Il principale scopo della ricerca era quello di sviluppare sistemi integrati a supporto dell’autonomia abitativa nel contesto dell’Ambient Assisted Living.
Lo studio dello stato dell’arte ha messo in evidenza che esistono una pletora di framework, middleware e piattaforme software in grado di risolvere egregiamente vari aspetti del dominio ma mancano strumenti per l’integrazione e la riusabilità su larga scala di tali sistemi.
Per risolvere i problemi che affliggono le soluzioni odierne si rende necessario un cambio di paradigma: si ritiene che solo l’introduzione del concetto di sistema operativo possa consentire una gestione operativa integrata, replicabile e modulare dei componenti degli edifici. Questo cambio di paradigma porta a concepire l’edificio non più come un organismo dove vengono innestati componenti ICT ma come una “macchina” che ha al suo interno un sistema operativo che gestisce in maniera avanzata e ottimizzata l’accesso concorrente alle risorse condivise, siano esse componenti, ambienti, impianti o altro. Tale approccio consente in maniera naturale di rendere programmabili l’edificio e il suo comportamento, in funzione degli scenari rilevati al suo interno, e consente ai progettisti di concentrarsi esclusivamente sulla soluzione dei problemi relativi al proprio dominio.
Gestire edifici in maniera intelligente significa prendere decisioni e agire in tempo reale in funzione delle situazioni che si stanno verificando: saper identificare e riconoscere gli scenari diventa centrale sia per lo sviluppo di applicazioni che per poter evolvere le performance dell’edificio stesso in funzione dei modelli d’uso degli ambienti.
La prima fase di questo lavoro di tesi è stata quindi quella di investigare i possibili modelli per il riconoscimento scenari all’interno di ambienti domestici concentrandosi in particolare sull’utilizzo delle reti bayesiane. Le reti bayesiane
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infatti, essendo basate su una modellazione probabilistica del dominio, trattano in maniera “nativa” l’incertezza intrinseca derivante dal processo di acquisizione dati: la rilevazione o misurazione dello stato delle variabili è tipicamente effettuata in maniera puntuale e istantanea da sensoristica eterogenea, distribuita e non sincronizzata e in aggiunta i processi monitorati sono influenzati dall’imprevedibilità del comportamento dell’utenza. L’utilizzo delle reti bayesiane ha in sé tra i principali punti di forza quelli derivanti dalla possibilità di integrare la conoscenza esperta del dominio con l’informazione raccolta. Inoltre, determinando le relazioni causali tra le variabili del dominio, le reti consentono di ragionare sul dominio sia in maniera deduttiva che diagnostica.
Il primo caso di studio ha avuto come obiettivo quello di modellare un sistema per il riconoscimento delle attività umane. Le attività sono state modellate come effetto di una sequenza temporale ordinata di azioni, ognuna caratterizzata da una certa durata rilevata statisticamente. I risultati mostrano la bontà della soluzione proposta in considerazione della necessità di computazione in tempo reale che vincola la complessità delle modellazioni sperimentate: dato un set di attività predeterminate (78), ne vengono riconosciute correttamente un sottoinsieme che dipende dal numero di nodi considerati (83% sul totale con una rete a 10 nodi).
Sono state quindi sviluppate una serie di reti componibili gerarchicamente per dedurre o inferire scenari complessi derivandoli da quelli precedenti.
La seconda fase del lavoro è stato incentrato sullo studio dei sistemi operativi per edifici al fine di identificare le funzionalità basilari volte a soddisfare le principali esigenze di astrazione (per la riusabilità e portabilità delle applicazioni), di gestione automatica dei conflitti tra componenti fisici e di gestione delle policy applicative: sono stati quindi delineati i layer, le componenti e le relazioni funzionali tra di essi.
Le astrazioni consentono, tramite query opportune interpretate da un motore di reasoning su base ontologica, di esporre le funzionalità dell’hardware in maniera logica. Tale accesso logico è alla base della portabilità delle applicazioni perché bypassano il problema delle differenti configurazioni hardware degli
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edifici. La gestione controllata delle risorse è necessaria per poter sviluppare applicazioni che non debbano risolvere esplicitamente le interferenze con gli altri sistemi.
Gli strati operativi e le API introdotte cambiano il modo di pensare alle soluzioni di dominio: non più soluzioni verticali ma applicazioni immerse in un contesto comune e condiviso ma separato logicamente e gestito in maniera automatica dal sistema.
Un primo prototipo di sistema operativo per edifici è stato sperimentato nel progetto regionale PASS. La sperimentazione ha mostrato l’applicabilità di tale approccio e i vantaggi attesi. Le astrazioni individuate e la separazione dei contesti hanno permesso alle professionalità coinvolte nello sviluppo delle applicazioni di concentrarsi solamente sulla soluzione dei problemi riguardanti il proprio dominio di competenza, di fatto semplificando e accelerando la soluzione dei problemi.
Il sistema, seppur in stadio prototipale, ha permesso di verificare sia la capacità di agire in maniera proattiva in funzione delle attività rilevate in tempo reale basandosi sui dati provenienti dall’ambiente opportunamente sensorizzato sia la capacità di gestire correttamente le risorse condivise in situazioni conflittuali.
L’introduzione del concetto di sistema operativo porta i seguenti vantaggi:
programmabilità: piena possibilità di riutilizzo di tutti i componenti esistenti sia hardware che software
estendibilità: integrazione di nuovi componenti e moduli a runtime e a costo ridotto
separazione dei contesti: conflitti tra risorse e applicazioni gestite automaticamente dal sistema
Volgendo lo sguardo al futuro i passi previsti riguardano lo sviluppo completo di tutte le componenti del sistema e il consolidamento di quelle esistenti. Saranno necessari strumenti migliori per integrare rapidamente modelli esterni come il BIM e arricchire le librerie di sistema con driver e plugin per i comuni scenari d’uso.
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E’ inoltre auspicabile dotare il sistema di tutta una serie di interfacce di gestione e amministrazione che siano in grado di semplificarne l’utilizzo.
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