UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTÀ DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTÀ DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA INFORMATICA Tesi di Laurea in Applicazioni Telematiche Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto Relatori: Candidato: Prof. Massimiliano De Magistris Michele Pesce Prof. Simon Pietro Romano matr. 885/193 Correlatori: Ing. Massimo Nicolazzo Ing. Massimo Attanasio Anno Accademico 2009/2010

2 Ad Eleonora e Flavia

3 Ringraziamenti: alle mie figlie Eleonora e Flavia, le mie muse ispiratrici. La loro esistenza è il sostegno di tutte le mie fatiche. a mia madre ed ai miei fratelli lontani geograficamente, sempre e comunque presenti al mio caro amico Rocco (che io chiamo Rock, in assonanza con le mie preferenze musicali)con cui ho avuto il piacere di condividere lunghe ore di studio, sudore, e stress, ma anche tanta soddisfazione per i risultati conseguiti nelle tappe più impegnative. a Davide, per la sua amicizia e la preziosa consulenza offertomi in quest ultima mia fatica a Sergio, Mauro, Nella, Patrizia e MariaFrancesca per la loro amicizia e disponibilità sempre presenti nei momenti più difficili ai docenti relatori Massimiliano e SimonPietro per la disponibilità e cordialità. all amica Alessandra De Benedictis, per la sua generosità d animo a Massimo Attanasio per il supporto e la collaborazione all amico Massimo Nicolazzo, già complice di allegre e goliardiche scorribande festaiole, per il suo fondamentale supporto da correlatore a chi in famiglia ha posto veti ed ostacoli al raggiungimento di questo traguardo, mi ha semplicemente offerto stimoli ulteriori a proseguire fino in fondo

4 INDICE Introduzione 1 Capitolo 1 ESPERIMENTI DI LABORATORIO E CONTROLLO REMOTO LabVIEW ed i Virtual Instruments LabVIEW ed il modello di comunicazione nativo Limiti e vincoli del pannello remoto Approcci tecnologici Piattaforma di Virtual Learning Sistemi multicanale Fat clients e web services Oltre Labview: lo studio di un modello indipendente da sistemi proprietari 20 Capitolo 2 SOLUZIONI ICT PER IL CONTROLLO TELEMATICO 2.1 Il web Ajax ed http Java Servlet e Apache Tomcat Comet e Server-Push Virtual Network Computing Le macchine virtuali Concetti Generali Virtual Box 40 Capitolo 3 UN APPLICAZIONE PER LA REMOTIZZAZIONE DEL LABORATORIO 3.1 Il processo di sviluppo e l ingegneria del software Il dominio del problema: acquisizione ed analisi dei requisiti Modellazione UML Il dominio della soluzione: progetto del sistema Il proxy-dispatcher ed il modello architetturale Il protocollo WQH Esempio di interazione 69

5 3.4 Implementazione Sviluppo client Sviluppo server Algoritmo e strutture dati Testing e debugging Deployment e rilascio finale Configurazione di Apache Tomcat Esempio di utilizzo Tracciamento del protocollo nei logs Architettura Hardware 98 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI 101 APPENDICE- Il problema dell URL nascosto 104 DIZIONARIO DEGLI ACRONIMI 106 BIBLIOGRAFIA 107

6 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 1 Introduzione Il termine teledidattica (e-learning) afferisce all insieme di tutte le soluzioni tecnologiche che consentono ad un fruitore di saperi di poter accedere a delle informazioni che risiedono in una sede diversa dal luogo in cui la richiesta è stata generata. Questa definizione, ancorché di carattere molto generale, vuole porre l attenzione sul fatto che il richiedente non è un utente qualsiasi ma un fruitore di saperi cioè un particolare portatore di interessi molto speciale ed esigente, con bagaglio culturale specifico, nonché attento alla qualità della informazione che gli viene proposta, tanto nel merito quanto nel metodo. In particolare il metodo, è fondamentale e dirimente per l erogatore di saperi, qualsiasi sia la modalità di fruizione delle informazioni, ma con l insegnamento a distanza l approccio metodologico è un aspetto molto critico, ed il supporto adeguato di opportune tecnologie è un sostegno da cui non si può prescindere. Dall avvento delle moderne tecnologie basate sul Web ad oggi, la teledidattica è un soggetto molto studiato nella ricerca accademica, ed utilizzato da svariati enti, imprese, ed istituzioni sia nel settore pubblico che privato. Nel contesto storico sociale attuale, grazie alle moderne tecnologie telematiche, la mobilità fisica è spesso sostituita dalla mobilità virtuale dove ciò che si muove sono le idee, le informazioni ed i saperi. In questi ultimi tre lustri, vi sono state innumerevoli esperienze di insegnamento a distanza, non tutte però caratterizzate da eguale efficacia e successo. Tra quelle, che a parere dello scrivente, meritano menzione vi è il progenitore delle attuali, più discutibili, università telematiche ossia il Consorzio Nettuno[1] i cui corsi tele- impartiti sono un esempio di teledidattica dove, anche se il media tecnologico era la classica televisione, lo studente ha avuto l opportunità di seguire lezioni tenute da autorevolissimi docenti, semplicemente azionando un telecomando di un televisore o videoregistratore. Oggi le esigenze e le proposte sono più sofisticate e pertanto si richiedono tecnologie ancora più avanzate; la pubblicazione a distanza di esperimenti di laboratorio piuttosto che di esami di telemedicina hanno bisogno di un supporto tecnologico più adatto a consentire accessi interattivi, rispetto alla tradizionale pubblicazione unidirezionale di contenuti come una video lezione. Il supporto al web nelle sue emanazioni più avanzate è un requisito irrinunciabile per la realizzazione di sistemi tele-didattici interattivi e virtuali. In realtà è proprio l innovazione

7 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 2 tecnologica che stimola gli addetti del settore ad inventare e proporre soluzioni che modificano o stravolgono le nostre abitudini, nel senso culturale del termine. Nel mare-magnum delle tecnologie telematiche e del web in particolare, l operatore tecnologico chiamato a studiare una soluzione di problema che richiede l uso dell ICT, ha l arduo compito di scegliere, fra le varie opzioni presenti, quelle più avanzate ma allo stesso tempo tecnologicamente mature, le deve assemblare e realizzare un sistema customizzato, la figura del tecnologo è quella di un ingegnere/architetto software che mira a realizzare un manufatto efficace, efficiente e soprattutto non affetto da obsolescenza; quest ultimo requisito impatta sull efficacia e l efficienza; la velocità con cui la tecnologia avanza rende il compito nient affatto facile. La diffusione di massa delle reti di telecomunicazioni [4] e la crescente disponibilità di banda, hanno, inoltre, aperto nuovi scenari alla didattica sperimentale. Oggi anche dipartimenti universitari e/o industriali che utilizzano congiuntamente apparecchiature sofisticate, e prodotti software finalizzati alla progettazione di esperimenti complessi nell ambito dei circuiti elettronici, realizzano laboratori la cui fruizione non può essere relegata esclusivamente nel luogo in cui essi risiedono. Il dipartimento di Ingegneria elettrica, sfruttando l hardware prototipale realizzato per la didattica, ha predisposto un vero laboratorio remoto per la sperimentazione sui circuiti: un sistema hardware e software che consente agli utenti di interagire, attraverso la rete internet, con processi fisici dislocati in altri posti, permettendo così la fruizione di veri esperimenti da luoghi diversi dal laboratorio. L architettura del sistema appare come illustrato nella seguente figura: Struttura del laboratorio remoto Tanto premesso per introdurre lo scopo del presente lavoro: Applicazione web per la remotizzazione di un laboratorio basata su code.. I requisiti cui deve soddisfare l applicazione, in relazione alla figura 1.1, prevede di inserire fra il client(utente + interfaccia web) ed il server un componente che disciplini gli accessi agli esperimenti, e che consenta la fruizione contemporanea di istanze di esperimenti diversi. Le tecnologie web che sono alla base della soluzione sono abbastanza

8 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 3 avanzate ed il loro assemblaggio richiede che vengano applicati i paradigmi dell ingegneria del software nelle varie angolazioni, e si operi l enucleazione di due macro-problemi: Il proxing e dipatching delle richieste del client. La creazione di istanze virtualizzate dell applicazione server. L elaborato si sostanzia in tre capitoli: il primo tratta LabView (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) il principale software proprietario prodotto dalla National instruments, un ambiente di sviluppo integrato su cui ci si soffermerà in relazione alle potenzialità di controllo remoto. Tale software è il principale (ma non l unico)strumento utilizzato per gli esperimenti elettronici in ambito accademico, ed è il riferimento più importante in quanto, nel contesto del laboratorio di cui vogliamo remotizzare gli esperimenti, è il principale erogatore di contenuti da fruire a distanza; il secondo capitolo descrive in modo panoramico quelle che sono le tecnologie IT maggiormente utilizzate in ambito telematico e che costituiscono le soluzioni tecniche dell applicazione; il terzo capitolo è il progetto vero e proprio, elaborato secondo i paradigmi del Software Engineering in cui si usano le tecnologie descritte nel capitolo precedente. Le conclusioni e gli sviluppi futuri indicano una possibile soluzione che fa uso del modello Comet/Server-Push.

9 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 4 CAPITOLO 1 Esperimenti di laboratorio e controllo remoto Il presente lavoro ha l obbiettivo di consentire la fruizione remota degli esperimenti didattici nell ambito del laboratorio di Ingegneria Elettrica dell Università Federico II di Napoli. Anche se non vi è alcun vincolo ad utilizzare uno specifico software in grado di erogare esperimenti di Laboratorio elettrico ed elettronico ( ad Esempio MatLab) la scelta di dedicare ampio spazio a LabVIEW deriva dal fatto che esso è uno strumento software molto diffuso, studiato da un ampia comunità, sia in ambito industriale che accademico. Ormai è uno standard de Facto, e grazie alle sue caratteristiche avanzate, LabVIEW può essere un componente integrabile in sistemi software più sofisticati. 1.1 LabVIEW ed i Virtual Instruments LabVIEW [2] è l'ambiente di sviluppo integrato per il linguaggio di programmazione visuale di National Instruments. Tale linguaggio grafico viene chiamato Linguaggio G. Originalmente realizzato per Apple Macintosh nel 1986, LabVIEW viene utilizzato principalmente per acquisizione e analisi dati, controllo di processi, generazione di rapporti, o più generalmente per tutto ciò che concerne l'automazione industriale su diverse piattaforme come Windows, Linux, Mac OS, e controllori National Instruments. Il linguaggio di programmazione usato in LabVIEW si distingue dai linguaggi tradizionali perché grafico, e per questa ragione battezzato G-Language (Graphic Language). Un programma o sottoprogramma G, denominato VI (Virtual Instrument), non esiste sotto forma di testo, ma può essere salvato solo come un file binario, visualizzabile e compilabile solo da LabVIEW. La definizione di strutture dati ed algoritmi avviene con icone e altri oggetti grafici, ognuno dei quali incapsula funzioni diverse; tali oggetti sono uniti da linee di collegamento (wire), in modo da formare una sorta di diagramma di flusso. Tale linguaggio viene definito dataflow (flusso di dati) in quanto la sequenza di esecuzione è definita e rappresentata dal flusso dei dati stessi attraverso i fili monodirezionali che collegano i blocchi funzionali. Poiché i dati possono anche scorrere in parallelo attraverso blocchi e fili non consecutivi, il linguaggio realizza spontaneamente il multithreading senza bisogno di esplicita gestione da parte del programmatore.

10 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 5 La semplicità di programmazione (abbastanza intuitiva in quanto modellata su un diagramma di flusso), la semplicità di utilizzo (l'utente finale dispone di uno strumento virtuale disegnato sullo schermo del computer) e la grande versatilità, hanno reso LabVIEW molto impiegato e diffuso nell'ambito dell'acquisizione dei dati e nel loro controllo nei processi industriali, nonché nel campo della ricerca scientifica (tramite LabVIEW sono gestiti i sistemi DAQ degli acceleratori di particelle).è determinante anche la velocità di realizzazione del software, che si limita spesso al semplice collegamento di blocchi già pronti, grazie alla vasta libreria di funzioni predefinite e driver per la gestione dell'hardware. LabVIEW è completamente integrato per la comunicazione con l'hardware di tipo GPIB (488.2), VXI, PXI, RS-232, RS-485 e dispositivi DAQ plug-in. I programmi LabVIEW sono pienamente compatibili con tutti i modelli dei più importanti costruttori di strumenti programmabili e schede di acquisizione. Nell'ambiente di sviluppo, i VI constano di tre componenti principali: Il pannello frontale Lo schema a blocchi Il riquadro connettori Figura 1.1 Snapshot VI In figura 1.1 è illustrato un semplice VI che calcola la lunghezza dell'ipotenusa di un triangolo rettangolo. Sono visibili il pannello frontale (in alto) e il diagramma a blocchi (in basso). Il pannello frontale è l'interfaccia utente del VI. Si realizza con controlli e indicatori, che costituiscono i terminali interattivi d'ingresso e d'uscita, rispettivamente. Sono ben più numerosi

11 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 6 e complessi dei widget normalmente forniti dal sistema operativo. I controlli sono matrici, manopole, potenziometri, pulsanti, quadranti e molti altri; simulano i dispositivi d'ingresso degli strumenti e forniscono dati allo schema a blocchi del VI. Gli indicatori sono grafici, tabelle, LED, termometri e molti altri; simulano i dispositivi d'uscita degli strumenti e visualizzano i dati che lo schema a blocchi acquisisce o genera. Lo schema a blocchi è il diagramma di flusso che rappresenta il codice sorgente in formato grafico. Gli oggetti del pannello frontale appaiono come terminali di ingresso o uscita nello schema a blocchi. Gli oggetti dello schema a blocchi comprendono: terminali funzioni costanti strutture chiamate ad altri VI (subvi) fili di collegamento commenti testuali Le funzioni sono chiamate esse stesse VI, anche se non hanno un loro pannello frontale e un loro schema a blocchi. Possono avere un numero indefinito di ingressi e di uscite come ogni VI. Le strutture eseguono il controllo di flusso di base. Ad esempio il ciclo FOR è rappresentato da un contenitore quadrato, che ripete N volte la porzione di schema a blocchi che si trova al suo interno. I fili di collegamento possono trasportare teoricamente qualunque mole di dati di qualunque tipo, anche aggregati (bundle) definiti dal programmatore. Il colore e lo spessore del filo cambiano di conseguenza per permetterne una facile identificazione. Ad esempio gli interi scorrono su fili blu e le stringhe su fili rosa. Lo schema a blocchi può essere reso visibile anche durante l'esecuzione, cosa molto utile in fase di debug, in quanto a richiesta si può visualizzare con un'animazione al rallentatore il movimento dei dati lungo i fili e il loro valore momentaneo. Ogni VI può essere a sua volta utilizzato come subvi (o sottovi) e comparire all'interno dello schema a blocchi di altri VI, proprio come una qualsiasi funzione, e come tale può avere ingressi e uscite a cui collegare le linee di flusso. Il riquadro connettori serve appunto a definire qual è

12 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 7 l'aspetto del VI quando appare come subvi in uno schema a blocchi: che facciata ha l'icona, ma soprattutto come e dove vanno collegate le linee per permettere il passaggio dei dati. In generale con pochi click ogni controllo può essere associato a un ingresso e ogni indicatore può essere associato a un'uscita. A partire dai VI si possono anche creare eseguibili a sé stanti e librerie condivise (DLL), perché LabVIEW è un vero compilatore a 32 bit. Per usare tali eseguibili e DLL non occorre un'installazione di LabVIEW, ma è necessario che sul computer di destinazione sia installato almeno il run-time engine di LabVIEW, peraltro distribuito gratuitamente. 1.2 LabVIEW ed il modello di comunicazione nativo LabVIEW dispone di un insieme di caratteristiche per la comunicazione in ambito networking, ciascuna di esse è applicabile a seconda dei requisiti di rete afferenti la specifica applicazione. L introspezione di questo insieme è utile a verificare se in sede di fattibilità o progetto si può utilizzare un modello di comunicazione nativo, sfruttando le caratteristiche già disponibili dal software, ed implementate in modo ottimizzato dal costruttore, evitando dispendiose ed inefficienti soluzioni che replicano quelle esistenti. La versione disponibile in laboratorio è la 7.1, tuttavia, al fine di esplorare le caratteristiche più aggiornate, è stata effettuata un analisi della versione Tale approccio è stato utile in quanto, dal punto di vista dell analisi della fattibilità, occorre stabilire se, laddove possibile, l acquisto di un prodotto più aggiornato migliora le prestazioni del sistema nel suo complesso. In altre parole, se il beneficio di un prodotto aggiornato, in termini di efficienza e prestazioni, è superiore al costo di acquisto, vale la pena investire nello sforzo economico. Dal momento in cui il dipartimento non ha posto il vincolo economico, si è ritenuto utile acquisire una versione trial del LabVIEW 2010 ed, in relazione agli obiettivi dell applicazione da realizzare, è stato fatto un confronto fra la potenziale nuova versione e la vecchia attualmente in esercizio in laboratorio. Si riporta la tabella estratta dal manuale d uso [3] in cui sono elencate le caratteristiche di comunicazione e le relative proprietà: Networking Feature Network Streams Use Case Stream data continuously between two Programming Required Lossless Data Transmission Multiple Writers/Readers Transmission Delay Yes Yes One-to-one Low High Transfer Rate

13 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 8 Shared Variable DataSocket functions with the psp protocol DataSocket functions with the dstp protocol (Windows) DataSocket functions with the opc protocol Application Control VIs and Functions Remote Front Panels on the LabVIEW Web Server Web Services on the Application Web Server HTTP Client VIs SMTP VIs TCP VIs and Functions UDP VIs and Functions LabVIEW applications. Share live data with other VIs on your computer, a remote No computer, or Yes Many-to-Many Low High deployed to a target. Share live data with other VIs on your computer, a remote Yes computer, or Yes Many-to-Many Low High deployed to a target. Share live data with other VIs on your computer, a remote Yes computer, or No Many-to-Many Medium High deployed to a target. Retrieve live data from an industrial network using Yes No Many-to-Many Low High DataSocket as an OPC client. Programmatically control VIs and LabVIEW applications across Yes Yes One-to-one Medium Medium a network by way of the TCP protocol and VI Server. View and control a VI front panel remotely using LabVIEW or a Web browser. Deploy LabVIEW applications as Web services. No Yes One-to-Many Medium Low No Yes Many-to-Many Medium Low Build a Web client that interacts with Yes servers, Web pages, Yes One-to-Many Medium Low and Web services. Send an with Yes data attached. Yes One-to-Many High High Communicate with an instrument that uses a protocol Yes Yes One-to-One Medium High based on TCP. Communicate with Yes a software package No One-to-Many Low High

14 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 9 (Mac OS X) Apple Events (Linux) Pipes VIs IrDA Functions Bluetooth VI and Functions that uses a protocol based on UDP. Send messages to request actions or return information from Mac OS X applications. Yes Yes One-to-One Low Low Communicate between LabVIEW and unrelated processes using Linux named pipes. Yes Yes One-to-One Low Low Establish a wireless connection to a remote computer. Yes Yes One-to-One Medium Low Establish a wireless connection to a Yes Yes One-to-One Medium Low Bluetooth device. Tabella 1.1- LV 2010 communication features L obiettivo dell applicazione è quello di visualizzare e controllare l esperimento direttamente sul VI remoto in esecuzione sull applicazione LabVIEW residente sulla macchina server. In altri termini, il fruitore del servizio deve operare sul suo computer manipolando il VI in esecuzione su labview server. Dalla tabella è possibile osservare che National Instruments ha implementato diverse caratteristiche di networking a seconda della specificità del sistema che si interfaccia a LabVIEW. In ogni caso, si può osservare che tutte le configurazioni sono sottoposte a vincoli o limitazioni (illustrati in ciascuna colonna) che il progettista del sistema deve considerare nell analisi della fattibilità. Senza entrare nel merito di ciascuna delle caratteristiche disponibili, ed attenendosi strettamente al problema che riguarda il presente lavoro osserviamo che: 1) Non deve essere necessaria nessuna attività di programmazione G, cioè il modello di comunicazione da noi prescelto deve essere indipendente dallo specifico VI e quindi dall esperimento. Pertanto tutte le caratteristiche che presentano il valore Yes nella colonna Programming required non devono essere prese in considerazione. 2) La trasmissione deve essere senza perdite quindi occorre considerare le caratteristiche Lossless Data Transmission=yes. 3) L opzione Multiple Writers/Readers= Many-to-Many sarebbe l ottimale; in tal caso avremmo un sistema di accesso multiplo totalmente concorrente, ma a causa di vincoli hardware questa opzione non è possibile. Tuttavia, come si vedrà più avanti, è possibile che ogni

15 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 10 fruitore remoto possa controllare più esperimenti in concorrenza, fatto salvo il vincolo di coda. Pertanto si prende in considerazione l opzione Writers/Readers= One-to-Many. 4) Si può ammettere anche una minima latenza fra il client ed il server pertanto una configurazione di tipo Transmission Delay=medium è accettabile. 5) La velocità di trasmissione è un aspetto molto critico, ad esempio la remotizzazione di un VI contenente uno schermo di un oscilloscopio può comportare prestazioni molto scadenti ed il fruitore sul client potrebbe vedere un esperimento sostanzialmente inconsistente; pertanto è necessario una caratteristica del tipo Transfer Rate=high. Il modello di comunicazione fra quelli presenti in tabella, che soddisfa, almeno in parte i requisiti ed i vincoli imposti dall applicazione che si vuole progettare è quello evidenziato in rosso. Tuttavia il vincolo più critico imposto al punto 5) è disatteso per cui si impone una strategia differente. Nel prossimo paragrafo, vengono evidenziati i problemi connessi e le raccomandazioni relative alla scelta del pannello remoto sul LabVIEW web-server e dichiarati dalla stessa NI. 1.3 Limiti e vincoli del pannello remoto Le raccomandazioni ed i vincoli posti da NI in seno alla scelta di utilizzare il pannello remoto come metodo di controllo a distanza, sono piuttosto restrittivi sia in termini di costo economico sia in termini di prestazioni e flessibilità. Si riporta in figura l illustrazione relativa ad un pannello remoto incapsulato in Internet Explorer.

16 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 11 Figura 1.2. Un pannello remoto visualizzato all interno di un web browser. Per quanto concerne l aspetto economico NI impone l uso di LV professional per disporre di un massimo di cinque connessioni client contemporanee. Altre versioni di LV di fascia inferiore consentono l accesso ad un solo client. Il pannello remoto altro non è che il VI in esecuzione sul server incapsulato in un ActiveX object installatabile come plug-in nel web browser. La tecnologia ActiveX è di proprietà Microsoft e pertanto, a parte i noti problemi di sicurezza che, in generale, la presenza di tali oggetti comporta, impone il preventivo download ed installazione del plug-in sul browser e vincola il client ad utilizzare esclusivamente Internet Explorer. Inoltre, per quanto il plug-in consenta una riproduzione sostanzialmente fedele del VI sul server, NI impone le seguenti restrizioni: non è sempre possibile controllare le dimensioni e le disposizioni degli oggetti all interno del pannello. particolari oggetti componenti il VI non sono correttamente visualizzati nel web browser quindi se ne sconsiglia l utilizzo. evitare di esportare VI con cicli while ma senza funzioni wait oggetti che effettuano browsing di file non hanno significato sulla macchina client.

17 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 12 eventi asincroni sulla macchina server non sono propagati sul remote panel. In ogni caso, tutti i VI che non risentono di questo tipo di restrizioni, possono essere remotizzati, quanto meno per scopi puramente di test o dimostrativi. 1.4 Approcci tecnologici I vincoli di comunicazione intrinseci di LV, insieme al diffuso utilizzo di questosoftware hanno spinto il mondo della ricerca a studiare e proporre delle soluzioni tecnologiche il cui obiettivo è quello di remotizzare gli esperimenti di laboratorio. Occorre ribadire che, benché LV sia il più diffuso software di laboratorio e di controllo di processi industriali, altri prodotti come MatLab trovano ampio spazio, perlomeno in ambito accademico Piattaforma di Virtual Learning Un progetto prototipale che utilizza LV2010 non solo come erogatore di esperimenti circuitali, ma come ambiente integrato di virtual Learning[5] è un esempio di come LV possa essere sfruttato come un multi services-server in senso lato dove però la didattica di laboratorio e lo stesso VI restano centrali al sistema. In altri termini la piattaforma prevede un sistema di chat fra gli studenti, fra il docente e gli studenti, video conferenza nonché un repository di documenti didattici nonché, ovviamente, i VI remotizzati; in sostanza un modello multimediale di comunicazione che pone al centro un aula/laboratorio virtuale. L architettura di sistema è illustrata nella seguente figura 1.3. Gli studenti, tramite il web browser, possono chattare, leggere documenti, utilizzare strumenti condivisi, nonché accedere ai VI incapsulati nel browser attraverso la tecnica del pannello remoto. In questo caso il VI rappresenta una sorta di rudimentale Learning Object[6] riusabile all interno del sistema. L accesso alla piattaforma, come è tipico dei virtual learning environment, prevede che sia regolato da procedure di accounting e che le informazioni persistenti vengano memorizzate in un database. In figura 1.4 è illustrata l architettura si sistema; in sostanza è facilmente osservabile che il LV2010 web-server oltre alle funzionalità di base (laboratorio) implementa un canale d accesso al database, una directory condivisa contente materiale didattico. La proposta è relativamente recente ed implementata in forma prototipale, tuttavia anche in questo caso le criticità relative al pannello remoto restano tutte e la pubblicazione di VI sofisticati presenta gli stessi problemi discussi nel paragrafo precedente.

18 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 13 Figura 1.3. Piattaforma di Virtual Learning basata su LabVIEW. Figura 1.4. Architettura di sistema.

19 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto Sistemi multicanale La possibilità di fruire di due o più esperimenti (VI) in concorrenza, il cui problema è stato enucleato nell introduzione, è una delle caratteristiche critiche di un laboratorio virtuale. L obiettivo di questo lavoro è la ricerca di una soluzione software al problema, ossia la ricerca di un modello virtuale che consenta la moltiplicazione delle istanze server in esecuzione in ogni istante. In ogni caso le istanze hardware devono essere reali e separate, un esperimento su un circuito di Chua va realizzato su di un dispositivo elettronico che è fisicamente diverso da un circuito RLC serie di cui si vuole osservare il comportamento in regime lineare. Le interfacce periferiche a loro volta possono essere schede PCI, USB, Gpib ed operano su diverse apparecchiature. Il sistema che si illustra in questo paragrafo è basato su una piattaforma hardware multicanale [7][8]. La tecnologia alla base di questo sistema si basa su una configurazione mista hardware e software che è centrata sul protocollo di comunicazione fra sistemi hardware denominato CAN (Controlled Area Network). Il protocollo consente lo scambio di dati in forma seriale, ed utilizzato in applicazioni industriali. La sua principale caratteristica è la modalità di accesso ad un bus condiviso basato su un meccanismo di priorità ad arbitraggio. La seguente figura 1.5 illustra l architettura hardware semplificata del sistema. Figura 1.5. Architettura di un sistema multicanale.

20 Applicazione web per l accesso tramite code ad un laboratorio remoto 15 La periferica di tipo alla quale va collegato il bus è una periferica di rete industriale denominata PCIcan card; è una periferica special purpose in grado di gestire la comunicazione fra il pc server e le periferiche connesse sul bus CAN. I circuiti oggetto dell esperimento devono essere interfacciati con un particolare microcontrollore(atmel s 89c51cc01) che oltre ad operare la conversione dei dati DAC/ADC deve, principalmente, gestire le comunicazioni CAN. La seguente figura 1.6 riporta lo schema a blocchi del circuito in misura equipaggiato con il microcontrollore. La configurazione software viene operata a livello di programmazione G del VI, in sostanza ogni VI da inserire nel sistema, deve essere programmato per la gestione del canale di comunicazione CAN e quindi deve essere implementato un sottoprogramma ad hoc. Nella figura 1.7 è illustrato un particolare VI in cui sono evidenziati tre blocchi: quello più a sinistra è il gestore della comunicazione, i due più a destra riguardano i dati TX ed RX. Oltre alla programmazione del VI, occorre la programmazione Firmware per la identificazione del canale. Il dispatching sul web avviene tramite il pannello remoto. Sebbene la soluzione tecnologica sia interessante in relazione alla possibilità di visualizzazione concorrente, resta il problema della pubblicazione su internet. Inoltre bisogna considerare il costo dell hardware ed il fatto che per ogni VI si richiede un ulteriore sforzo di programmazione per la gestione della comunicazione con il canale CAN. Figura 1.6. Schema a blocchi di un set hardware di misura

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