Analisi e valutazione di un middleware per dispositivi mobili

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica Tesi di Laurea Analisi e valutazione di un middleware per dispositivi mobili Relatore: Chiar.mo Prof. Ing. Stefano Russo Candidato: Correlatori: Paolo Angioletti Ing. Domenico Cotroneo Matricola 45/2006 Ing. Armando Migliaccio ANNO ACCADEMICO

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3 Queste pagine si sono potute scrivere non soltanto grazie allo studio consumato in così tanti anni, ma soprattutto grazie alla forza e alla solarità di mia madre che mi ha saputo sostenere nei momenti difficili. Dedico questo lavoro di tesi a mio padre che orgoglioso di me continua a guidare i miei passi dal paradiso. Con amore PAOLO. 3

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5 Indice generale 1) Elaborazione su dispositivi mobili ) Cenni sulle reti wireless ) Wi-Fi e lo standard IEEE802.11b ) Bluetooth ) Mobile distributed computing ) Classificazione dei sistemi distribuiti ) Nomadic computing ) Middleware per nomadic computing ) Il middleware CORBA e l'interoperabilità ) Il middleware OMG CORBA ) Interoperabilità fra gli ORB ) IOR Interoperable Object Reference ) Tagged profiles ) Il formato corbaloc e corbaname ) GIOP General Inter-ORB Protocol ) CDR - Common Data Representation ) Formato dei messaggi GIOP ) Assunzioni sul trasporto ) Architettura OMG Wireless CORBA ) Concetti fondamentali ) Domini ORB in wcorba ) GIOP Tunneling ) Oggetti di servizio in wcorba ) Mobile IOR ) Nuova semantica del profilo IIOP ) Semantica del Mobile Terminal Profile ) HomeLocationAgent ) Terminal_id ) Interfaccia di operazioni ) Elaborazione dei messaggi GIOP ) AccessBridge ) Interfaccia delle operazioni ) Elaborazione dei messaggi GIOP ) Eventi di notifica di mobilità dei terminali ) TerminalBridge ) Eventi di notifica di mobilità dei terminali ) GTP - GIOP Tunneling Protocol ) GTP Adaptation Layers ) Livelli di complessità dei messaggi GTP

6 3.6.3) Messaggi per la gestione del tunnel ) Messaggi per l'utilizzo di connessioni GIOP ) Messaggio di inoltramento ) Altri messaggi ) Scenari di tunneling e forwarding ) Invocazione dal terminale verso la rete fissa ) Invocazione dalla rete fissa verso uno homed terminal ) Invocazione dalla rete fissa verso uno homless terminal ) Invocazione da terminale a terminale ) Invocazione in presenza di handoff ) Gestione degli handoff in OMG wcorba ) Tipologie di handoff ) Procedura network initiated handoff ) Attività dell'accessbridge uscente ) Attività del nuovo AccessBridge ) Attività del TerminalBridge ) Terminale no make before break ) Procedura terminal initiated handoff ) Attività del TerminalBridge ) Attività del nuovo AccessBridge ) Attività dell'accessbridge uscente ) Procedura access recovery ) Recovery verso lo stesso AccessBridge ) Recovery verso un AccessBridge differente ) Scenari di tunneling e forwarding ) Invocazione dal terminale verso la rete fissa ) Invocazione dalla rete fissa verso uno homed terminal ) Terminal Tracking ) MIwCO, una implementazione di wcorba ) Il progetto dell'implementazione ) Requisiti minimi e livelli di implementazione ) Implementazione dello HLA in MIwCO ) Modifiche all'orb Core in MIwCO ) Implementazione dei Bridges in MIwCO ) Implementazione del GIOP Tunneling in MIwCO ) Buffering dei messaggi GIOP nei bridges in MIwCO ) GIOP Tunneling su Bluetooth ) GIOP e il trasporto Bluetooth L2CAP ) LTP L2CAP Tunneling Protocol ) Indirizzi del tunnel ) Struttura dei messaggi LTP ) Lo startup del TerminalBridge di MIwCO ) HelloWorld! - una applicazione dimostrativa ) Attivare gli oggetti di servizio ) Eseguire l'applicazione server sul terminale ) Eseguire l'applicazione client sulla rete fissa ) Scrivere gli shell script di avvio e configurazione ) Misure dei tempi di latenza di MIwCO

7 6.1) Scenario di riferimento ) Terminali che visitano lo stesso dominio ) Terminali che visitano domini differenti ) Obiettivi preposti ) Strategia delle invocazioni ) Profiling del codice ) Ambiente di test utilizzato ) Risultato delle misure A. BlueZ Bluetooth su Linux B. Cross-compilare C C. Shell Scripts per MIwCO D. RPM - RedHat Packet Manager E. profiling semplice di programmi C

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9 Sommario La presente tesi si concentra sulle problematiche relative all'elaborazione distribuita mobile (mobile distributed computing), un nuovo concetto di elaborazione nato con la diffusione sempre maggiore dei dispositivi portatili dotati di una propria capacità di calcolo (notebooks, PDAs, telefoni cellulari, ) Il concetto di nomadic computing, come forma particolare di mobile distributed computing, introduce nuove problematiche che non erano presenti negli ambienti di elaborazione su rete fissa. I middleware tradizionali, come strumenti per lo sviluppo di applicazioni utente distribuite, si basano su assunzioni non più presenti nei nuovi ambienti wireless. Nasce dunque l'esigenza di fornire supporto alla mobilità con lo sviluppo di nuove infrastrutture middleware ad hoc. Le specifiche OMG Wireless CORBA hanno l'intenzione di mostrare una evoluzione del middleware CORBA che possa essere utilizzato per lo sviluppo di applicazioni utente in situazioni di nomadic computing. Nel terzo capitolo di questa tesi tali specifiche vengono illustrate con notevole dettaglio e di esse vengono messe in risalto le strategie per la soluzione di problemi tipici come la limitazione delle risorse sugli apparati mobili (memoria e potenza computazionale), la natura discontinua dei collegamenti wireless e soprattuto la gestione degli handoff. Nel quarto capitolo si descrivono le strategie che conviene adottare, partendo da una implementazione preesistente di CORBA, per una corretta implementazione delle specifiche Wireless CORBA. In particolare si fa riferimento a MIwCO, una implementazione open source sviluppata dai ricercatori dell'università di Helsinki. L'implementazione MIwCO viene approfonditamente analizzata e di essa viene descritta la sua struttura interna e le interazioni tra i suoi componenti fondamentali. Viene anche mostrato come eseguire una applicazione utente dimostrativa. Sono inoltre proposti alcuni miglioramenti da apportare all'implementazione di MIwCO, in maniera che possa 9

10 risultare ancora più aderente alle specifiche ufficiali e ancor più semplice da utilizzare. Nell'ultimo capitolo sono riportati i risultati sperimentali e le valutazioni ottenute misurando le prestazioni dell'implementazione MIwCO. In particolare sono stati misurati i tempi di latenza delle invocazioni twoway per alcuni scenari di riferimento che possono manifestarsi spesso nella pratica. In appendice sono stati pubblicati il codice sorgente dei miglioramenti apportati a MIwCO e il codice sorgente di tutti gli shell script necessari per la corretta inizializzazione di tutti gli oggetti di servizio fondamentali. 10

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13 Capitolo 1 1) ELABORAZIONE SU DISPOSITIVI MOBILI 1.1) Cenni sulle reti wireless La principale caratteristica di una rete wireless, cioè senza fili, consiste nel fatto che i dati sono trasmessi tramite onde radio o raggi infrarossi, eliminando in tal modo qualsiasi tipo di connessione fisica tra i dispositivi della stessa rete. Nell'ambito delle tecnologie di connessione senza fili rientrano: (1) le tecnologie per la telefonia cellulare e per la copertura di reti mondiali (Wireless WAN o wwan); (2) le tecnologie per la realizzazione di reti locali (wpan, wlan e in alcuni casi wman). Le prime tecnologie si riferiscono a standard ben conosciuti ed utilizzati quotidianamente ormai da tutti. Ci limitiamo soltanto alla loro enunciazione: GSM (Global System for Mobile communications), GPRS (General Packet Radio Services), HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) e UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Faremo qualche cenno sulle loro caratteristiche nel prossimo paragrafo. Le seconde tecnologie si riferiscono a standard e protocolli meno conosciuti, almeno dai non addetti ai lavori. Tecnologie, così facilmente implementabili, affidabili e sempre più economiche da far paura agli stessi gestori di telefonia cellulare, che vedono in queste un forte concorrente. Parliamo di Bluetooth per le reti wpan (wireless Pesonal Area Network), di HiperLan e della famiglia degli standard IEEE per le reti wlan (wireless Local Area Network). In particolare, lo standard certificato dallo IEEE come b, meglio conosciuto e pubblicizzato dal Weca (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), l'organismo che si occupa della certificazione dei dispositivi per questo tipo di reti, come Wi-Fi (Wireless Fidelity). 13

14 1.1.1) Wi-Fi e lo standard IEEE802.11b Lo IEEE (Institure of Electrical and Electronic Ingeneering) ha prodotto una famiglia di standard di livello fisico e di livello datalink, denominata IEEE802, ormai diventata un punto di riferimento globalmente accettato per le reti di computer. Come possiamo non ricordare gli standard: Internetworking; LLC (Logical Link Control); CSMA/CD Ethernet; Token Bus LAN; Token Ring LAN; MAN (Metropolitan Area Network); Fiber-Optic Techical Advisory Group; Integrated Voice/Data Networks; Network Security. Quello per le reti wireless, lo standard , appartiene a questa ben precisa famiglia di standard che si occupa di reti ad uso privato. In un sistema wireless privato la trasmissione dei segnali avviene principalmente a radiofrequenza in un banda centrata attorno ai 2,45 Ghz; tale banda viene detta banda ISM ( for Industrial Scientific and Medical purpose ). Secondo la legge in vigore nella maggior parte degli stati, per trasmettere nella banda ISM, e per potenze non superiori a certi limiti, non è necessario ottenere particolari licenze o permessi. Nel 1997 nasceva il primo standard di riferimento, lo standard IEEE , che dettava le specifiche di livello fisico e di livello datalink per l'implementazione di una rete privata LAN wireless. La trasmissione era basata su onde radio nella banda ISM e con tecniche di modulazione Spread Spectrum ( a spettro diffuso ) per poter ottenere una maggior robustezza nei confronti dei segnali interferenti. Purtroppo, IEEE consentiva una limitata velocità di trasmissione e non ebbe un grosso successo. Qualche anno dopo, l'evoluzione di tale tecnologia portò allo standard IEEE b (oggi denominato anche Wi-Fi o Wireless Fidelity) che, oltre a mantenere la compatibilità con lo standard precedente, consentiva una migliore velocità di trasmissione che oggi va dai 5,5 Mbps agli 11 Mbps. Questo standard ha avuto, e sta avendo, molto successo soprattutto perché molte industrie leader nel settore (come Nokia, 3Com, Apple, Cisco System, Intersil, Compaq, IBM ed altre) lo hanno riconosciuto ed adottato. Nel 1999 è stato fondato il WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) con l'obiettivo della certificazione, interoperabilità e compatibilità tra i differenti prodotti che implementano lo standard IEEE802.11b 14

15 I prodotti Wi-Fi sono tipicamente delle schede di rete dotate di ricetrasmettitori ad onde radio che forniscono l'implementazione delle entità di livello fisico e di livello datalink. Per costruire una rete wlan con dispositivi Wi-Fi bisogna considerare una architettura basata su due tipologie di dispositivi: AP - Access Point sono bridge che collegano la sottorete wireless con la rete fissa cablata. Gli AP possono essere implementati sia in hardware (esistono dei dispositivi dedicati che somigliano molto ai classici hubs per le reti Ethernet) e sia in software. Nel secondo caso sono driver di dispositivo (e processi utente) su di elaboratore dotato sia della classica scheda di rete Ethernet (per collegarsi alla rete fissa) che della scheda wireless Wi-Fi (per ricevere/trasmettere i segnali radio). WT - Wireless Terminal sono i dispositivi (in genere mobili) che usufruiscono dei servizi di collegamento alla rete. I WT possono essere qualsiasi tipo di dispositivo come ad esempio i notebooks, i palmari, i PDAs, i telefoni cellulari, o qualsiasi altra apparecchiatura capace di ricevere/trasmettere i segnali radio dello standard IEEE Wi-Fi è ormai diventato un protocollo di trasmissione wireless capace di supportare reti ad "alta velocità" e che garantisce l'interoperabilità tra soluzioni diverse. Il protocollo Wi-Fi consente: di poter variare la velocità di trasmissione dati per adattarsi al canale; di raggiungere una velocità di trasmissione che arriva fino agli 11 Mbps; la possibilità di scelta automatica della banda di trasmissione meno occupata; la possibilità di scelta automatica di un Access Point in funzione della potenza del segnale e del traffico di rete; di creare un numero arbitrario di celle parzialmente sovrapposte permettendo il roaming in modo del tutto trasparente; 15

16 1.1.2) Bluetooth Bluetooth è una tecnologia di trasmissione di segnali radio a breve raggio, bassa potenza e poco costo, utilizzata per il collegamento senza fili di dispositivi elettronici. Le specifiche ufficiali di Bluetooth si trovano sul Web Inizialmente, fu sviluppata, dal costruttore di telefoni cellulari svedese Ericsson nel 1994, come alternativa alle connessioni con cavo, per consentire ai computer portatili (laptop, PDAs,) di utilizzare un telefono mobile per eseguire chiamate. Da allora molte migliaia di società si sono associate con lo scopo di rendere Bluetooth uno standard wireless a breve raggio e a bassa potenza per una ampia gamma di dispositivi. Ci sono un sacco di modi differenti attraverso i quali i dispositivi elettronici possono connettersi fra loro, e in genere lo fanno utilizzando una grande varietà di fili, cavi, radio segnali e colpi di luce infrarossa, nonché una altrettanto varietà di connettori, prese e protocolli. La tecnologia Bluetooth è specificatamente progettata per realizzare la comunicazione senza fili per apparecchi di piccole dimensioni. Il concetto chiave ispiratore di questa tecnologia è quello di eliminare completamente i cavi necessari alla comunicazione fra qualsiasi tipo di apparecchio; Bluetooth non si limita ai soli computer ma ad altri diversificati apparecchi elettronici come cellulari, cuffie, proiettori, scanner, videocamere, fotocamere, elettrodomestici vari. Questi collegamenti senza fili sono effettuati usando un ricetrasmettitore ad onde radio che opera nella frequenza di 2,4 GHz, frequenza assegnata per usi industriali. I dispositivi dotati di questa tecnologia comunicano dunque tra loro creando e riconfigurando dinamicamente (la configurazione cambia infatti automaticamente quando si inserisce o si elimina un dispositivo) delle reti ad hoc (dette picoreti ) composte da un massimo di otto nodi (più picoreti possono a loro volta inter connettersi, aumentando le possibilità di espansione). Ciò permette, ad esempio, di sincronizzare i dati di un PC portatile e un PDA semplicemente avvicinando i due apparecchi, oppure di passare automaticamente al viva voce quando si entra in auto parlando al cellulare. Tutto questo è possibile grazie al "Service Discovery Protocol", che permette ad un dispositivo Bluetooth di determinare quali sono i servizi che gli altri apparecchi presenti nella picorete mettono a disposizione. Tale protocollo può fungere sia da server (ossia può essere interrogato da un altro dispositivo e rispondere con i propri servizi) sia da client (interrogando gli altri dispositivi) 16

17 e ogni apparecchio dispone delle informazioni relative ai servizi di cui è capace e dei protocolli supportati: altri apparati potranno fare uso di queste informazioni per determinare le possibilità di interazione con i nodi della picorete. Questo è necessario perché, naturalmente, una stampante Bluetooth non offrirà le stesse possibilità di un PDA o di un auricolare, pertanto occorre che ogni nodo conosca le funzioni e le possibilità di ogni altro nodo della rete. Per fare un esempio concreto, se un telefonino Bluetooth vuole trasferire un messaggio di testo a un PDA, potrà interrogare quest ultimo per sapere se è dotato di funzionalità , o se è in grado di ricevere un testo in altro modo. Quando un dispositivo si inserisce per la prima volta in una picorete, inoltre, effettuerà una "scansione" di tutti i nodi presenti per capire come può interagire con essi. La tecnologia Bluetooth si propone di fornire servizi di rete ai livelli fisico e data-link del modello ISO/OSI di riferimento per le reti di calcolatori. Definisce le specifiche di uno stack di protocolli rappresentato nella seguente figura. Ci sono protocolli di base per la trasmissione dei segnali radio, protocolli di sostituzione di sistemi via cavo, protocolli di controllo della telefonia e protocolli adottati da altri standard. figura 1.1) Lo stack di protocolli Bluetooth. I vari livelli dello stack vengono implementati parzialmente in hardware (soprattutto quelli vicini al 17

18 mezzo fisico) e parzialmente in software (specialmente quelli sopra l'interfaccia host-controller). Lo stack, apparentemente molto complesso, è stato progettato per consentire a svariati dispositivi (telefoni mobili, cuffie audio, casse acustiche, computer palmari, ), costruiti da svariati produttori, di comunicare senza l'utilizzo di fili o cavi. I protocolli di base formano uno stack a cinque livelli costituito dai seguenti elementi: Radio Bluetooth Specifica i dettagli della trasmissione ad onde radio nell'aria; dettagli come la banda delle frequenze del segnale, l'uso dei salti di frequenza, lo schema di modulazione e demodulazione, la potenza di trasmissione, etc BaseBand and Link Controller Riguarda aspetti come l'attivazione della connessione, l'indirizzamento, il formato dei pacchetti, la sincronizzazione, e il controllo della potenza in un piconet: Host-Controller interface Gestisce la comunicazione fra un host separato e il dispositivo Bluetooth. LMP - Link Manager Protocol Responsabile dell'attivazione del collegamento fra dispositivi Bluetooth e della gestione del collegamento in corso. Include aspetti quali l'autenticazione e la crittografia più il controllo e la negoziazione delle dimensioni dei pacchetti in banda base; L2CAP - Logical Link Control and Adaptation Layer Paragonabile al livello LLC delle reti Ethernet, adatta i protocolli di livello superiore al livello in Banda Base. L2CAP fornisce importantissimi servizi affidabili ed orientati alla connessione che lo rendono direttamente utilizzabile come livello di trasporto, alla stessa stregua di come TCP viene utilizzato nell'architettura di 18

19 Internet. SDP - Service Discovery Protocol Fornisce informazioni sui dispositivi, sui servizi e sulle caratteristiche dei servizi che possono essere interrogate per consentire l'attivazione di una connessione fra più dispositivi Bluetooth. RFCOMM - Radio Frequency COMMunication Rappresenta una classica porta seriale RS-232, di cui ne emula le caratteristiche. Ha lo scopo di rendere più trasparente possibile la sostituzione delle tecnologie di trasmissione via cavo. RFCOMM garantisce il trasporto di dati binari ed emula i segnali di controllo RS-232 (quelli tipici delle porte seriali) sul livello Bluetooth in Banda Base. Nello stack sono presenti anche protocolli per la telefonia come TCS BIN - Telephony Control Specification BINary un protocollo orientato ai bit che definisce i segnali di controllo della chiamata per l'attivazione di collegamenti voce/dati fra dispositivi Bluetooth. Sono presenti anche protocolli adottati da altre architettura come il PPP - Point to Point Protocol, i protocolli TCP/UDP/IP di Internet, il più recente protocollo OBEX per il trasferimento di file di dati e i protocolli tipicamente wireless come WAE/WAP. 1.2) Mobile distributed computing In via del tutto generale possiamo dire che un sistema distribuito consiste in una collezione di componenti dislocati su vari computer connessi attraverso una rete telematica ([MASC]). I sistemi distribuiti tradizionali sono evoluti negli anni verso nuovi sistemi di elaborazione e comunicazione: mobile computing, pervasive computing, ubiquitous computing, nomadic computing, ad hoc computing. Anche se alcune similitudini possono essere individuate, ognuno di essi ha un identità ben definita se si guarda ai seguenti aspetti: 19

20 device per device si intende un nodo di rete dotato di capacità di elaborazione autonoma; in base alle sue proprietà di mobilità spaziale si può classificare in: fisso - dispositivi generalmente potenti con grandi quantità di memoria e processori veloci; mobile - dispositivi tipicamente poveri di risorse e con problemi di alimentazione che implicano la loro limitata disponibilità nel tempo. embeddedness per embeddedness si intende il grado di specificità del compito per cui viene progettato un dispositivo nonché il livello di integrazione raggiunto nel costruire il dispositivo che assolve il determinato compito. In base a questo criterio è possibile distinguere tra dispositivi: general purpose - un dispositivo progettato per rispondere a compiti non particolarmente specifici (come PDA, laptop, PC ); special purpose - un dispositivo progettato per rispondere a compiti ben specifici (come microcontrollori, sensori, badges ). connessione di rete con questo attributo ci riferiremo alla qualità del collegamento tra due o più host di rete; essa può essere: permanente - tipicamente una connessione di rete permanente è caratterizzata da un elevata banda ed un basso rapporto bit su errore (BER bit error rate); intermittente - tipicamente una connessione di rete intermittente è caratterizzata da una modesta banda, spesso variabile, ed un BER influenzato fortemente da agenti esterni. 20

21 contesto di esecuzione in letteratura esistono diverse definizioni di contesto. In questo ambito intenderemo per contesto qualsiasi cosa che possa influenzare il comportamento di una applicazione, come risorse interne al dispositivo (stato della batteria, disponibilità della CPU, disponibilità della memoria, dimensione del display) o esterne ad esso (larghezza di banda, affidabilità e latenza del canale, prossimità degli altri dispositivi). Un contesto può essere: statico - se le risorse interne ed esterne variano poco o mai; dinamico - se le risorse interne ed esterne sono soggette a forti cambiamenti ) Classificazione dei sistemi distribuiti Sulla base degli attributi elencati sopra i sistemi distribuiti possono essere classificati in sistemi di: traditional distributed computing sono una collezione di device fissi e general-purpose connessi tra loro attraverso una connessione permanente le cui applicazioni vivono in un contesto di esecuzione statico. nomadic computing i sistemi di nomadic computing rappresentano un compromesso tra i sistemi totalmente fissi e totalmente mobili; sono generalmente composti da un insieme di device mobili general/special purpose interconnessi ad un infrastruttura core con nodi fissi (collegati tra loro attraverso una connessione permanente) generalpurpose. Data la natura del sistema, le applicazioni vivono in un contesto di esecuzione che può essere talvolta statico e talvolta dinamico. ad hoc mobile computing i sistemi distribuiti ad hoc sono costituiti da un insieme di dispositivi mobili, 21

22 tipicamente general-purpose, connessi tra di loro attraverso un collegamento intermittente e senza alcuna infrastruttura fissa, dove le applicazioni vivono in un contesto di esecuzione fortemente dinamico. Gli scenari di ad hoc computing possono essere numerosi; si può pensare ad una scrivania con tanti dispositivi wireless che comunicano tra loro (stampante, PDA, cellulare) o ad un campo di battaglia dove dei tank devono scambiarsi strategie di attacco. pervasive computing si parla di pervasive computing quando il sistema distribuito è composto da un insieme di dispositivi fissi special-purpose (sensori, lettori di badges, microcontrollori, ) connessi tra loro attraverso un collegamento tipicamente permanente le cui applicazioni vivono in un contesto di esecuzione tipicamente statico soggetto solo talvolta a rapidi cambiamenti. Con pervasive computing in pratica si intende la crescente diffusione di dispositivi informatici intelligenti, facilmente accessibili e talvolta invisibili, il cui uso semplifica lo svolgimento dei normali compiti di tutti i giorni (si pensi alle idee e alle innovazioni per la domotica, la domus robotica). Tali dispositivi sono spesso progettati per estendere le applicazioni basate su standard aperti alla vita quotidiana e sono molto spesso incorporati nell'ambiente in cui operano (sensori di posizione, sensori di luminosità, ). ubiquitous computing i sistemi di ubiquitous computing sono costituiti da un insieme di dispositivi mobili, per la maggior parte special-purpose connessi tra loro attraverso collegamenti intermittenti e le cui applicazioni vivono in un contesto tipicamente dinamico. I sistemi di ubiquitous computing nascono dall evoluzione dei sistemi di pervasive computing data dall introduzione della mobilità dei dispositivi (per questo spesso i due termini sono usati come sinonimi). Con l ubiquitous computing i device faranno parte dei nostri naturali movimenti ed interazioni con i normali ambienti del 22

23 prossimo futuro: tutto ciò che è possibile immaginare con i computer e le telecomunicazioni, in movimento, fermi, in cielo, in terra o in mare può essere considerato ubiquitous computing ) Nomadic computing Abbiamo detto che i sistemi di nomadic computing rappresentano un compromesso tra i sistemi totalmente fissi e totalmente mobili; rappresentano quindi a nostro avviso un passo intermedio per evolvere verso i sistemi di elaborazione completamente mobili. L attenzione di questa tesi è rivolta ai sistemi di nomadic computing perché rappresentano oggi un paradigma di comunicazione che meglio si adatta al nostro fare quotidiano. Ogi viviamo in un disconnected world dove il più delle volte viaggiamo da una postazione fissa all altra, ufficio, casa, aeroporti, hotel, portando con noi i nostri computer e i dispositivi di comunicazione. La combinazione del mobile computing supportato dalle telecomunicazioni emergenti, sta cambiando oggi il nostro modo di vedere l elaborazione delle informazioni. Si riconosce, giorno dopo giorno, la necessità di accedere alle risorse anche quando si è in movimento e durante la migrazione da un contesto ad un altro; ovvero: anytime, anywhere access! D altra parte, quando si pensa allo sviluppo di questi ambienti di elaborazione distribuita, le infrastrutture di rete oggi disponibili rappresentano il giusto compromesso tra carico computazionale e leggerezza dei dispositivi mobili. Pertanto gli scenari di nomadic computing nell ambito dell office automation, nella domotica o in tutti quegli ambienti con nodi fissi in grado di offrire servizi e capaci di ospitare dispositivi mobili (aeroporti, gallerie d arte, aerei, navi da crociera, strutture abitative ) diventeranno sempre più diffusi e costituiranno il passo da compiere per raggiungere l obiettivo all the time, everywhere access dei futuri scenari di ubiquitous e pervasive computing ) Middleware per nomadic computing I middleware rappresentano quella infrastruttura software tra i sistemi operativi e le applicazioni distribuite, nata per nascondere la complessità introdotta dalla rete (eterogeneità delle piattaforme, dei linguaggi di programmazione, dei sistemi operativi, ). Nello sviluppo di middleware per sistemi 23

24 distribuiti tradizionali è richiesto che i meccanismi di trasparenza introdotti rispondano a requisiti di qualità (non funzionali) come scalability, heterogeneity, openness, fault-tolerance, resource sharing I sistemi di nomadic computing condividono gli stessi requisiti non funzionali dei sistemi distribuiti tradizionali, tuttavia alcuni di essi vanno rivisti in ragione delle variate circostanze in cui ci si trova ad operare. La scalabilità del sistema è relativa all abilità di servire un ampio numero di dispositivi mobili in modo efficiente. L eterogeneità è complicata dalla presenza di differenti link di rete (wireless/wired), diverse tecnologie e dispositivi mobili possono coesistere nello stesso ambito di rete. La fault tolerance può dipendere dal tipo di applicazione, ma in generale le disconnessioni (nessuna copertura radio, l alimentazione del dispositivo portatile si esaurisce, l ambiente è rumoroso) potrebbero non essere un malfunzionamento o un eccezione bensì un requisito funzionale. Contrariamente ai requisiti non funzionali, le esigenze e le ipotesi alla base dello sviluppo dei middleware classici (i requisiti funzionali) cambiano quando si va incontro agli ambienti mobili. I middleware per sistemi di nomadic computing devono introdurre un carico computazionale leggero, fornire un paradigma di comunicazione asincrono e assicurare la context awareness alle applicazioni. I middleware per sistemi classici invece fanno l esatto opposto e mal si adattano agli ambienti di nomadic computing. In particolare i punti di divergenza che spingono i ricercatori ad esplorare nuove soluzioni sono: Carico computazionale il tipo di carico computazionale introdotto dai middleware classici è tipicamente heavy-weight (richiede una grossa quantità di risorse per fornire servizi alle applicazioni soprastanti), contrariamente al carico light-weight richiesto dai middleware per ambienti mobili, data la presenza di dispositivi con capacità limitate. Paradigma di comunicazione i middleware classici assumono, come base per il loro corretto funzionamento, la presenza di connessioni stabili e permanenti tra i nodi di rete e di conseguenza 24