Progetto Rete di rilevamento del Gargano www.meteogargano.com (assoc. inmeteo) - Filippo Gurgoglione 24 giugno 2008 Sommario Cenni e linee generali sul progetto Rete di rilevamento del Gargano. Indice 1 Finalità e obiettivi 2 2 Schema logico 2 3 Rete fisica e internet: rete virtuale 2 4 Metodi di comunicazione - Wi-Fi 4 5 Metodi di comunicazione - GPRS/UMTS 4 6 Il server 5 7 Flusso dei dati 5 8 Il software di gestione 6 9 Il database 6 10 Hardware e Software nelle postazioni 7 11 Località disponibili 7 12 Una stazione su Monte Calvo 8 13 Finanziamenti 8 14 Tempi 8 1
15 Su questo documento 9 1 Finalità e obiettivi Questo documento è stato redatto con l intenzione di rendere noti i principi di funzionamento e le specifiche tecniche che riguardano il progetto Rete di rilevamento del Gargano. Il progetto ha queste finalità: studiare le peculiarità climatiche che compongono il mesoclima del Gargano, con l installazione di stazioni di rilevamento meteologico, antenne per il rilevamento di fulmini e di radar; valorizzare il paesaggio, grazie all installazione di più webcam; fornire un appoggio a studi di carattere scientifico di scala eventualmente maggiore, con particolare riferimento a quelli riguardanti la composizione chimica dell aria, le risorse energetiche alternative, i metodi di comunicazione. Si tratta di un progetto molto vasto, ma che va affrontato con molta gradualità. In particolare gli sforzi saranno concentrati prevalentemente all installazione di stazioni e di webcam, data la relativa abbordabilità nei costi e nella progettazione. 2 Schema logico Dobbiamo innanzitutto progettare un modello semplificato della rete nelle sue connessioni logiche, che escluda le specifiche tecniche. La tipologia fisica della rete è a stella. La rete prevede una serie di postazioni (chiamiamoli da ora host). Essi devono essere in comunicazione rispetto a uno o più server centrali in modo bilaterale (accesso full-duplex); per il momento prendiamo in considerazione la possibilità di avere un solo server. Anche se questo non ha importanza ai fini pratici, ogni host può essere autorizzato a comunicare con gli altri. Tuttavia, previo accesso al server centrale, nessuno può accedere direttamente ad un singolo host. La situazione descritta è - sul piano logico - quella di una LAN (rete locale) ed è illustrata nel diagramma 1. 3 Rete fisica e internet: rete virtuale Se sul piano logico gli host si trovano nella stessa LAN, su quello fisico non necessariamente è così. La connessione tra un host e un server può essere 2
SI Agente esterno NO Figura 1: Diagramma 1 interna se i dati vengono fisicamente mandati al server oppure esterna se i dati attraversano una WAN (come Internet) e poi tornano al server. In quest ultimo caso è conveniente parlare di rete virtual o VPN: i computer sono connessi tra loro come se fossero nella stessa LAN, in modo trasparente, nonostante attraversino lunghe distanze attraverso reti molto più grandi. Nel diagramma in basso le freccie nere rappresentano il percorso fisico di host connessi in internet tramite gprs, quelle blu le possibilità di connessione di una VPN. Come si può notare, è anche possibile connettere internamente alcuni host (tramite wi-fi ad esempio) e esternamente altri (tramite gprs o umts). E anche possibile creare reti interne costituite da una postazione dotata di accesso a internet (possiamo chiamarlo gateway) e più postazioni che si collegano a quest ultima tramite - ad esempio - wireless o ethernet. In questo modo è possibile accrescere - tenuti sempre presenti i limiti di banda del server e dei vari gateway - la rete superando le barriere fisiche. La rete va implementata usando il protocollo TCP/IP; si useranno indirizzi IPv4 di classe C; il server e i gateway fanno parte della sottorete 192.168.100.x, le varie reti interne 192.168.101.x e così via. 3
INTERNET VPN Figura 2: Diagramma 2 4 Metodi di comunicazione - Wi-Fi Quella della scelta del metodo di comunicazione è una questione complessa, che influenza in modo notevole il budget che va assegnato a ogni postazione e quello annuale. Una buona scelta - che tuttavia richiede conoscenze di elettronica, un notevole investimento iniziale, autorizzazioni presso il Ministero delle Telecomunicazione e patentino - è l utilizzo del Wi-Fi. Si veda a tal proposito su www.quantotira.net le potenzialità del Wi-Fi. Esso permette di coprire buone distanze e velocità da streaming video. 5 Metodi di comunicazione - GPRS/UMTS Una scelta più semplice è quella di utilizzare gprs/umts. I modem gprs costano poco (è possibile trovarne a 30 euro); inoltre la rete gprs (non quella umts) ha una copertura pari al gsm. Tra gli svantaggi un notevole costo mensile (a titolo di esempio la promozione Maxxi Tim Web Facile Recharge costa 20 euro al mese), disservizi sporadici, velocità bassa (in modo particolare il gprs). 4
6 Il server Il server deve essere una macchina tale da implementare una VPN, un database e abbia notevole quantità di spazio. Questa macchina fungerà anche da webserver, ospitando la sezione del sito riguardante la gestione e la visualizzazione dei dati. La connessione deve essere il più stabile possibile, possibilmente di tipo HDSL a indirizzo statico. Abbiamo individuato un postazione con connessione veloce (ADSL2) ma con banda non garantita. Per questo motivo dobbiamo al più presto trovare un altra postazione che vada a supplire la prima in caso di indisponibilità. E necessario altresì implementare una soluzione che serva a rendere noto eventuale guasto. Una possibile soluzione è quella di sfruttare il servizio di hosting DNS dinamico (si veda www.dyndns.com). Uno dei server - che stiamo cominciando ad allestire - monta un processore 500 mhz (tanto quanto servirebbe, non ci si faccia abbagliare dai numeri), una scheda RAID 5 a 6 porte e due schede di rete. 7 Flusso dei dati I dati possono essere raccolti in due modi. A) Salvando i dati in server e quindi impostando sul server un programma che in determinati intervalli li raccoglie e li elabora (esempio: server ftp) B) Passando i dati tramite protocolli (come HTTP) che ne permettono una elaborazione immediata. Per i nostri fini si preferirà - quando possibile - questa seconda soluzione. Negli host inoltre va implementato un programma che periodicamente (minore è l intervallo, meglio è) estragga i dati dalla memoria della console della stazione, li inserisca nella propria memoria e non appena possibile li trasmetta al server. Ad ogni passaggio i dati non subiscono variazioni (rimangono grezzi) vanno eliminati dalle precedenti memorie. Una volta giunti nel server i dati vengono interpretati in base alle specifiche della stazione. R1 (memoria stazione) R2 (memoria host) elaborazione R3 (database) Figura 3: Flusso dei dati 5
8 Il software di gestione Il software di gestione ha lo scopo di gestire le stazioni, le utenze autorizzate a farlo, di generare grafici, di permettere il plotting con grads. Dato che gran parte di queste caratteristiche deve essere gestibile via web, si preferisce usare un linguaggio di programmazione orientato al web: PHP. Esso tra l altro permette una completa gestione del database, è gratuito, è orientato agli oggetti. Le varie funzioni del software sono illustrate nel diagramma in basso. OTTIMIZZAZIONE DATI - media per periodi più lunghi HTTP INTERPRETAZIONE DEI DATI DATABASE RELAZIONALE SERVER FTP MEMORIA TAMPONE OPERAZ. PIANIFI- CATA SPECIFICHE STAZIONI VISUALIZZ. DATI GRAFICI INTERPOLATI GENERAZIONE FILE INPUT GRADS NOWCASTING PERMESSI UTENTI Figura 4: Schema funzionale del software 9 Il database Il database è destinato ad immagazzinare i dati delle stazioni, eventualmente gli scatti delle webcam. E importante sottolineare che se i record delle stazioni hanno intervallo è troppo breve, l estrapolazione dei diventa difficoltoso e lento. Per questo è prevista un operazione pianificata tale da condensare i dati di intervallo breve in record relativi a diverse ore. Difficoltà vanno segnalate anche per la generazione dei dati in input di grads, che richiede gestione di dati binari. 6
10 Hardware e Software nelle postazioni Per quando riguarda la parte hardware, la mia idea è utilizzare componenti compatibili con Linux: è un sistema operativo che garantisce grande stabilità ed non costa nulla. Riguardo alle stazioni in sè, sono propenso - in una prima fase almeno - ad utilizzare le stazione LaCrosse: costano poco e sono abbastanza affidabili, anche se non hanno nulla a che fare con le Davis in termini di precisione e stabilità. L host di cui ho parlato riguardo alla rete deve essere un terminale in grado di essere gestito da remoto. In alcuni casi si farà uso di personal-computer, in altri (mi riferisco alle stazioni isolate) di un dispositivo a basso consumo (all avvio 400-500 ma a 5 V) e a basso costo: il componente NSLU2 della Linksys. Dotato di due porte USB e di una RJ45 (ethernet) utilizza un firmware basato su Linux. Per mandare i dati si farà uso di modem gprs. Console, NSLU2, modem vanno inseriti in custodia isolata, dotata di ventolina da autoattivarsi in caso di necessità. Laddove non vi sia allacciamento elettrico, si utilizzeranno pannelli fotovoltaici (ne abbiamo uno disponibile da 8 W). 11 Località disponibili Ecco alcune delle località da aggiungere il più presto possibile alla rete StrutturaAbitato CorrenteConnes. Attivo Disp. S. G. Rotondo SI SI SI ADSL SI discontinuo ma buona copertura ore diurne Vico del SI SI SI HDSL SI continuo Gargano (comune) Calenella (Vico) SI NO SI 56k SI molto discontinuo Vieste SI SI SI ADSL NO? F.Umbra SI SI SI WirelessNO? / GPRS Le località extraurbane in cui è possibile mettere una stazione/webcam 7
Altezza StrutturaAbitato CorrenteConnes. slm Copparone 700 SI NO NO GPRS (Coppa di (s.debole) mezzo) (1) - SML Statua 450 NO* NO* NO* GPRS S.Michele (SGR) (2) Tenuta Foggia Nord 100 SI NO SI GPRS ** Tenuta Amendola 50 SI NO SI GPRS * La statua verrà fornita di impianto fotovoltaico a spese del comune; inoltre presenta una buona recinzione ** Il proprietario si prende carico dei costi di connessione e desidera una mettere una webcam (1) La località si presta allo studio dei fenomeni convettivi come temporali e rovesci che la morfologia del terreno e il fatto che si trovi in zona interna contribuisce ad esaltare. (2) Il posto si presta in particolare per il panorama. 12 Una stazione su Monte Calvo Anche se un impresa difficile per la difficoltà di raggiungere il luogo e per la mancanza totale di ogni tipo di insediamento umano è mia intenzione mettere una stazione su Monte Calvo - a 1055 metri d altezza. Non so se ci riusciremo, ma ci metteremo tutto il nostro impegno. 13 Finanziamenti Ci attiveremo per ottenere fondi e sponsorizzazioni da istituzioni, aziende agricole, strutture ricettive, operatori telefonici. 14 Tempi Ci aspettiamo di attivare le stazioni urbane già elencate e di installare almeno una di quelle extraurbane entro la fine di agosto 2008. 8
15 Su questo documento E stato creato con il meraviglioso editor non grafico L A TEX. I grafici con Dia. 9