossimità dei nodi, il cui numero o posizione può variare in qualsiasi momento, in maniera del tutto impredicibile: i nodi possono connettersi e disconnettersi senza alcun preavviso e mutare frequentemente la loro posizione all'interno della rete, dando luogo a variazioni della topologia di quest'ultima. Tutti i nodi del sistema collaborano in maniera paritaria con lo scopo di instradare i pacchetti nel modo corretto secondo una modalità di forwarding di tipo multihop. Tale tipo di reti Ad-hoc possono essere costruite all'occorrenza e utilizzate in ambienti estremamente dinamici, non necessariamente con l'aiuto di una infrastruttura già esistente, come ad esempio dopo catastrofi naturali, durante conflitti militari o, come appunto stiamo sostenendo nel corso di questa trattazione, in ambito automobilistico. A tal proposito, un particolare caso delle MANETs sono considerate le Vehicular Ad-hoc Network (VANETs), create da veicoli dotate di dispositivi con tecnologie di comunicazione wireless a medio raggio. La comunicazione è limitata a veicoli posti nello stesso raggio di trasmissione, oppure può coinvolgere veicoli posti a più hop di distanza mediante la presenza di infrastrutture fisse oppure di router mobili. Si intuisce quindi che la tecnologia delle reti

8 VANET, se efficientemente implementata, può diventare uno strumento molto utile per la sicurezza stradale. 1.2 Obiettivi del lavoro di tesi Nel contesto descritto precedentemente si colloca il presente lavoro di tesi, il cui scopo è evolvere le funzionalità di un'applicazione per la sicurezza stradale (il 3DSAS). Questa permette di visualizzare in real-time, in un ambiente 3D, le mutue posizioni dei veicoli sulla carreggiata, al fine di fornire un consistente feedback al conducente in caso di situazioni di estremo pericolo. La suddetta applicazione sarà dotata di un modulo che ne consenta un funzionamento in modalità simulata, sempre in ambiente 3D, utilizzando dati strutturati in formato XML. una web application che sfrutti le Google Maps per la generazione di dati simulati. Le rotte tracciate sulle mappe sono elaborate e convertite in dati strutturati leggibili dal suddetto modulo di simulazione dell'applicazione 3DSAS. 1.3 Metodo di lavoro L'implementazione dei moduli è stata preceduta da un'attenta fase di studio dell'architettura dell'applicazione 3DSAS e delle tecnologie utilizzate per la sua implementazione al fine di capire di quali dati e in quale formato essa necessitasse per il suo funzionamento. Lo studio dell'architettura del sistema ha anche permesso di realizzare i due moduli sopracitati in modo che si integrassero perfettamente con

9 quest'ultima, senza trascurare di fornire anche strumenti e spunti per una possibile futura espansione degli stessi. 1.4 Struttura del lavoro Il lavoro di tesi è strutturato in cinque capitoli. Il primo capitolo è dedicato alla descrizione del contesto nel quale si colloca il presente lavoro, introducendo i concetti fondamentali riguardo le reti veicolari e la Situation Awareness al fine di fornire al lettore un quadro generale di partenza per la comprensione degli argomenti trattati nei successivi capitoli. Nel secondo capitolo è offerta una trattazione dello stato dell'arte esponendo i risultati delle ricerche riconducibili ad alcuni progetti che sono in corso di studio nel medesimo ambito d'interesse del presente lavoro. Sono inoltre fornite ulteriori informazioni riguardo gli argomenti accennati nel corso dell'esposizione del contesto nel capitolo precedente. Nel terzo capitolo sono descritte le scelte progettuali che sono alla base delle soluzioni adottate in termini di architettura del sistema. Nel quarto capitolo sono invece trattate le tecnologie e le soluzioni adottate nel corso della fase di implementazione. Il quinto e ultimo capitolo è riservato alle conclusioni, all'esposizione dei risultati dei test effettuati e all'analisi di quelli che potrebbero essere gli sviluppi futuri del presente lavoro.

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