Protocollo di Intesa Unical-Unirc-Finmeccanica … · 1 Protocollo di Intesa ... Control e Medium...

Protocollo di Intesa UNICAL-UNIRC-FINMECCANICA-MINISTERO dei TRASPORTI. Possibile Contributo DIMET

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Protocollo di Intesa Unical-Unirc-Finmeccanica-Ministero dei Trasporti Possibili contributi del Dipartimento di Informatica, Matematica, Elettronica e Trasporti (DIMET-UNIRC) A cura del Prof. Ing. Massimiliano Mattei, Direttore del DIMET Tel. 0965 875 214/268 Cell. 346 2271053 Email: [email protected]; [email protected] Giugno 2007

1 Premessa Il Dipartimento di Informatica, Matematica, Elettronica e Trasporti si presenta come il più numeroso Dipartimento dell’Università di Reggio Calabria. Esso è uno dei due Dipartimenti con sede presso la Facoltà di Ingegneria e raccoglie i Docenti delle Aree dell’Ingegneria Industriale e dell’Informazione, dell’Ingegneria dei Trasporti e della Matematica. Il DIMET ha oggi 18 Laboratori censiti e sono attivi 7 Corsi di Dottorato di Ricerca presso di esso. Molte sono state le occasione per i membri del DIMET di collaborare con le aziende Finmeccanica su varie tematiche. Di seguito si fornisce una panoramica dei principali temi di Ricerca su cui potrebbero svilupparsi collaborazioni nell’ambito del protocollo di intesa oggetto del presente documento.

2 Sommario 1 Premessa.................................................................................................................................................................... 1 2 Sommario .................................................................................................................................................................. 1 3 Area di Ricerca Telecomunicazioni .......................................................................................................................... 1 4 Area di Ricerca Automazione e Controlli ................................................................................................................. 8 5 Area di Ricerca Elettrotecnica ................................................................................................................................. 13 6 Area di Ricerca Campi Elettromagnetici ................................................................................................................. 18 7 Area di Ricerca Elettronica ..................................................................................................................................... 20 8 Area di Ricerca Sistemi di Elaborazione delle Informazioni .................................................................................. 24 9 Area di Ricerca Misure Elettriche ed Elettroniche .................................................................................................. 34 10 Area di Ricerca Logistica e Sistemi di Trasporto .................................................................................................... 35 11 Area di Ricerca Fisica Tecnica Ambientale ............................................................................................................ 41 12 Area di Ricerca Topografia e Cartografia ............................................................................................................... 47 13 Docenti e Ricercatori DIMET e Loro Recapiti ....................................................................................................... 50

3 Area di Ricerca Telecomunicazioni Il gruppo di ricerca sulle Telecomunicazioni fa capo al laboratorio "ARTS" (Advanced Research into Telecommunicaitons Systems) e svolge attività di ricerca prevalentemente nel campo dei protocolli e delle applicazioni per Sistemi Avanzati di Telecomunicazioni. Le tematiche principali spaziano dalle reti fisse a larga banda alle reti wireless ibride, composte cioè da segmenti radiomobili cellulari (3° e 4° Generazione), segmenti wireless (W-LAN e ad-hoc networks) e Satellitari. Tra i campi in cui le ricerche trovano applicazione, Telemedicina, Intelligent Transportation Systems, e Sistemi a supporto della Logistica sono solo degli esempi. L'attività condotta prevede sia lo svolgimento di ricerche di base che il supporto alla ricerca industriale e si concretizza principalmente nella partecipazione a progetti nazionali ed internazionali oltre che nella partecipazione ad azioni di trasferimento tecnologico.

Titolo dell’attività: Sistemi Satellitari

L’interesse in tale ambito riguarda l’integrazione tra reti terrestri a larga banda per la fornitura di servizi ad utenti fissi e mobili ed infrastrutture satellitari con l’obiettivo di fornire un contributo alla definizione della cosiddetta Infrastruttura Globale per le Telecomunicazioni. Diverse sono le problematiche affrontate. In particolar modo ci si è concentrati su quelle relative alla fornitura di adeguati livelli di QoS (Qualità di Servizio) per traffico multimediale real-time (voce, video) e non real-time (traffico Web) in sistemi satellitari geostazionari, all’impiego del protocollo ATM sui sistemi satellitari ed all’estensione della rete Internet (protocollo TCP/IP) sulle piattaforme satellitari


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interattive (siano esse simmetriche che asimmetriche). Contemporaneamente, sono oggetto di indagine sia aspetti di ricerca relativi all’utilizzo dei paradigmi di QoS, originariamente concepiti per le reti terrestri IP, in ambienti integrati terrestri-spaziali, sia tecniche di controllo degli accessi, gestione della mobilità e allocazione delle risorse in sistemi satellitari interattivi basati sullo standard DVB-RCS (Digital Video Broadcasting-Return Channel via Satellite). Recentemente, in collaborazione con partener accademici ed industriali, sono state intrapresa delle attività di ricerca molto promettenti. Una di queste è finalizzata allo studio di fattibilità di un payload per telecomunicazioni in banda W. L’altra ha come obiettivo quello di incrementare l’accuratezza degli algoritmi utilizzati dagli odierni sistemi per il posizionamento e la navigazione (GPS e Galileo). Ulteriore focus dell’attività di ricerca riguarda il ruolo che le High Altitude Platforms (HAPs) potranno giocare nei sistemi integrati di prossima generazione sia in termini di incremento delle risorse disponibili agli utenti, sia in termini di supporto agli attuali sistemi di telecomunicazioni. Tutte le attività sopra citate sono state svolte anche nell’ambito di progetti finanziati dall’ASI e dall’ESA (European Space Agency) che hanno permesso di partecipare allo sviluppo di architetture integrate terrestri e satellitari asimmetriche dotate di meccanismi di controllo della QoS, e alla standardizzazione di tecniche di Call Admission Control e Medium Access Control per piattaforme asimmetriche (ad esempio, SkyplexNet over Hot-bird5) e simmetriche (ad esempio, EuroSkyWay e SkyplexNet over Hot-bird 6).

Risultati più significativi nelle principali aree di interesse

Integrazione di segmenti di rete terrestri e spaziali (satelliti e piattaforme stratosferiche) • Progettazione di tecniche innovative di CAC (Connection Admission Control) e TRM (Traffic Resource

Management), on-board scheduling, traffic shaping, e in-band/out-of-band signaling per supportare in maniera efficiente la trasmissione di dati con garanzie di servizio differenziate attraverso piattaforme geostazionarie.

• Progettazione di protocolli di Medium Access Control (MAC) basati sul dimensionamento dinamico delle trame in piattaforme TDMA–based e relativi studi di dimensionamento della banda di segnalazione in uplink e downlink.

• Definizione di metriche di QoS per valutare le performance in ambiente misto terrestre-satellitare. • Integrazione di piattaforme satellitari ed HAPs per supportare applicazioni multimediali broadcast e multicast. • Soluzioni per l’integrazione di HAPs in sistemi cellulari 3G e beyond-3G ottimizzati per la diffusione di

traffico Multicast e basati su architetture del tipo MBMS (Multimedia Broadcast and Multicast Services). • Integrazione sinergica di coperture basate su HAPs per il supporto a sistemi satellitari DVB-RCS.

Tecnologie chiave per comunicazioni satellitari

• Connection Admission Control (CAC) per sistemi DVB-RCS basati su copertura multi-spot e payload rigenerativi. Tecniche di scheduling delle richieste di banda in stazioni Hub combinate con funzioni di CAC centralizzate nel Network Control Center di sistemi DVB-RCS

• Medium Access Control (MAC) per sistemi DVB-RCS (SkyPlexNet/HotBird6 - HB6) basati sulla distribuzione degli algoritmi tra Hub e user e sulla possibilità di ridistribuire dinamicamente la banda allocata ad un terminale tra le diverse componenti di traffico da questo originate.

• Algoritmi per la gestione efficiente delle risorse allocate sul canale di ritorno di un sistema DVB-RCS che supporti la mobilità del terminale (implementando anche tecniche basate su algoritmi genetici, Fuzzy Logic e Neural Networks).

Persone coinvolte: Antonio Iera, Antonella Molinaro, Giuseppe Araniti, Salvatore Pulitanò, Raffele Labate, Raffaele Ferraro, Peter Patlevic (visiting Ph.D.)

Collaborazioni: ASI, ESA, Space Engineering, Alenia Spazio, Telespazio, Università di Trento, CREATE-NET, Politecnico di Milano,CNIT, University of Kosice, University of Sidney, Università di Tor Vergata- Roma, Politecnico di Torino;

Principali e più recenti pubblicazioni sul tema


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[1] A.Iera, G. Araniti, A. Modafferi, "QoS Guarantees in Heterogeneous Systems Consisting of IP Core Networks with Satellite Access", ACM Mobile Networks and Applications Journal (MONET), vol.9,n.3, April 2004 [2] G. Araniti, R. Calabrò, A. Modafferi, “Issues in Efficient Techniques for Signalling Channels Access in Multimedia Satellite Systems”, Satellite Communications Letter, Vol. 3, N° 1, Giugno 2004, pp. 10-19. [3] A. Iera, A. Molinaro, P. Pace, and S. Marano, Dimensioning and Effective Handling the Signalling Channels in a Multimedia GEO Satellite Platform, IEEE Transactions on Vehicular Technology, pp. 550-567, Vol. 54, n. 2, Mar. 2005. [4] G. Araniti, A. Iera, and A. Molinaro, The Role of HAPs in Supporting Multimedia Broadcast and Multicast Services in Terrestrial-Satellite Integrated Systems, Wireless Personal Communications Journal, Springer, Special Issue on "High Altitude Platforms: Research and Application Activities”, pp. 195-213, Vol. 32, No. 3-4, March 2005. [5] A. Molinaro, F. De Rango, M. Tropea, S. Marano, A Scalable Framework for End-to-End QoS Assurance in IP-Oriented Terrestrial-GEO Satellite Networks, IEEE Communications Magazine, Apr. 2005. [6] A. Iera, A. Molinaro, “QoS Metrics for performance assessment in Integrated Terrestrial-Satellite Multimedia Systems”, Section 4.3 in Reliability, Survivability and Quality of Large Scale Telecommunication Systems. Case Study: Olympic Games, John Wiley & Sons , pp. 142-167, 2003. [7] A. Iera, A. Molinaro, “Internet Access over Satellites”, Chapter 4 in Mobile Internet: Enabling Technologies and Services, CRC Press, pp. 4-1÷4-37, 2004. [8] A. Iera, A. Molinaro, P. Pace, S. Marano, “Multimedia Traffic in Broadband Satellite Networks”, Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC), Anchorage, Alaska, May 2003 [9] P. Pace, A. Molinaro, A. Iera, S. Marano,” On the Performance of connection admission control and traffic management schemes in a “DVB-RCS Suited” Satellite System”, Proceedings of the International Conference on Advanced Satellite Mobile Systems (ASMS), Frascati, Italy, July 2003. [10] P. Pace, A. Molinaro, A. Iera, S. Marano, “Random access techniques for GEO satellite personal communication networks”, Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Bejing, China, Sep. 2003. [11] P. Pace, A. Molinaro, A. Iera, S. Marano, “Dedicated Signalling Channel vs Random Access Signalling Channel in Satellite Communications Systems”, Proceedings of the IEEE International Vehicular Technology Conference (VTC Fall), Orlando, Florida, Oct. 2003. [12] M. Costabile, R. Ferraro, C. Follino, and A. Iera, A MAC Protocol for the Efficient Access to the “Return Channels” of DVB-RCS Satellite Platfoms, WPMC’03 Conference, Japan, Oct. 2003 [13] F. De Rango, A. Molinaro, S. Marano, “Guaranteed Services in Integrated Terrestrial-Broadband Satellite Networks”, Proceedings of the International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), Yokosuka, Kanagawa, Japan, Oct. 2003 [14] P. Pace, A. Molinaro, S. Marano, “Guaranteed Vs Dynamic resource assignment and connection management in a DVB-RCS Satellite System”, Proceedings of the International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), Yokosuka, Kanagawa, Japan, Oct. 2003. [15] P. Pace, G. Aloi, F. De Rango, E. Natalizio, A. Molinaro, and S. Marano, “An integrated Satellite-HAP-Terrestrial system architecture: resources allocation and traffic management issues”, Proceedings of the IEEE International Vehicular Technology Conference (VTC), Milano, Italy, May 2004 [16] M. Costabile, C. Follino, A. Iera, and A. Molinaro, “QoS Differentiation in DVB-RCS Multimedia Platforms”, Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Barcelona, Spain, Sep. 2004. [17] A. Iera, A. Molinaro, S. Pulitanò, “Connection Admission Control issues in DVB-RCS systems”, Proceedings of the International Conference on Advanced Satellite Mobile Systems (ASMS), Noordwijk, The Netherlands, Sep. 2004. [18] A. Iera, A. Molinaro, S. Pulitanò, “An Integrated HAP-Satellite Communications System for DVB-RCS Service Provisioning”, Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Berlin, Germany, Sep. 2005 [19] A. Iera, A. Molinaro, S. Pulitanò, “A Medium Access Control Protocol for Flexible and Stable Capacity Allocation in DVB-RCS Satellite Networks”, Proceedings of Advanced Satellite Mobile Systems Conference (ASMS), Herrsching am Ammersee, Germany, May 2006 [20] G. Araniti, A. Iera, A. Molinaro, S. Pulitanò, “Unreliable Multicast Transport in Integrated UMTS-HAP Networks”, Proceedings of International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), San Diego, USA, Sep. 2006 [21] M. De Sanctis, E. Cianca, G. Araniti, A. Molinaro, A. Iera, M. Ruggieri, “Integration of Navigation and Communication for Location and Context aware RRM”, Proceedings of the Tyrrhenian International Workshop on Digital Communications (TIWDC), Satellite Navigation and Communications Systems, Ponza, Italy, Sep. 2006. [22] S. Pulitanò, "Analisi ed individuazione di missioni future," Prog. WAVE, Doc. No.TOR-STD-04-TPN002-FUM-001, Sezione 4. Missioni innovative (WP1A52, TOR,UCL) pp 29-50, 19/10/2004


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Titolo dell’attività: Reti di telecomunicazioni wireless di nuova generazione per applicazioni multimediali

La ricerca si concentra sulla problematica dei sistemi di nuova generazione di tipo UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) e del tipo di IV generazione con estensione della rete Internet (Protocollo TCP/IP) al segmento radiomobile (All-IP UTRAN) e loro integrazione col segmento satellitare e segmento WLAN. In tale ambito ci si occupa da tempo dello studio di nuove ed efficaci tecniche di accesso ai canali radio condivisi da parte di terminali eterogenei voce, video e dati. Un’intensa attività di ricerca riguarda anche diversi aspetti collegati ai sistemi avanzati per comunicazioni radiomobili multimediali inerenti politiche di allocazione ottimale delle risorse e di controllo e gestione delle chiamate multimediali. Ulteriore argomento di ricerca è quello della gestione della mobilità e dell’allocazione efficiente di risorse in sistemi multi-tier, caratterizzati cioè dalla presenza di coperture radio cellulari sovrapposte. In particolare, sono considerate politiche per la gestione sia delle chiamate che hanno origine in una cella di un sistema radiomobile che di quelle che eseguono handover verso altri sistemi di copertura. Tra le altre tematiche di ricerca affrontate vi sono le seguenti. Interconnessione di segmenti radiomobili e segmenti WLAN con protocollo IEEE 802.11b e IEEE 802.11e; studio di soluzioni per l’integrazione di WLAN nel segmento UTRAN di una rete radiomobile all-IP UMTS. Mobile Gateways e mobile WLAN a supporto di applicazioni di Intelligent Transportation Systems; algoritmi di routing e di selezione efficiente di gateway per l’interconnessione tra reti ad hoc e backbone IP. La scoperta e la selezione dei gateway sono finalizzate al raggiungimento di garanzie di Qualità del Servizio e vengono realizzate considerando varie possibili interazioni tra parametri di livello applicativo e quelli di livello di rete. Di recente ci si è concentrati anche sulle tematiche relative alla tecnologia Wimax e Wi-fi e sul loro utilizzo in modalità Meshed, oltre che sull’integrazione di reti di sensori wireless in sistemi di telecomunicazione. Gli studi sulle tematiche citate sono finalizzate alla definizione di infrastrutture del tipo “ambient network” e strutture di reti eterogenee wireless autoconfiguranti nell’ottica di sviluppo di soluzioni per homeland security, disaster recovery, etc.


Mobile and cooperative Networks and Protocols • Nuovi protocolli per la gestione della mobilità e della Qualità di Servizio di terminali multimediali in sistemi

a copertura multi-tier. • Tecniche per la gestione a diverse priorità degli handover basate sulla stima del profilo di mobilità del

terminale mobile in ambiente urbano e sub-urbano. • Tecniche per l’ottimizzazione dei protocolli di accesso al mezzo in reti WLAN IEEE 802.11e basate sulla

variazione dinamica delle priorità di trasmissione. • Nuovi paradigmi di trasporto, Medium Access Control e Call Admission Control basati sull’idea di soft-

QoS per applicazioni multimediali in sistemi wireless integrati. • Tecniche avanzate di QoS Routing in sistemi wireless omogenei/eterogenei multi-hop. • Protocolli cooperativi a livello network (per l’accesso a reti di quarta generazione) e a livello application

(cooperazione nell’accesso a contenuti multimediali con soluzioni miste UMTS/Bluetooth). • Tecniche di QoS control in WiFi networks in configurazione meshed (802.11s) sia per traffico unicast che

multicast. Mobile gateway e Mobile Networks

• Progettazione di GTW di interconnessione tra WLAN e infrastrutture di comunicazione di estensione geografica sia radiomobili (3G, beyond3G e 4G) che fisse (IP con qualità di servizio)

WIMAX standard • Tecniche adattative per la gestione della QoS in reti basate su standard WiMax, basate su soluzioni cross-

layer • Studi di integrazione di WiMax con altre tecnologie.

Persone coinvolte: Antonio Iera, Antonella Molinaro, Giuseppe Araniti, Giuseppe Ruggeri, Sergio Polito, Sara Pizzi, Ravi Agarval (visiting researcher); Trajce Dimitrievski (visiting researcher); Domenico Tripodi; Antonino Vilasi; Alessandro Cortese; Carmelo Riso.

Collaborazioni: CNIT, Università di Roma Torvergata, University of Kanpur, University of Skopije, Politecnico di Torino, Assomax, SICE, Telecom, Vodafone, Wind, Aachen University, Tilab

Principali e più recenti pubblicazioni sul tema


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[1] A. Iera, A. Molinaro, S. Marano, Introducing the Adaptive-QoS Idea into Multi-Tier UMTS Systems: the Lessons Learned, Wireless Personal Communications, Kluwer, Special Issue on “Broadband Mobile Terrestrial-Satellite Integrated Systems”, Issue 24:2, pp. 141-169, Feb. 2003. [2] F. Beritelli, G. Ruggeri, G.Schembra, “TCP-Friendly Transmission of Voice over IP”, European Transaction on Telecommunications, 2003, 14:193-203 [3] A. Iera, A. Molinaro, E. Natalizio, S. Marano, Call Management Based on the Mobile Peak User Speed: Virtues and Limitations in a Two-tier Cellular System, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 52, N. 4, pp. 794-813, July 2003 [4] G. Araniti, A. Iera, A. Molinaro, and S. Pulitanò, Managing IP Traffic in Radio Access Networks of 4G Mobile Systems, IEEE Wireless Communications, Special issue on (R)Evolution towards 4G Mobile Communication Systems, Vol. 10, N. 4, pp. 36-43, Aug. 2003. [5] A. Iera, G. Ruggeri, S. Polito, “802.11 based Wireless-LAN and UMTS interworking: requirements, proposed solutions and open issues”, Elsevier Journal on Computer Networks special Issue on Wireless IP Through Integration of Wireless LAN and Cellular Networks, Vol. 47/2, pp. 151-166, Feb. 2005 [6] Antonio Iera, Giuseppe Ruggeri, Domenico Tripodi, “An algorithm for dynamic priority assignment in 802.11e WLAN MAC protocols”, Special Issue of Kluwer Wireless Personal Communications Journal on Advances on Wireless LANs and PANs, Volume 34, Numbers 1-2, July 2005 , pp. 109 – 125. [7] A. Iera, A. Molinaro, G. Ruggeri, D. Tripodi, Improving QoS and Throughput in Single- and Multi-Hop WLANs Through Dynamic Traffic Prioritization, IEEE Network Magazine, Special Issue on Wireless Local Area Networking: QoS provision & Resource Management, July/Aug. 2005. [8] A. Iera, A. Molinaro, G. Ruggeri, “3G and WLAN interworking: perspective and open issues in the view of 4G platforms”, Chapter 11 in Design and Analysis of Wireless Networks, Nova Science Publishers, 2005. [9] A. Iera, Ki-dong Lee, “Economic and Adaptive Admission Control of Non-Stationary Traffic in Wireless Multimedia Networks” chapter in “Adaptation Techniques in Wireless Multimedia Networks”, edited by Wei Li and Yang Xiao, Nova Science Publishers, Hardbound, 2006 [10] F. De Rango, A. Iera, A. Molinaro, S. Marano, “A Modified Location-Aided Routing Protocol for the Reduction of Control Overhead in Ad-hoc Wireless Networks”, Proceedings of the IEEE International Conference on Telecommunications (ICT), Papeete, Tahiti, Feb. 2003. [11] F. De Rango, A. Iera, A. Molinaro, S. Marano, “Multistep Increase of Forwarding Zone for LAR Protocol on Ad Hoc Networks”, Proceedings of the IEEE International Vehicular Technology Conference (VTC Spring), Jeju, Korea, Apr. 2003. [12] G. Araniti, R. Agarwal, A. Iera, A. Molinaro, “Multimedia Traffic QoS Adaptation in UMTS Systems Through a Middleware Functionality”, Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC), Anchorage, Alaska, May 2003. [13] G. Araniti, A. Iera, A. Molinaro, D. Vizzari, “A Radio Resource Management Strategy for UMTS WCDMA Downlink Shared Channel”, Proceedings of the World Wireless Congress/3Gwireless (WWC), S. Francisco, USA, May 2003. [14] F. De Rango, A. Molinaro, A. Iera, S. Marano, “Multi-step Resizing of the Request Zone in Ad Hoc Networks”, Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Bejing, China, Sep. 2003. [15] F. De Rango, A. Molinaro, S. Marano, “Forwarding Zone Adaptation through Direction Info of Mobile Nodes on Ad Hoc Networks”, Proceedings of the International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), Yokosuka, Kanagawa, Japan, Oct. 2003. [16] E. Natalizio, A. Molinaro and S. Marano, “The Effect of a Realistic Urban Scenario on the Performance of Algorithms for Handover and Call Management in Hierarchical Cellular Systems”, Telecommunications and Networking - ICT 2004, Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag GmbH, Vol. 3124, 2004 [17] A. Iera, G.Ruggeri e D. Tripodi, “An Algorithm for Dynamic Priority Assignment in 802.11e WLAN MAC Protocols”, in Proc. 11th International Conference on Telecommunications,Fortaleza (ICT 2004), Brazil, August 1-6, 2004, Lecture Notes in Computer Science (LNCS), Volume 3124/2004 Telecommunications and Networking ISBN: 3-540-22571-4, pp. 1267 – 1273 [18] A. Iera, A. Molinaro, G. Ruggeri, S. Polito, “Mobile Hot-Spots in 3G-WLAN Internetworked Scenarios”, Proceedings of the IEEE International Conference on Telecommunications (ICT), Cape Town, May 2005 [19] A. Molinaro, L. Veltri, “DHCP/IPSec-based Security for Wireless Access Networks”, Proceedings of the IEEE International Conference on Telecommunications (ICT), Cape Town, May 2005. [20] A. Iera, A. Molinaro, G. Ruggeri, D. Tripodi, “Dynamic prioritization of multimedia flows for improving QoS and throughput in IEEE 802.11e WLANs”, (invited), Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC), Seoul, Korea, May 2005. [21] A. Molinaro, E. Natalizio, S. Marano, Packet Scheduling Algorithms for Providing QoS on UMTS Downlink Shared Channels, Proceedings of the IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), Dallas, Sep. 2005. [22] A. Iera, A. Molinaro, G. Ruggeri, D. Tripodi, “Dynamic priority assignment in IEEE 802.11e Ad-Hoc Networks”, Proceedings of the IEEE GLOBECOM Conference, St. Louis, USA, Nov. 2005.


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Titolo dell’attività: Technologies and Applications for Personal Communications

La ricerca in questa area si concentra sulle nuove generazioni di sistemi wireless (i cosiddetti 3G-Beyond and 4G) che si basano sull’integrazione tra reti di sensori wireless e di segmenti di reti wireless e radiomobili, il tutto sfruttando l’evoluzione del protocollo IP come soluzione per il trasporto dati. In tale ambito sono state affrontate problematiche relative sia all’estensione di paradigmi per l’introduzione del concetto di Qualità del Servizio (Qualità of Service – QoS) differenziata e percettiva in ambiente IP, tradizionalmente pensato per supportare traffico “best effort”, sia alla integrazione trasparente di segmenti wireless eterogenei al fine di giungere alla implementazione di soluzioni basate sul paradigma “Always Best Connected” (ABC). L’interesse è principalmente rivolto verso tecniche efficienti per garantire all’utente finale una qualità il più possibile alta e strettamente correlata al grado di soddisfazione percepito da quest’ultimo anche in ambienti molto eterogenei. A tal fine si investigano le problematiche di mobile IP e wireless IP, integrazione di segmenti WLAN e UMTS. Altro obiettivo della ricerca condotta in tale ambito è la definizione di sistemi in cui, per rendere flessibile e dinamico l’accesso ai vari servizi offerti dalla rete, è indispensabile legare il tutto alla posizione (“location”), all’applicazione (“application”) e al contesto (“situation”) in cui si trova l’utente, oltre che alla natura dell’utente stesso. Soluzioni da noi implementate per conseguire gli obiettivi illustrati sono basate sull’utilizzo di piattaforme di comunicazione di tipo Middleware basate su agenti che si rivelano molto flessibili ed efficaci per implementare paradigmi di “I-centric” e “user-centric” communications. Accanto all’attività di ricerca illustrata, viene portata avanti anche una intensa attività di ricerca industriale e sviluppo pre-competitivo principalmente orientata al campo degli Intelligent Transportation Systems. In tale ambito le attività di ricerca hanno l’obiettivo di definire e sviluppare prototipi di sistemi per il controllo del traffico veicolare che utilizzino tecnologie avanzate per il rilievo, la trasmissione (radiomobile) e l’analisi dei dati in tempo reale. Nel campo dei sistemi a supporto della logistica le attività hanno come obiettivo quello di acquisire le adeguate conoscenze metodologiche e tecnologiche, occorrenti per la messa a punto di sistemi di telecomunicazioni basati su nuove tecnologie a supporto di Piattaforme Integrate per gli operatori del Trasporto & Logistica, inseriti in reti di PMI di tipo distretto o filiera. Ci si concentra, nella fattispecie, sullo sviluppo di procedure di tracking e tracing per l’identificazione e la localizzazione dei mezzi di trasporto e per la registrazione dello stato della merce, nonché di sistemi AIDC-based (RFID) per la raccolta automatica di dati associati a operazioni di accettazione, picking e spedizione, inventario e di sistemi GPS/Galileo di localizzazione mezzi di trasporto e di Fleet Mgmt. Nel campo della Telemedicina ci si concentra sull’utilizzo di tecnologie multimediali-multicanale, a supporto di sistemi di Telemedicina, rispetto ai quali l’aspetto predominante riguarda le problematiche di QoS, l’eterogeneità e la flessibilità.


Mobile Computing • Progettazione di una piattaforma middleware tra livello protocollare di rete e applicativo che implementa un

controllo dinamico di QoS effettuando un mapping adattativo tra parametri di QoS definiti a livello utente (soggettivi) e parametri definiti a livello sistema (oggettivi).

• Definizione di tecniche di user profiling adattavive e context-aware per scenari 4G. • Primi esempi di sfruttamento sinergico di tecnologie tipiche del settore dell’Elaborazione delle Informazioni

(Middleware e User Profiling ) e tecnologie tipiche delle Telecomunicazioni (QoS control, call management) per garantire all’utente una “perceptual-Qos” adeguata.

• Proposta, nel campo dei modelli di IP con QoS, estesi a piattaforme radiomobili di prossima generazione, di una rete UTRAN (rete di accesso di UMTS) che utilizza il modello DiffServ, per il segmento NodeB–RNC, ed il modello IntServ, per il segmento di accesso radio.

• Investigazione di soluzioni per la gestione della mobilità in reti IP basate sull’estensione del protocollo Hierarchical Mobile IP (HMIPv6) per supportare handover verticali trasparenti in reti wireless 4G.

• Soluzioni innovative per meccanismi di AAA e trasmissione sicura in reti wireless e in vehicular networks Tecnologie ed Applicazioni per ITS, Infomobilità e Logistica

• Tecniche di localizzazione e trasmissione integrate (che sfruttano reti di sensori, RFID, GPS, ecc..) per la tracciabilità delle merci in ambienti outdoor e indoor (studi in fase iniziale).

• Tecniche per la gestione delle collisioni in sistemi basati su RFID (anticollision protocols) • Tecniche accurate di posizionamento outdoor tramite Galileo • Definizione di soluzioni basate su Hybrid Positioning Systems

Tecnologie ed Applicazioni per Telemedicina • Utilizzo di tecnologie multimediali-multicanale a supporto di sistemi di Telemedicina, rispetto alle quali

l’aspetto predominante sono le problematiche di QoS, l’eterogeneità e la flessibilità. • Architetture basate su agenti intelligenti associati alle diverse entità in gioco, o con funzione di

coordinamento, per gestire l’adattatività rispetto ad utenti, dispositivi e, in definitiva, agli scenari.


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• Integrazione nelle piattaforme applicative per telemedicina di modalità di comunicazione eterogenee basate su nuove tecnologie quali le reti radiomobili terrestri di nuova generazione (GPRS o UMTS) per l’accesso alla piattaforma da luoghi remoti e in movimento, e sistemi basati su tecnologie W-LAN (Wireless LAN) del tipo WiFi, per interfacciamento degli utenti alla piattaforma dall’interno di ospedali.

• Sviluppo di modelli di terminale multi interfaccia per applicazioni di tele assistenza domiciliare.

Persone coinvolte: Antonio Iera, Antonella Molinaro, Giuseppe Araniti, Sergio Polito, Ravi Kumar Saini (visiting researcher); Daniele Biondo; Trajce Dimitrievski (visiting researcher); Massimo Praticò

Collaborazioni: Elsag, Aircom International, Etnoteam S.p.A, BLG Automobile Logistics Italia S.r.l., Orangee S.r.l., EXEURA, HDE Holbe Dialoque Europe S.p.A., ICAR-CNR, Technical University of Sidney, Università di Tor Vergata- Roma; Politecnico di Torino; HDE Research, Posytron srl, University of Aalborg, Università di Trento, DEIS - Università della Calabria

Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] A.Iera, P. De Meo, G. Araniti, D. Ursino, “Adaptively Controlling the QoS of Multimedia Wireless Applications Through ``User Profiling'' Techniques”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, J-SAC, 4th quarter 2003. [2] G. Araniti, A.Iera, P. De Meo, D. Ursino, “WAQM: managing QoS in Wireless Networks by menas of an XML-based multiagent System”, International Journal of Wireless and Mobile Computing, 2004 [3] A. Iera, A. Molinaro, S. Polito, and G. Ruggeri, End-to-End QoS Provisioning in 4G Scenarios with Mobile Hot-Spots, IEEE Network Magazine, Special Issue on 4G Network Technologies for Mobile Telecommunications, Sep./Oct. 2005 [4] A. Iera, A. Molinaro, A. Pudano, and D. Ursino, “Scenario”-adaptivity for e-service management in heterogeneous networks, African Journal of Information and Communication Technology (AJICT), Vol. 2, n. 1, Mar. 2006. [5] A. Iera A. Molinaro, C. Campolo, New Concept Platforms for QoS Management in Future Telecommunication Scenarios, International Journal of Wireless Information Networks, Kluwer Academic/Plenum Publishers, Dec. 2006. [6] G. Araniti, A. Iera, A. Molinaro, S. Pulitanò, “Extending All-IP Network and QoS Related Issues in 4th Generation Wireless-Wired Environment”, Proceedings of the World Wireless Congress/3Gwireless (WWC), S. Francisco, USA, May 2003. [7] Paquale De Meo, Antonio Iera, Domenico Ursino, “Gestione soggettiva della QoS nelle reti di telecomunicazioni mediante un modello multi-agente basato su XML”, SEBD 2003 Conference, Cetraro, Italy, June 2003 [8] A. Molinaro, L. Veltri, O. Marullo, “DHCP-based Authentication for Mobile Users/Terminals in a Wireless Access Network”, Telecommunications and Networking - ICT 2004, Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag GmbH, Vol. 3124, 2004. [9] G. Araniti, A. Iera, A. Molinaro, and S. Pulitanò, “End-to-end QoS provisioning in an IP-based UMTS Terrestrial Radio Access Network”, Telecommunications and Networking - ICT 2004, Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag GmbH, Vol. 3124, 2004. [10] Giuseppe Araniti, Pasquale De Meo, Antonio Iera, and Domenico Ursino Enhancing 3G Cellular Systems with User Profiling Techniques for Multimedia Application QoS Adaptation, in Proc. 11th International Conference on Telecommunications, Fortaleza (ICT 2004), Brazil, August 1-6, 2004, Lecture Notes in Computer Science (LNCS), Volume 3124/2004 Telecommunications and Networking ISBN: 3-540-22571-4 [11] G. Ruggeri, F. Beritelli, S. Casale, A. Russo, S. Serrano, “A Fluid Model for a Packet-size Adaptation Protocol,” in proc. International Conference on Computing, Communications and Control Technologies, CCCT'04, 14-17 August, 2004 , Austin, Texas, USA [12] E. Natalizio, A. Molinaro and S. Marano, “Reducing Packet Loss in Hierarchical Mobile IPV6”, Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Barcelona, Spain, Sep. 2004. [13] G. Araniti, A. Molinaro, S. Pulitano’, and A. Squillaci, “QoS Issues in Next Generation Radio Access Networks: a “Measurement-Based” Approach”, Proceedings of the International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), Abano Terme, Italy, Sep. 2004. [14] G. Araniti, A. Iera, A. Molinaro, S. Pulitanò, “User Profiling Techniques for Adaptive QoS Management in Multibearer Mobile Radio Networks”, Proceedings of the International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS), Mauritius, Sep. 2004. [15] G. Araniti, F. Calabrò, A. Iera, A. Molinaro, S. Pulitanò, “Differentiated Services QoS Issues in Next Generation Radio Access Networks: a New Management Policy For Expedited Forwarding Per-Hop Behaviour”, Proceedings of the IEEE International Vehicular Technology Conference (VTC), Los Angeles, USA, Sep. 2004. [16] F. Beritelli, S. Casale, G. Ruggeri, G. Schembra, S. Serrano, “A New Adaptive-Rate Architecture for VoIP: Definition and Performance Evaluation”, In proc. IEEE SoftCOM2004, 11- 13 October 2004, Split-Croatia/Venice-Italy [17] A. Iera, A. Molinaro, A. Pudano, D. Ursino, “A Situation&Location-aware system for handling E-services in heterogeneous telecommunications networks”, (invited), Proceedings of the IEEE International Conference on Telecommunications (ICT), Cape Town, May 2005. [18] A. Iera, A. Molinaro, “Quality of Service Concept Evolution for Future Telecommunication Scenarios”, (invited),


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Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Berlin, Germany, Sep. 2005. [19] A. Iera, A. Molinaro, G. Ruggeri, S. Polito, A. Vilasi, “Gateway Discovery and Selection in Mobile Hotspots”, (invited), Proceedings of the International Conference on Wireless Broadband and Ultra Wideband Communications (Auswireless), Sydney, Australia, March 2006. [20] A. Iera, A. Molinaro, G. Ruggeri, S. Polito, “Coordinated Multihop Scheduling in IEEE802.11e Wireless Ad Hoc Networks”, Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Helsinki, Sep. 2006. [21] A. Iera, A. Molinaro, C. Campolo, M. Amadeo, “An Access Network Selection Algorithm Dynamically Adapted to user Needs and Preferences”, Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Helsinki, Sep. 2006 [22] E. Cianca, A. Molinaro, M. De Sanctis, A. Iera, G. Araniti, M. Ruggieri, “Location/ Situation-Aware Architecture for Mobility Management over Heterogeneous networks”, (invited), Proceedings of the International Mobile Multimedia Communications Conference (MobiMedia), Alghero, Italy, Sep. 2006.

4 Area di Ricerca Automazione e Controlli Il settore Automatica si occupa di tutti gli aspetti metodologici ed applicativi che riguardano i sistemi di controllo. Il gruppo di Automatica del DIMET ha attività di Ricerca di tipo metodologico ed applicativo. In particolare fin dalla sua costituzione si caratterizza per lo sviluppo di metodologie relative al controllo ottimo, al controllo robusto ed al controllo predittivo, mentre da un punto di vista applicativo la sua ricerca si caratterizza su problemi prevalentemente di natura aerospaziale e termonucleare. Titolo dell’attività: Modellistica e controllo di plasmi per la fusione termonucleare controllata La reazione di fusione nucleare avviene quando nuclei di elementi leggeri, quali l'idrogeno, a temperature e pressioni elevate, si fondono formando nuclei di elementi più pesanti come l' elio. La massa complessiva dei prodotti di reazione è inferiore a quella delle particelle interagenti e si ha produzione di energia secondo il principio di equivalenza massa-energia. Alle elevatissime temperature di reazione le singole particelle tendono a dissociarsi in ioni ed elettroni assumendo lo stato fisico di plasma. Per ottenere la reazione di fusione, il plasma di idrogeno deve esser confinato in uno spazio limitato. Il plasma, costituito da particelle cariche, può essere confinato mediante un campo magnetico per evitare che le particelle urtino le pareti del contenitore che ospita la reazione. In un campo magnetico le particelle sono forzate a seguire traiettorie a spirale intorno alle linee di forza mantenendosi lontano dalle pareti. Nella fusione a confinamento magnetico il plasma caldo è quindi racchiuso in una camera a vuoto, e una opportuna configurazione di campi magnetici prodotti dalle correnti negli avvolgimenti esterni e da quelle circolanti nel plasma impedisce il contatto con le pareti della camera. La configurazione che ha ottenuto finora i migliori risultati nella fusione a confinamento magnetico è quella del Tokamak, un dispositivo di forma toroidale caratterizzato da un involucro cavo, in cui il plasma è confinato mediante un campo magnetico. La configurazione magnetica è ottenuta mediante la combinazione di un intenso campo magnetico toroidale prodotto da bobine magnetiche poste intorno alla "ciambella", con un campo magnetico poloidale realizzato mediante la corrente indotta nel plasma dall' esterno. Bobine supplementari esterne occorrono per realizzare campi magnetici ausiliari che controllano la posizione del plasma nella "ciambella". In questa problematica estremamente complessa e multidisciplinare l’unità di ricerca di Reggio Calabria è principalmente coinvolta nei seguenti problemi:

- modellistica e controlloro del plasma per il confinamento magnetico - stabilizzazione del plasma - ricostruzione della forma del plasma e del profilo di corrente

Nel corso delle attività svolte, l’Università di Reggio Calabria ha ottenuto il finanziamento di tre progetti PRIN (nel 1998, 2001, 2003) di cui l’ultimo con coordinatore nazionale il Prof. Albanese, ed un progetto FIRB attualmente in corso di svolgimento. Il gruppo ha inoltre lavorato in collaborazione con i reattori FTU di Frascati , RFX di Padova, ASDEX di Garching (Monaco, D), TCV di Losanna (CH). Attualmente presso il più grande e significativo reattore esistente al mondo, il JET di Culham (UK, www.jet.efda.org ), è installato un sistema di controllo nato da una collaborazione tra il consorzio CREATE (www.create.unina.it) di cui fa parte l’Ateneo reggino, l’ENEA (www.enea.it ) ed i laboratori del JET. Sul fronte ITER il gruppo è attivo fin dall’inizio degli anni ’90 ed attualmente coordina diverse attività di ricerca in vista della sua costruzione.


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Rappresentazione del Tokamak ITER. I ricercatori del DIMET sono impegnati in studi che riguardano il controllo di forma e di posizione del plasma. Persone coinvolte: Prof. Raffaele Albanese, Prof. Massimiliano Mattei, Prof. D.Famularo, Dr. Ing. Giovanni Artaserse, Ing. Davide Martino, Ing. Francesco Maviglia Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] R.Albanese, G.Calabrò, M.Mattei, F.Villone, “Plasma Response Models for Current, Shape and Position Control in Jet,” ISSN: 0920-3796, Vol. 66-68, 715-718, Fusion Engineering and Design, Sept. 2003. [2] F.Crisanti, R.Albanese, G. Ambrosino, M.Ariola, J.Lister, M.Mattei, A.Pironti, F.Sartori, F.Villone, “Upgrade of the present JET Shape and Vertical Stability Controller,” Fusion Engineering and Design., ISSN: 0920-3796, Vol. 66-68, 803-807, Sept. 2003. [3] J. Pamelà, E.R. Solano, and EFDA-JET contributors, Overview of JET results, Nuclear Fusion, 43, pp. 1540-1554, 2003. [4] R. Albanese, M. Mattei, F. Villone, “Prediction of the Growth Rates of VDEs in JET”, Nuclear Fusion. Sept. 2004 [5] G. Ambrosino, R. Albanese, M. Ariola, A. Cenedese, F. Crisanti, G. De Tommasi, M. Mattei, F. Piccolo, A. Pironti, F. Sartori, “XSC plasma control: Tool development for the session leader,” Fusion Engineering and Design, Volume 74, Issues 1-4, November 2005, Pages 521-525. [6] A. Portone, R. Albanese, R. Fresa, M. Mattei, G. Rubinacci and F. Villone, “Vertical stability of ITER plasmas with 3D passive structures and a double-loop control system,” Fusion Engineering and Design, Volume 74, Issues 1-4, November 2005, Pages 537-542 [7] R. Albanese, G. Ambrosino, M. Ariola, A. Cenedese, F. Crisanti, G. De Tommasi, M. Mattei, F. Piccolo, A. Pironti, F. Sartori, “Design, implementation and test of the XSC extreme shape controller in JET,” Fusion Engineering and Design, Volume 74, Issues 1-4, November 2005, Pages 627-632. [8] A. Cenedese, R. Albanese, G. Artaserse, M. Mattei, F. Sartori and JET-EFDA Contributors, “Reconstruction capability of JET magnetic sensors,” Fusion Engineering and Design, Volume 74, Issues 1-4, November 2005, Pages 825-830 [9] R.Albanese, G. Artaserse, M.Mattei, O. Tudisco, “Plasma Reconstruction in Tokamaks with Linearized Approaches” International Journal of Applied Electomagnetics and Mechanics, 2006. [10] DeTommasi G., Albanese R., Ambrosino G., Ariola M., Mattei M., Pironti A., Sartori F., Villone F., XSCTools: A SW Suite for Tokamak Plasma Shape Control Design and Validation, IEEE Transactions on Plasma Sciences, to appear 2007 Collaborazioni: JET Laboratories di Culham, EFDA-ITER, ENEA-Frascati, Consorzio CREATE, Consorzio RFX di Padova, CNR Istituto di Fisica del Plasma di Milano, Università di Napoli Federico II, Seconda Università di Napoli, Università di Cassino, Università di Padova, Università della Basilicata, Università di Napoli Parthenope. Titolo dell’attività: Controllo di volo e velivoli unmannedL’importanza dei sistemi di controllo nell’aeronautica moderna è oggi ampiamente riconosciuta. Molti velivoli possono operare solo grazie a tali sistemi soprattutto in ambito militare. In ambito civile i sistemi di controllo garantiscono maggiore comfort e sicurezza.


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Il gruppo di Automatica di Reggio ha esperienza sul controllo di volo avendo partecipato a diversi progetti in ambito nazionale ed internazionale. In passato si è occupato di velivoli autonomi per la sperimentazione in microgravità e di controllo di velivoli ad elevate prestazioni (progetto Garteur FM-AG08). Nel triennio ha partecipato ad un progetto PON sullo sviluppo di sistemi di controllo innovativi per velivoli dell’Aviazione Generale, occupandosi principalmente di rilevazione automatica di guasti di sensore e di attuatore. Sullo stesso tema ha partecipato al progetto Brite-Euram (V framework) ADFCS-II. Nell’ambito di questo progetto si è occupato della progettazione di un sistema di rilevazione dei guasti sui sensori di un piccolo velivolo commerciale. Il sistema di FDI deve garantire una rilevazione affidabile e veloce anche in presenza di disturbi esterni (raffiche di vento, turbolenza atmosferica e rumore di misura) e di incertezze nel modello (coefficienti aerodinamici, peso e centraggio) . Anche la tematica dei velivoli unmanned autonomi è molto sentita dalla comunità scientifica internazionale per possibili applicazioni in campo civile e militare. Recentemente il gruppo sta realizzando un velivolo unmanned ad ala rotante. In particolare sta adattando un velivolo della classe 60 per volare con sistema di controllo autonomo. Il gruppo si sta anche occupando di modellistica e controllo di UAV per la prevenzione degli incendi in collaborazione con l’Università di Napoli Federico II ed il Politecnico di Milano.

Elicottero classe 60 in allestimento per il volo autonomo

Persone coinvolte: Prof. Massimiliano Mattei, Prof. Domenico Famularo, Ing. Davide Martino, Dr. Ing. Gaetano Paviglianiti, Ing. Valerio Scordamaglia, Ing. Paolo SpanòCollaborazioni: Università di Napoli Federico II, Centro Italiano Ricerche Aerospaziali, Vulcan Air S.p.A., Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] F. Amato, C. Cosentino, M.Mattei, G.Paviglianiti, “A Direct/Functional Redundancy Scheme for Fault Detection and Isolation on an Aircraft,” Aerospace Science and Technology, Volume 10, Issue 4, May 2006, Pages 338-345. [2] M.Mattei, V.Scordamaglia, “A Full Envelope Small Commercial Aircraft Flight Control Design using Multivariable Proportional-Integral Control,” Accepted for publication on the IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2006 [3] A. Casavola, D. Famularo, G. Franzè. ``Embedding strategies for MPC control of nonlinear systems'', IEE Proceedings - Control Theory and Applications, Vol. 152, No. 3, pp. 285-295, 2005. [4] A. Casavola, D. Famularo, G. Franzè. ``Robust Constrained Predictive Control of Uncertain Norm-Bounded Linear Systems'', Automatica, Vol. 40, pp. 1865-1876, 2004. [5] A. Casavola, D. Famularo, G. Franzè. ``Predictive Control of Constrained Nonlinear Systems via LPV Linear Embeddings'',International Journal of Robust and Nonlinear Control, Vol.13, No. 3-4, pp 281-294, 2003. [6] F.Amato, C.Cosentino, M.Mattei, G.Paviglianiti, “An Hybrid Direct/Functional Redundancy Scheme for the FDI on a small Commercial Aircraft,” SAFEPROCESS'03, IFAC Symposium, Washington D.C., 2003. [7] M.Mattei, V.Scordamaglia, "Flight control design using multivariable PI control with H2-Hinfinity performance", IEEE 12th Mediterranean Conference on Control and Automation, Kusadasi,Turkey, June 2004 [8] F. Amato, M. Mattei, S. Scala, L. Verde “Robust Flight Control Design for the HIRM via Linear Quadratic Methods,” Aerospace Science and Technology vol.4, pp.423-438, 2000. [9] M. Mattei, “Sufficient conditions for the synthesis of H∞ fixed order controllers,” International Journal of Robust and Nonlinear Control, 10(15), 1237-1248, 2000. [10] G. Ambrosino, G.Celentano, M.Mattei, “A Control Design Oriented Mathematical Model for the Scirocco Plasma Wind Tunnel,” Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, 7(1), 109-127, 2001. [11] M. Mattei, “Robust Regulation of the Air Distribution into an Arc Heater,” Journal of Process Control, pp.285-297, vol.11, Issue 3, 2001. [12] F. Amato, M. Mattei, “Robust control of a plasma wind tunnel,” European Journal of Control, Vol.7, No.5, pp.494-510, 2001. [13] M. Mattei; G. Paviglianiti; Managing Sensor Hardware Redundancy on a Small Commercial Aircraft with H-infinity FDI Observers, IFAC World Conference, Praha, 2005 [14] M. Mattei; G. Paviglianiti; Actuators FDI on a Small Commercial Aircraft Using Online Approximators; IFAC


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World Conference, Praha, 2005 [15] F. Amato, M. Mattei, S. Scala, L.Verde, “HIRM Design via LQ Methods,” in Robust Flight Control, a Design Challenge, Lecture Notes in Control and Information Science, J.F.Magni, S.Bennani e J.Terlouw eds., Springer-Verlag, pp.444-463, Feb. 1997. [16] F. Amato, M. Mattei, S. Scala, “Linear Quadratic Optimal Control,” in Robust Flight Control, a Design Challenge, Lecture Notes in Control and Information Science, J.F.Magni, S.Bennani e J.Terlouw eds., Springer-Verlag, pp.43-51, Feb. 1997.

Titolo dell’attività: Fault Detection and Isolation con applicazioniUno dei principali aspetti legati all'affidabilità dei sistemi nei settori produttivi e di servizio per l'uomo è la possibilità di ridurre l'incidenza di eventuali guasti sul funzionamento del sistema stesso. L'occorrenza di guasti può infatti essere fonte di danni di tipo economico fino a divenire minacciosa per la stessa vita umana in sistemi particolarmente critici, quali i sistemi di trasporto individuale e collettivo, gli impianti di lavorazione in cui è prevista una stretta interazione uomo-macchina, gli impianti ecologicamente a rischio (reattori chimici e nucleari etc.), ed altri. Accanto ai metodi classici di aumento dell'affidabilità dei sistemi mediante riduzione della probabilità di guasto (scelta di componenti più "robusti", utilizzo di ridondana di componenti critici, etc.), negli ultimi decenni lo sviluppo di nuove metodologie e tecnologie ha dato vita ad un filone di ricerca scientifica che va sotto il nome di Fault Detection and Isolation (FDI - Rilevazione ed Isolamento dei Guasti). Tale filone è rivolto alla messa a punto di metodologie e tecnologie che permettano una rapida rilevazione (Detection) ed isolamento (Isolation) dei guasti con conseguente possibilità di intervento di un operatore (manuale o automatico, Reconfiguration). Le tecniche FDI si suddividono in tecniche di tipo hardware e software. Le prime sono basate sull'utilizzo di ridondanza fisica dei componenti, ovvero di componenti speciali, le seconde, sulle quali è focalizzata l'attenzione del presente programma, fanno uso di relazioni matematiche e/o di algoritmi per la rilevazione e l'isolamento del guasto. Una macro distinzione nell'ambito delle tecniche software è quella tra tecniche basate sul modello e non. Le prime fanno uso di una conoscenza a-priori del comportamento dell'impianto che si cerca di sfruttare in differenti modi. In genere si utilizza il modello matematico per fare una previsione delle misure: la rilevazione del guasto avviene in caso di scostamento significativo tra la previsione e la misura effettiva. Le tecniche non basate sul modello sono invece basate su intelligenza artificiale (soft computing, reti neurali, fuzzy logic, sistemi esperti, etc.), e/o analisi di correlazione temporale e/o frequenziale (analisi alle componenti principali o indipendenti, analisi di Fourier o Wavelets) tra i diversi segnali del sistema di misura. Il gruppo ha esperienza su:

- Tecniche basate sul modello con osservatori di tipo robusto, nonlineare o adattativo; - Tecniche basate sulla stima on-line dei parametri di guasto; - Tecniche basate su analisi frequenziale di tipo Fourier o Wavelet; - Tecniche basate su analisi statistiche di tipo PCA.

Applicazioni - rilevazione di guasti di sensori ed attuatori in velivoli da trasporto dell'Aviazione Generale; - rilevazione di guasti sensori e/o attuatori di robot industriali ed autonomi;


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- rilevazione di guasti di sensori per le misure magnetiche in tokamak toroidali per la fusione termonucleare controllata;

- rilevazione di guasti in reattori chimici. Inoltre, in relazione all’aspetto metodologico del problema, è stato affrontato il problema della rilevazione ed isolamento di guasti per sistemi lineari incerti affetti da disturbi limitati mediante generatori residuali (osservatori dell'uscita). Sono state considerate due metodologie, la prima basata su tecniche di assegnamento dell'autostruttura per sistemi lineari affetti da disturbi ad energia limitata (Rilevazione ed Isolamento Esatti) ed il secondo basato su tecniche LMI per sistemi lineari aventi incertezza politopica (Rilevazione ed Isolamento Robusti). Per quel che riguarda inoltre la rilevazione esatta è stata applicata ed estesa una metodologia numerica (Gradient-Flow) che consente di risolvere il problema di assegnamento vincolato dell'autostruttura mediante la risoluzione di un particolare sistema di equazioni differenziali nelle variabili obiettivo del problema di assegnamento dell'autostruttura. Nell'ambito delle tecniche LMI, infine, è in fase di sviluppo una metodologia robusta più generale di sintesi di un filtro a deconvoluzione (unknown input observer) e quindi non ristretta a generatori residuali alla Luenberger.Persone coinvolte: Prof. Massimiliano Mattei, Prof. Domenico Famularo, Ing. Gaetano Paviglianiti, Ing. Valerio Scordamaglia Collaborazioni: Università di Napoli Federico II, Università di Catanzaro Magna Graecia, Università della Basilicata, VulcanAir S.p.A., partecipanti al progetto Brite Euram ADFCS-II Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] M.Mattei, G.Paviglianiti, V.Scordamaglia, "Nonlinear observers with H-infinity performance for sensor Fault Detection and Isolation: a Linear Matrix Inequality design procedure", Control Engineering Practice, Vol 13/10 pp 1271-1281, 2005. [2] F. Amato, C. Cosentino, M.Mattei, G.Paviglianiti, “A Direct/Functional Redundancy Scheme for Fault Detection and Isolation on an Aircraft,” Aerospace Science and Technology, Volume 10, Issue 4, May 2006, Pages 338-345. [3] F.Amato, C.Cosentino, M.Mattei, G.Paviglianiti, “An Hybrid Direct/Functional Redundancy Scheme for the FDI on a small Commercial Aircraft,” SAFEPROCESS'03, IFAC Symposium, Washington D.C., 2003. [4] M.Mattei, G.Paviglianiti, V. Scordamaglia, "Nonlinear H-infinity Identity observers for sensor FDI: an application example," IEEE Conference on Mechatronics, Istanbul, Turkey, June 2004. [5] M. Mattei; G. Paviglianiti; Managing Sensor Hardware Redundancy on a Small Commercial Aircraft with H-infinity FDI Observers, IFAC World Conference, Praha, 2005 [6] M. Mattei; G. Paviglianiti; Actuators FDI on a Small Commercial Aircraft Using Online Approximators; IFAC World Conference, Praha, 2005 [7] G. Paviglianiti, F. Caccavale, M. Mattei, F. Pierri, Sensor Fault Detection and Isolation for Robot Manipulators, IEEE Mediterranean Conference on Control and Application, MED05. [8] A. Casavola, D. Famularo, G. Franzè and M. Sorbara. ``Set-points reconfiguration in dynamical systems'', SAFEPROCESS 2006 , 6th IFAC Symposium, pp. 157-162, Beijing, PR China, 2006. [9] A. Casavola, D. Famularo, G. Franzè. ``Robust fault detection of uncertain linear systems via quasi-LMIs'', ACC'05, Portland (Oregon), 2005. [10] A. Casavola, D. Famularo, G. Franzè. ``A robust deconvolution scheme for fault detection and isolation of uncertain linear systems: an LMI approach'', IFAC 2005, Prague, 2005. [11] A. Casavola, D. Famularo, G. Franzè. ``Robust multiple-fault detection and isolation: A gradient flow approach'', ACC04 American Control Conference, Boston, MA, USA, June 30-July 2, 2004. [12] A. Casavola, D. Famularo, G. Franzè. ``Robust fault isolation of uncertain linear systems: An LMI approach'', 5th IFAC Symposium on Fault Detection,Supervision and Safety of Technical Processes, SAFEPROCESS 2003, Washington, D.C., USA, 2003. [13] Gaetano Paviglianiti and Francesco Pierri, Sensor Fault Detection and Isolation for Chemical Batch Reactors, IEEE Conference on Control Appication, 2006 [14] Gaetano Paviglianiti, Massimiliano Mattei, Sensor Fault Detection with Hinf Nonlinear Observers, Networked Control Systems: Tolerant to Faults, 2006


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5 Area di Ricerca Elettrotecnica Le attività di ricerca dell’Unità di Elettrotecnica sono relative a tematiche del settore S.S.D. ING-IND/31-Elettrotecnica conformemente alla tabella ufficiale del Gruppo Nazionale. Le tematiche di interesse sono prevalentemente incentrate sui circuiti e algoritmi per lil trattamento dei segnali e tecniche di tipo numerico per lo studio dei campi e circuiti. I campi di applicazione sono identificabili nelle seguenti macro-aree:

1. plasmi e fusione termonucleare controllata; 2. test non distruttivi; 3. trattamento di segnali biomedicali.

Titolo dell’attività: Circuiti, reti e sistemi lineari e non lineari, dinamici e adinamici, mono e multidimensionali, analogici e digitali, deterministici e stocasticiReti neurali e sistemi neuro-fuzzy, circuiti e algoritmi per la classificazione, il riconoscimento e la predizione; elaborazioni di segnali mono e multidimensionali per sistemi di telecomunicazione e multimediali; circuiti per la codifica robusta e la protezione dei dati Persone coinvolte: Ing. M. Cacciola, Ing. S. Calcagno, Ing. G. Inuso, Ing. N. Mammone, Prof. Ing. F.C. Morabito, Prof. Ing. M. Versaci. Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] S. CALCAGNO, MORABITO F., M. VERSACI. (2003). A Novel approach for detecting and classifying defects in metallic plates. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. vol. 39 (3), pp. 1531-1534 ISSN: 0018-9464. [2] VERSACI M., MORABITO F. (2003). Fuzzy Time Series Approach for Disruption Prediction in Tokamak Reactors. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. vol. 39 - 3, pp. 1503-1506 ISSN: 0018-9464. [3] MORABITO F., VERSACI M. (2003). Fuzzy-Neural Identification and Forecasting Techniques to Process Experimental Urban Air Pollution Data. NEURAL NETWORKS. vol. 16-1, pp. 493-506 ISSN: 0893-6080. [4] MORABITO F., M. VERSACI. (2003). Environmental data interpretation: intelligent systems for modeling and prediction of urban air pollution data. In: PEDRO MELO-PINTO, HORIA-NICOLAI TEODORESCU, TOSHIO FUKUDA. Systematic Organisation of Information in Fuzzy Systems. (pp. 335-354). ISBN: 158603295X. IOS Press. [5] CALCAGNO S., MORABITO F., VERSACI M. (2003). A Novel Approach for Detecting and Classifying Defects in Metallic Plates. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. vol. 39-3, pp. 1531-1534 ISSN: 0018-9464. Collaborazioni: Centro Regionale per Assistenza, Diagnosi, Studio e Ricerca delle Epilessie (Università degli Studi di Catanzaro Azienda Ospedaliera Bianchi-Melacrino-Morelli di Reggio Calabria - Presidio Riuniti) Computational NeuroEngineering Laboratory (University of Florida, Gainesville, Florida, USA). ItalTBs (Trieste) Alenia Aeronautica – Pomigliano d’Arco (NA) Titolo dell’attività: Circuiti, reti e sistemi lineari e non lineari, dinamici e adinamici, mono e multidimensionali, analogici e digitali, deterministici e stocasticiFusione termonucleare controllata; magneti superconduttori; plasmi per applicazioni industriali; propulsori a plasma; acceleratori di particelle; elettrotermia; elettroacustica.. Persone coinvolte: Prof. Ing. R. Albanese, Ing. G. Artaserse, Ing. M. Cacciola, Ing. G. Inuso, Ing. F. Maviglia, Ing. C. Minniti, Prof. Ing. F.C. Morabito, Ing. D. Polimeni, Prof. Ing. M. Versaci Collaborazioni: Comunità Europea , Laboratorio di Fisica dei Plasmi di Garching bei Munchen (Germania), Laboratorio di Fisica dei Plasmi di Cilham (UK), ENEA (Frascati), Associazione EURATOM/ENEA/CREATE-DIMET Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] ALBANESE R., G. RUBINACCI, F. VILLONE. (2006). A 3D Integral Formulation Coupled to a Rigid Non-Axisymmetric Plasma Model. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. vol. 42, pp. 1399-1402 ISSN: 0018-9464. [2] ALBANESE R., R. FRESA, A. PORTONE, G. RUBINACCI, F. VILLONE, W. ZAMBONI. (2006). Analysis of resistive joints for superconducting cables for fusion applications. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. vol. 42, pp. 1355-1358 ISSN: 0018-9464. [3] A. CENEDESE, ALBANESE R., G. ARTASERSE, M. MATTEI, F. SARTORI AND JET-EFDA CONTRIBUTORS. (2005). Reconstruction capability of JET magnetic sensors. FUSION ENGINEERING AND DESIGN. vol. 74, pp. 825-830 ISSN: 0920-3796. Issues 1-4. [4] A. PORTONE, ALBANESE R., R. FRESA, M. MATTEI, G. RUBINACCI, F. VILLONE. (2005). Vertical Stability of ITER Plasmas with 3D Passive Structures and a Double-Loop Control System. FUSION ENGINEERING AND DESIGN. vol. 74, pp. 537-542 ISSN: 0920-3796. Issues 1-4. [5] ALBANESE R., G. AMBROSINO, M. ARIOLA, A. CENEDESE, F. CRISANTI, G. DE TOMMASI, M. MATTEI, F. PICCOLO, A. PIRONTI, F. SARTORI ET AL. (2005). Design, implementation and test of the XSC extreme shape controller in JET. FUSION ENGINEERING AND DESIGN. vol. 74, pp. 627-632 ISSN: 0920-3796. Issues 1-4. [6] G. AMBROSINO, ALBANESE R. (2005). Magnetic control of plasma current, position, and shape in tokamaks.


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IEEE CONTROL SYSTEMS MAGAZINE. vol. 5, pp. 76-92. [7] G. AMBROSINO, ALBANESE R., M. ARIOLA, A. CENEDESE, F. CRISANTI, G. DE TOMMASI, M. MATTEI, F. PICCOLO, A. PIRONTI, F.SARTORI ET AL. (2005). XSC plasma control: Tool development for the session leader. FUSION ENGINEERING AND DESIGN. vol. 74, pp. 521-525 ISSN: 0920-3796. Issues 1-4. [8] KAYE A.S., ALTMANN H., ALBANESE R., CIRIC D., COAD P., BRENNAN D., DURODIE F., EDLINGTON T., EDWARDS D.C., FELTON R., JONES T.T.C., LIOURE A., LOMAS P., MAILLOUX J., MONAKHOV I., NIGHTINGALE M., PAMELA J., PEARCE R., RICCARDO V., RAPP J., ROLFE A., SURREY E., ROSANVALLON S., TODD T., WALDEN A. (2005). Progress in technology at JET. FUSION SCIENCE AND TECHNOLOGY. vol. 47(3), pp. 355-362 ISSN: 1536-1055. [9] LABORDE L, MAZON D, MOREAU D, MURARI A, FELTON R, ZABEO L, ALBANESE R., ARIOLA M, ET AL. (2005). A model-based technique for integrated real-time profile control in the JET tokamak. PLASMA PHYSICS AND CONTROLLED FUSION. vol. 47 (1), pp. 155-183 ISSN: 0741-3335. [10] MURARI A., JOFFRIN E., FELTON R., MAZON D., ZABEO L., ALBANESE R., ARENA P., AMBROSINO G., ARIOLA M., BARANA O., BRUNO M., LABORDE L., MOREAU D., PICCOLO F., SARTORI F., CRISANTI F., DE LA LUNA E., SANCHEZ J., EFDA-JET CONTRIBUTORS. (2005). Development of real-time diagnostics and feedback algorithms for JET in view of the next step. PLASMA PHYSICS AND CONTROLLED FUSION. vol. 47(3), pp. 395-407 ISSN: 0741-3335. [11] ALBANESE R., M. MATTEI AND F. VILLONE. (2004). Prediction of the growth rates of VDEs in JET. NUCLEAR FUSION. vol. 44, pp. 999-1007 ISSN: 0029-5515. [12] ALBANESE R., RUBINACCI G., VILLONE F. (2004). Electromagnetic Analysis of the 3-D Effects of the Metallic Structures in JET Tokamak. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. vol. 40, pp. 589-592 ISSN: 0018-9464. no. 2. [13] COCCORESE V, ALBANESE R., ALTMANN H, ET AL. (2004). Design of the new magnetic sensors for Joint European Torus. REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS. vol. 75 (10), pp. 4311-4313 ISSN: 0034-6748. [14] ALBANESE R., G. AMBROSINO, M. ARIOLA, G. CALABRÒ, V. COCILOVO, F. CRISANTI, A. PIRONTI, F. VILLONE. (2003). Plasma Modeling for Position and Current Control in FTU. FUSION ENGINEERING AND DESIGN. vol. 66-68, pp. 681-689 ISSN: 0920-3796. [15] ALBANESE R., G. CALABRÒ, G. CALABRÒ, G. LOMBARDO, G. REITANO, R. FRESA, P. MORABITO. (2003). Error Bounds for Inverse Electromagnetic Problems in Soil Mechanics. MATHEMATICAL AND COMPUTER MODELLING. vol. 37, pp. 603-613 ISSN: 0895-7177. also presented at the Symposium on "Mathematical Models in Soil Mechanics, Scilla (RC), Italy, September 2000 (invited paper). [16] ALBANESE R., G. CALABRÒ, M. MATTEI, F. VILLONE. (2003). Plasma Response Models for Current, Shape and Position Control in JET. FUSION ENGINEERING AND DESIGN. vol. 66-68, pp. 715-718 ISSN: 0920-3796. [17] E. JOFFRIN, F. CRISANTI, R FELTON, X LITAUDON, D MAZON, D MOREAU, L ZABEO, ALBANESE R., M ARIOLA, D ALVES, O BARANA, ET AL. (2003). Integrated scenario in JET using real time profile control. PLASMA PHYSICS AND CONTROLLED FUSION. vol. 45, pp. A367–A383 ISSN: 0741-3335. [18] F. CRISANTI, ALBANESE R., G. AMBROSINO, M. ARIOLA, J.B. LISTER, M. MATTEI, F. MILANI, A. PIRONTI, F. SARTORI, F. VILLONE. (2003). Upgrade of the present JET Shape and Vertical Stability Controller. FUSION ENGINEERING AND DESIGN. vol. 66-68, pp. 803-807 ISSN: 0920-3796. [19] F. VILLONE, V. RICCARDO, ALBANESE R., F. SARTORI, A. CENEDESE, CONTRIBUTORS TO THE EFDA-JET WORKPROGRAMME. (2003). Neutral point detection in JET. FUSION ENGINEERING AND DESIGN. vol. 66-68, pp. 709-714 ISSN: 0920-3796. [20] J. PAMELA, EMILIA R. SOLANO, AND JET EFDA CONTRIBUTORS, J.M. ADAMS, G. AGARICI, M. AGARICI, H. AKHTER, ALBANESE R., ET AL. (2003). Overview of JET results. NUCLEAR FUSION. vol. 43, pp. 1540-1554 ISSN: 0029-5515. Titolo dell’attività: Campi elettromagnetici, elettrodinamica dei materiali, magnetofluidodinamica e problemi accoppiati Analisi e sintesi di campi elettromagnetici; CAD elettromagnetico e procedure di ottimizzazione; problemi inversi in ambito elettromagnetico; diagnostica elettromagnetica Persone coinvolte: R. Albanese, G. Artaserse, F. Maviglia, F.C. Morabito Collaborazioni: Alenia Aeronautica – Somigliano d’Arco (NA), dipartimento di Ingegneria Elettrica Università di Cork (Irlanda), Iowa State University (USA), ST Microelectronics (Catania), Michigan State University (USA), Consorzio CREATE Principali e più recenti pubblicazioni sul tema


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[1] A. CENEDESE, ALBANESE R., G. ARTASERSE, M. MATTEI, F. SARTORI AND JET-EFDA CONTRIBUTORS. (2005). Reconstruction capability of JET magnetic sensors. FUSION ENGINEERING AND DESIGN. vol. 74, pp. 825-830 ISSN: 0920-3796. Issues 1-4. [2] ALBANESE R., G. AMBROSINO, M. ARIOLA, G. CALABRÒ, V. COCILOVO, F. CRISANTI, A. PIRONTI, F. VILLONE. (2003). Plasma Modeling for Position and Current Control in FTU. FUSION ENGINEERING AND DESIGN. vol. 66-68, pp. 681-689 ISSN: 0920-3796. [3] R. Albanese, “Local and Global Equilibrium Codes”, INTERNATIONAL SCHOOL OF FUSION REACTOR TECHNOLOGY. “ETTORE MAJORANA” FOUNDATION and CENTRE FOR SCIENTIFIC CULTURE, 10th Course: "Global and Local Control of Tokamak Plasmas", ERICE-SICILY: 8 - 14 NOVEMBER 2005 (invited talk). [4] R. Albanese, “Vertical Displacement Events: Dynamics and Consequences”. INTERNATIONAL SCHOOL OF FUSION REACTOR TECHNOLOGY. “ETTORE MAJORANA” FOUNDATION and CENTRE FOR SCIENTIFIC CULTURE, 10th Course: "Global and Local Control of Tokamak Plasmas", ERICE-SICILY: 8 - 14 NOVEMBER 2005 (invited talk). [5] R. Albanese, G. Artaserse, F. Crisanti, G. De Tommasi, M. Mattei, "Plasma modelling and control in JET", presented at the TF-S2 and REAL TIME CONTROL MEETING, Frascati, 7-11 June 2004 Titolo dell’attività: Modellistica e sintesi di dispositivi e sistemi di interesse per l'ingegneria Analisi e sintesi di campi elettromagnetici; CAD elettromagnetico e procedure di ottimizzazione; problemi inversi in ambito elettromagnetico; diagnostica elettromagnetica Persone coinvolte: R. Albanese, G. Artaserse, F. Maviglia, F.C. Morabito Collaborazioni: Consorzio CREATE, Università di Gratz (Austria), Università di Tampere (Finlandia) Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] Raffaele ALBANESE, Raffaella BARRESI, Marco CARBONE, Antal GASPARICS, “Tools for the design of FLUXSET probes addressed to the detection of deep defects”, presented at ENDE 2003, Saclay, May 2003. [2] R. Albanese, G. Artaserse, F. Crisanti, G. De Tommasi, M. Mattei, "Identification of plasma pressure and current and derivation of linearized reconstruction models for control", presented at the TF-S2 and REAL TIME CONTROL MEETING, Frascati, 7-11 June 2004 [3] R. Albanese, G. Artaserse, M. Mattei, “PLASMA CURRENT MOMENTS AND BOUNDARY RECONSTRUCTION”, internal report, MAGNETIC DIAGNOSTICS ENHANCEMENT, TASK T18: MAGNETIC ANALYSIS TOOLS DEVELOPMENT, JUNE 2004 [4] Raffaele ALBANESE, Raffaella BARRESI, Marco CARBONE, Antal GASPARICS, “Tools for the design of FLUXSET probes addressed to the detection of deep defects”, presented at ENDE 2003, Saclay, May 2003. [5] R. Albanese, A. Cenedese, M. Mattei, F.Piccolo, F. Sartori, F. Villone, “DYNAMIC RESPONSE ON THE VS TIME SCALE”, internal report, MAGNETIC DIAGNOSTICS ENHANCEMENT, TASK T18: MAGNETIC ANALYSIS TOOLS DEVELOPMENT, JUNE 2004 Titolo dell’attività: circuiti e algoritmi per l'estrazione, il trattamento e la trasmissione dell'informazione Reti neurali e neurofuzzy; circuiti ed algoritmi per la classificazione, il riconoscimento e la predizione; elaborazione di segnali mono e multidimensionali per sistemi di telecomunicazione e multimediali; circuiti per la codifica robusta e la protezione dei dati Persone coinvolte: M. Cacciola, F. La Foresta, N. Mammone, F.C. Morabito Collaborazioni: Centro Regionale per Assistenza, Diagnosi, Studio e Ricerca delle Epilessie (Università degli Studi di Catanzaro, Azienda Ospedaliera Bianchi-Melacrino-Morelli di Reggio Calabria - Presidio Riuniti), Computational NeuroEngineering Laboratory (University of Florida, Gainesville, Florida, USA). Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] N. CLARA, N. MAMMONE, MORABITO F., U. VITALE. (2005). Fuzzy clustering analysis of Magnetic Resonance Image segmentation. International Conference on Modelling and Simulation, (ICMS’05), Marrakech, Morocco, November 22-24. [2] N. MAMMONE, MORABITO F. (2005). Independent Component Analysis and High-Order Statistics for Automatic Artifact Rejection. International Joint Conference on Neural Networks, Networks (IJCNN'05), Montreal, Quebec, Canada. ISBN/ISSN: 1098-7576. [3] CALCAGNO, D. COSTANTINO, MORABITO F., C. TUSCANO, M. VERSACI. (2005). DYNAMICAL RECONSTRUCTION FOR TREATING CORRESPONDENCE BETWEEN PATHOLOGICAL EVENT AND INTRACRANIAL PRESSURE BASED ON EXPERIMENTAL MEASUREMENTS FIBER-OPTIC CATHETER. IASTED International Conference on Applied Simulation and Modeling, (ASM'05), CRETA, Greece, June 20. ISBN/ISSN: 1021-8181. [4] B. AZZERBONI, M. IPSALE, F. LA FORESTA, N. MAMMONE, MORABITO F. (2004). A Comparison of ICA Algorithms in Biomedical Signal Processing. Workshop on Neural Nets, (WIRN'04) , Perugia, Italy, September 14-15. ISBN/ISSN: 1-85233-177-1. [5] M. CAMPOLO, N. MAMMONE, MORABITO F. (2004). DWT and ICA For Artifact Removal In Surface EEG. XI SIGEF Congress, Reggio Calabria-Messina (Italy), November 8-10. (pp. 65-79).


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[6] A. GRECO, D. COSTANTINO, MORABITO F., M. VERSACI. (2003). A morlet wavelet classification technique for ICA filtered sEMG experimental data. International Joint Conference on Neural Networks, (IJCNN'03), Portland, Oregon (USA), July 20-24. (pp. 166-171). ISBN/ISSN: 1098-7576. [7] S. MARRA, MORABITO F., M. VERSACI. (2003). Neural networks and Cao's Methods: a novel approach for air pollutants time series forecasting. International Joint Conference on Neural Networks. (pp. 2448-2453). ISBN/ISSN: 1098-7576. Titolo dell’attività: Circuiti e algoritmi basati su tecniche di intelligenza artificiale Reti neurali e neurofuzzy; circuiti ed algoritmi per la classificazione, il riconoscimento e la predizione; elaborazione di segnali mono e multidimensionali per sistemi di telecomunicazione e multimediali; circuiti per la codifica robusta e la protezione dei dati Persone coinvolte: M. Cacciola, S. Calcagno, G. Inuso, F. La Foresta, N. Mammone, C. Minniti, F.C. Morabito, D. Polimeni, M. Versaci Collaborazioni: Centro Regionale per Assistenza, Diagnosi, Studio e Ricerca delle Epilessie (Università degli Studi di Catanzaro, Azienda Ospedaliera Bianchi-Melacrino-Morelli di Reggio Calabria - Presidio Riuniti) , Computational NeuroEngineering Laboratory (University of Florida, Gainesville, Florida, USA), Alenia Aeronautica – Pomigliano d’Arco (NA), Ministero dell’Ambiente e della tutela del Territorio, Provincia di Reggio Calabria Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] F. LA FORESTA, N. MAMMONE, MORABITO F. (2006). Inverse Problem Solution to Evaluate the Bioelectric Field of Fetal Heart Muscle: Remarks on Electrodes Placement. In: Optimization and Inverse Problems in Electromagnetism. OIPE2006. September 13th - 15th, 2006. [2] F. LA FORESTA, N. MAMMONE, MORABITO F., M. VERSACI. (2006). Quantification of the Entrainment of Neuronal Sources in the Epileptic Brain from Scalp Electroencephalography. In: Optimization and Inverse Problems in Electromagnetism. OIPE2006. September 13th - 15th, 2006. [3] A. GRECO, N. MAMMONE, MORABITO F., M. VERSACI. (2005). Semi-Automatic Artifact Rejection Procedure based on Kurtosis, Renyi’s Entropy and Independent Component Scalp Maps. International Conference on Signal Processing, (ICSP'05), August 26-28, 2005, Prague, Czec. (vol. 7). ISBN/ISSN: 975-98458-6-5. [4] B. AZZERBONI, F. LA FORESTA, N. MAMMONE, MORABITO F. (2005). A New Approach Based On Wavelet-ICA Algorithms For Fetal Electrocardiogram Extraction. European Symposium on Artificial Neural Networks, ESANN'05), Bruges, Belgium, April 27-29. (pp. 193-198). ISBN/ISSN: 2-930307-05-6. [5] F. LA FORESTA, N. MAMMONE, MORABITO F. (2005). Artifact cancellation from electrocardiogram by mixed Wavelet-ICA filter. XVI Workshop Italiano sulle Reti Neurali (WIRN'05), Vietri S. M. (SA), Italy, June 8-11. ISBN/ISSN: 1-85233-177-1. [6] F. LA FORESTA, N. MAMMONE, MORABITO F. (2005). Independent Component and Wavelet Analysis for fECG Extraction: The ST Waveform Evaluation. IEEE International Conference on Computational Intelligence for Measurement Systems and Applications. (pp. 86-90). (CIMSA'05),Taormina, Sicily, Italy, July 20-22. [7] F. LA FORESTA, N. MAMMONE, MORABITO F. (2006). Artifact Cancellation from Electrocardiogram by Mixed Wavelet-ICA Filter. LECTURE NOTES IN COMPUTER SCIENCE. vol. 3931, pp. 78-82 ISSN: 0302-9743. [8] A. GRECO, N. MAMMONE, MORABITO F., M. VERSACI. (2005). Artificial Neural Networks and Multi-Class Support Vector Machines for Classifying Magnetic Measurements in Tokamak Reactors. INTERNATIONAL JOURNAL OF COMPUTATIONAL INTELLIGENCE (on line). vol. 2 (4), pp. 260-267 ISSN: 1304-2386. [9] MORABITO F., A. GRECO, N. MAMMONE, M. VERSACI. (2005). Kurtosis, Renyi’s Entropy and Independent Component Scalp Maps for the Automatic Artifact Rejection from EEG data. INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOMEDICAL SCIENCES (on line). vol. 1, pp. 12-16 ISSN: 1306-1216. [10] B. AZZERBONI, F. LA FORESTA, N. MAMMONE, MORABITO F. (2004). Mixed wavelet ICA filter for biomedical time series. ATTI DELLA FONDAZIONE GIORGIO RONCHI. vol. 1 (2), pp. 147-152 ISSN: 0391-2051. [11] MORABITO F., CAMPOLO M. (2003). Neural Network Approaches to the Processing of Experimental Electro-Myographic data from non-Invasive Sensors. APPLIED COMPUTATIONAL ELECTROMAGNETICS SOCIETY JOURNAL. vol. 18, pp. 12-21 ISSN: 1054-4887. Titolo dell’attività: Problemi inversi e metodi di ottimizzazione per i campi e i circuiti Reti neurali e neurofuzzy; circuiti ed algoritmi per la classificazione, il riconoscimento e la predizione; elaborazione di segnali mono e multidimensionali per sistemi di telecomunicazione e multimediali; circuiti per la codifica robusta e la protezione dei dati Persone coinvolte: M. Cacciola, S. Calcagno, G. Inuso, C. Minniti, F.C. Morabito, D. Polimeni, M. Versaci Collaborazioni: Alenia Aeronautica – Somigliano d’Arco (NA), Consorzio CREATE, Seconda Università di Napoli, Università di Perugia Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] M. CACCIOLA, S. CALCAGNO, MORABITO F., M. VERSACI. (2005). Support Vector Machines and Eddy-Current Tests for Flaws Characterisation in Thin Metallic Plates. 4th WSEAS International Conference on


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ELECTRONICS, CONTROL and SIGNAL PROCESSING,. (pp. 112-116). [2] S. CALCAGNO, M. CACCIOLA, MORABITO F., M. VERSACI. (2006). On the Use of SVRMs to Evaluate Integrity of Metallic Plates. In: Optimization and Inverse Problems in Electromagnetism. OIPE2006. September 13th - 15th, 2006. [3] S. CALCAGNO, MORABITO F., D. POLIMENI. M. VERSACI. (2006). CWs to Access Deepness of Defects in Metallic Plates. In: Optimization and Inverse Problems in Electromagnetism. OIPE2006. September 13th - 15th, 2006. [4] M. BUONSANTI, S. CALCAGNO, MORABITO F., M. VERSACI. (2003). Defect reconstruction on reinforced concrete specimens. IASTED International Conference on Modelling, Identification and Control. (pp. 448-452). ISBN/ISSN: 1025-8973. [5] M. CACCIOLA, MORABITO F., S. CALCAGNO, M. VERSACI. (2005). On the use of eddy current techniques & soft computing approach to classify defects on metallic plates. WSEAS TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING. vol. 1, Issue 3, pp. 452-457 ISSN: 1790-5022. [6] D. COSTANTINO, MORABITO F., M. VERSACI. (2006). On the Use of Neuro-fuzzy Techniques for Analyzing Experimental Surface Electromyographic Data. In: V. DI GES, F. MASULLI, A. PETROSINO. Fuzzy Logic and Applications. (pp. 119-126). ISBN: 3540310193. : Springer (GERMANY). [7] B. AZZERBONI, M. IPSALE, F. LA FORESTA, N. MAMMONE, MORABITO F. (2006). A Comparison of ICA Algorithms in Biomedical Signal Processing. In: B. APOLLONI, M. MARINARO, R. TAGLIAFERRI. Biological and Artificial Intelligence Environments. ISBN: 1402034318. : Springer (GERMANY). Titolo dell’attività: Circuiti e algoritmi basati su tecniche di intelligenza artificiale Analisi e sintesi di campi elettromagnetici; CAD elettromagnetico e procedure di ottimizzazione; problemi inversi in ambito elettromagnetico; diagnostica elettromagnetica Persone coinvolte: F.C. Morabito Collaborazioni: Università di Iasi (Romania), Politecnico di Losanna (Svizzera), Alenia Aeronautica – Pomigliano d’Arco (NA), Alenia Marconi (Roma), Telespazio (Roma) Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] M. BUONSANTI, M. CACCIOLA, S. CALCAGNO, MORABITO F., M. VERSACI. (2006). Ultrasonic Pulse-Echoes and Eddy Current Testing for Detection, Recognition and Characterization of Flaws Detected in Metallic Plates. In: Proceedings of ECNDT'06. ECNDT'06. September 25th - 29th, 2006. [2] M. BUONSANTI, M. CACCIOLA, S. CALCAGNO, MORABITO F., M. VERSACI. (2006). On the Use of Fuzzy Inference Systems and Support Vector MAchines for Classifying Defects in Metallic Plates. ECNDT'06. September 25th - 29th, 2006. [3] M. CACCIOLA, S. CALCAGNO, MORABITO F., M. VERSACI. (2006). Defects Shape Recognition in Metallic Plates by means of Eddy Current Techniques and Fuzzy Entropy. In: Optimization and Inverse Problems in Electromagnetism. OIPE2006. September 13th - 15th, 2006.


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6 Area di Ricerca Campi Elettromagnetici Il settore dei Campi Elettromagnetici si occupa di tutti gli aspetti metodologici ed applicativi che riguardano i le onde elettromagnetiche. Diverse sono le competenze disponibili presso il DIMET e spaziano dalla modellistica diretta, dalla sintesi delle antenne alla propagazione in mezzi disomogenei, dall’elettromagnetismo numerico ai problemi inversi della matematica applicata. I filoni di ricerca attualmente attivi riguardano la modellistica elettromagnetica dei problemi di diffusione diretta, gli algoritmi e le tecniche di ricostruzione di immagini per la prospezione subsuperficiale e la diagnostica ambientale, l’analisi dei comportamenti dei metamateriali, la sintesi delle antenne ad array, le applicazioni biomediche dei campi elettromagnetici. Già in passato sono state svolte attività di ricerca in collaborazione con aziende della Finmeccanica da parte di membri del gruppo: con la MBDA per le tecniche di misure sulle antenne e la progettazione di antenne, con la Selex per i sistema radar, con la Galileo Avionica per le tecniche di diagnostica elettromagnetica per le applicazioni alla “security”

Titolo dell’attività Algoritmi di inversione tomografica per l’imaging a microonde a fini diagnostici e per la security

Descrizione dell’attività

Negli ultimi anni, la comunità scientifica impegnata sulla problematica della diagnostica elettromagnetica subsuperficiale con georadar ha concentrato i suoi sforzi nello sviluppo di approcci che consentano di superare le limitazioni relative all’approccio radaristico, largamente utilizzato nelle applicazioni. Il georadar è costituito essenzialmente da un'antenna che irradia impulsi a radiofrequenza in una banda ampia in direzione dell’interfaccia di interesse e da sensori che registrano i segnali retrodiffusi dal mezzo irradiato (in particolare da eventuali disomogeneità presenti) . Ogni qual volta che l’onda elettromagnetica incontra delle disomogeneità nelle proprietà dielettriche nella struttura sotto indagine l'impulso irradiato viene retrodiffuso, registrato e infine opportunamente "rappresentato" per dare informazioni sulla disomogeneità che lo ha generato. Il risultato è un radargramma che descrive una sezione della struttura in esame dove una delle dimensioni rappresenta la direzione di moto dell’antenna e l’altra la profondità. I radargrammi vengono poi interpretati dall'operatore ricorrendo alla propria esperienza personale e alle informazioni a priori a disposizione sulla struttura, in diversi casi con risultati incoraggianti. Tuttavia, questa modalità di funzionamento presenta una cruciale limitazione. Infatti, l’interpretazione dei radargrammi risulta fortemente dipendente dall’esperienza dell’utente e dalle informazioni a priori disponibili che possono, in alcuni casi, richiedere anche azioni invasive sulla struttura investigata. In effetti, tale limitazione deriva dal fatto che l'elaborazione dei dati consiste nella sola "lettura" dei ritorni del radar e quindi non viene tenuto in conto compiutamente il modello che descrive la fisica dell’interazione dell’onda elettromagnetica con la struttura oggetto di indagine. Una delle più promettenti direzioni di ricerca in tali applicazioni è quello di realizzare sistemi georadar innovativi e di individuare metodologie di elaborazione dei dati finalizzate alla ricostruzione di informazioni utili e non ambigue riguardanti gli oggetti sotto indagine. In particolare, si vuole perseguire un approccio tomografico che ha lo scopo di generare immagini delle variazioni spaziali delle caratteristiche elettromagnetiche della struttura sotto esame che consentano la rilevazione, la localizzazione e la caratterizzazione della forma e della natura di oggetti interni eventualmente presenti. La qualità delle immagini ricostruite dipende dalla disponibilità di configurazioni di misura che sfruttino al massimo le diversità nell’illuminazione, come ad esempio strategie di acquisizione multimonostatiche, multibistatiche, eventualmente in diversità di polarizzazione, e a differenti frequenze. Il problema di interesse scientifico può essere formulato come la ricostruzione dello stato interno di un mezzo materiale, rappresentante la subsuperifice o una muratura, a partire da misure del campo elettromagnetico retrodiffuso effettuate all’interfaccia aria-mezzo. Il modello matematico che descrive il problema, ossia il legame tra le quantità misurate (il campo retrodiffuso) e le grandezze incognite (forma, dimensione, posizione, caratteristiche elettromagnetiche delle disomogeneità) è fortemente non lineare, il che rende difficile la realizzazione di algoritmi di ricostruzione di immagini tomografiche affidabili ed efficienti con tempi di calcolo ragionevoli. Risulta pertanto conveniente, laddove possibile, l’impiego di algoritmi di ricostruzione basati su modelli approssimati della diffusione elettromagnetica. Essi consentono, infatti, raggiungere contemporaneamente vari obiettivi. Innanzitutto, l'onere computazionale può essere mantenuto basso. Inoltre, soprattutto nel caso di approssimazioni lineari la matematica del problema è consolidata e consente la definizione di algoritmi di imaging affidabili. Infine, diventa possibile, un’analisi delle prestazioni degli algoritmi stessi in relazione alla configurazione di misura, al tipo di antenna adottato ed alle caratteristiche dello scenario investigato.

Persone coinvolte Giovanni Leone, Raffaella Barresi, Antonella Laganà

Collaborazioni Seconda Università di Napoli, Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico Ambientale, CNR, Napoli


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Titolo dell’attività: Nuove metodologie di sintesi e nuove tipologie di antenne ad array per le applicazioni radar

Gli allineamenti o array di antenne sfruttano l’interferenza costruttiva o distruttiva dei campi irradiati dalle singole antenne costituenti per sagomare in modo opportuno il campo complessivamente irradiato nelle diverse direzioni dello spazio. La flessibilità di tali strutture rispetto ad antenne più tradizionali (riflettori, lenti) rende gli array di antenne particolarmente attraenti per applicazioni di telefonia cellulare (nelle stazioni radio base) per i radar (di avvistamento e di inseguimento) e, più recentemente, anche per le telecomunicazioni via satellite. D’altro canto, l’elevato numero di antenne generalmente necessario ad ottenere buone prestazioni (e le conseguenti difficoltà di progetto e realizzazione) rende necessario lo sviluppo di nuove metodologie di sintesi atte a sfruttare al meglio le potenzialità di tali strutture. Le attività di ricerca in corso, basate su metodi recentemente sviluppati e pubblicati da ricercatori e studenti del DIMET, sono dunque finalizzati alla ottimizzazione delle due classi di array attualmente oggetto di maggiore interesse nella letteratura internazionale, ovvero gli array ‘thinned’ (o ‘assottigliati’) e gli array ‘interleaved’ (o interallacciati).

Persone coinvolte T. Isernia, E. Casamento, M. D’Urso

Collaborazioni ACE (Antenna Center of Excellence) Consortium, MBDA (Fusaro, Napoli), DIET Univ. Napoli

Titolo dell’attività: Metodi innovativi per l’analisi ed il progetto di dispositivi basati sull’uso di metamateriali

I metamateriali sono costituiti da una serie di inclusioni periodiche in un mezzo omogeneo, ed esibiscono proprietà molto interessanti, quali ad esempio la possibilità di realizzare risposte o comportamenti non riscontrabili in natura (da cui la denominazione). Come testimoniato dalla letteratura recente, il tema è di grandissima rilevanza grazie alle sue molteplici possibili applicazioni ai fini della realizzazione di antenne, di guide d’onda e, non ultimo, della possibilità teorica di realizzare ‘mantelli invisibili’. D’altro canto, la effettiva realizzazione di dispositivi in tale tecnologia richiede tecniche di calcolo appropriate ed onerose, che rendono molto difficile al momento prevedere con esattezza (ovvero progettare accuratamente) il comportamento di dispositivi complessi. La ricerca in corso, basata sulla esperienza dei ricercatori della sede nei problemi diretti ed inversi di scattering, nonché nella sintesi di antenne, ha inteso in primo luogo sviluppare nuovi e più efficaci metodi di analisi. Tale avanzamento è stato possibile introducendo un nuovo punto di vista, che riguarda i dispositivi come un insieme di ‘macrocelle’ la cui risposta è calcolata una volta per tutte off-line.

Le ricerche in corso riguardano da un lato lo sviluppo di nuove metodologie di progetto (anch’esse basate sul paradigma delle ‘macrocelle’) e dall’altro la ideazione e sviluppo di nuovi e complessi sistemi basati sull’uso di metamateriali, quali ad esempio una rete riconfigurabile in modo semplice per l’alimentazione di un array di antenne.

Persone coinvolte T. Isernia, F. Cuomo

Collaborazioni DSF Univ. di Napoli, IMM/CNR

Titolo dell’attività: Sviluppo di Tecniche di Stabilizzazione e di Accelerazione per l’Analisi dei problemi di Scattering Diretto

During the past years, the electromagnetic community has worked out many numerical techniques with the aim to eliminate the instabilities of the EFIE applied to electromagnetic scattering by conducting bodies. Among these techniques, the orthogonalization procedure (OP) is the one characterized by the lower computational burden. This method stabilizes the EFIE solution for the induced surface current density J(r') making it orthogonal to the resonant mode Jr(r'), that is orthogonal to a nontrivial solution of EFIE homogeneous problem. It can be easily proved that the orthogonalization technique employed in electromagnetic literature is equivalent to the Truncated Singular Value Decomposition (TSVD) where the smallest singular value of the discretized EFIE is set equal to zero. The use of the orthogonalization procedure is theoretically justified by the fact that, at the interior resonant frequency, the null space K of the integral operator has dimension a nontrivial dimension. However at these frequencies, this dimension could be greater than one and, as a consequence, neither the orthogonalization of the EFIE solution with respect to the resonant mode, nor the use of the pseudo inverse of the Moment Method (MM) impedance matrix Z obtained setting σΝ=0, allows to obtain a stabilized solution for the integral equation. In fact, in this way, not all the components lying in the numerical null space k (the discretized version of the operatorial EFIE null space K are filtered out from J(r'). In order to circumvent this problem, we propose an approach based on the reconstruction of k so that to eliminate its


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contribution from the current J(r') computed by Moment Method. Formally, this approach is analogous to compute a TSVD solution of EFIE without have to compute the full SVD of the matrix impedance Z but using only the information associate to the numerical null space k. In this way we obtain a stabile solution for the unknown density current flowing on the metallic object and its RCS.

The Method of Moments (MoM) is a standard technique for solving integral equations in computational electro-magnetic. It permits to evaluate the current density distribution on the surface of scattering obstacles throughout the inversion of a complex linear system of equations, that for ease of reference we set in the matrix form ZI = V. From a mathematical perspective, the problem is fixed in spades and in fact reduces to the algebraic inversion of the impedance matrix Z. Unluckily this is not the case as to the numerical business. For objects having large electrical dimensions or electromagnetic systems consisting of many elementary bodies, the inversion process is indeed very time-consuming. As a consequence, it’s excluded almost a priori the possibility of using direct methods for calculating Z–1. Then, in order to reduce the computational efforts, iterative methods in conjunction with preconditioning techniques has been widely employed. As known from technical literature on numerical linear algebra, most preconditioned iterative methods can be applied to both real and complex linear systems. Anyway, it can be still useful to “realize” the complex MoM equation, i.e. to convert it into a real equivalent formulation, since many available software packages to date are specialized to manage efficiently not the former, but just the latter. Moreover it has been stressed that numerical computations are less sensitive to round-up errors when carried out in real rather than in complex arithmetic. To the extent this work has two main objectives. The first deals with the investigation of certain properties due to different choices after the “realization” process, and particularly with spectral items, which are known to influence somehow the convergence rates of a large class of iterative techniques. The second is to compare their performances. All the formulations have been coded and numerically tested using MATLAB environments. Results are presented for the linear systems arising by MoM treatment of the Electrical Field Integral Equation (EFIE) for the plane wave scattering by conducting bodies, and particularly by a cube and a sphere of ideal electrical conductivity.

Persone coinvolte Giovanni Angiulli, Salvatore Tringali Collaborazioni: Università della Calabria

7 Area di Ricerca Elettronica Le attività del settore Elettronica hanno un denominatore comune nella tecnologia dei microsistemi, ed in particolare nello studio delle possibilità di integrazione su un unico microchip di moduli elettronici ad elevate prestazioni assieme a sensori, trasduttori e dispositivi optoelettronici. Fra le principali tematiche di ricerca si segnalano in particolare: 1) materiali e dispositivi fotonici integrati in guida ottica compatibili con le tecnologie microelettroniche 2) dispositivi elettronici bipolari basati su semiconduttori composti e sulle eterogiunzioni 3) trasduttori ad ultrasuoni e ricostruzione ed elaborazione di immagini per ecografia ad ultrasuoni 4) sensori wireless integrati su chip energeticamente autonomi Titolo dell’attività: Materiali e dispositivi fotonici integrati in guida ottica compatibili con le tecnologie microelettroniche L’obiettivo della ricerca è la progettazione di dispositivi optoelettronici realizzati in silicio, o in materiali tecnologicamente compatibili con esso, al fine dell’integrazione di un bus ottico intra- o inter-chip. Il materiale attualmente più studiato presso il laboratorio è il silicio amorfo idrogenato (a-Si:H) che, per le sue proprietà tecnologiche ed ottiche, potrebbe comodamente consentire la realizzazione di un layer fotonico sovrapposto a quello elettronico in un chip CMOS convenzionale. Nell’ambito di questa tematica, presso il Laboratorio sono svolte le seguenti attività: Caratterizzazione delle proprietà optoelettroniche di materiali semiconduttori: il materiale da analizzare costituisce il core di una guida d’onda. La geometria della guida è tipica per telecomunicazioni a 1.55μm. Il probe (fascio di prova) è emesso da un diodo laser per telecomunicazioni e si propaga attraverso la guida. Il fascio di pump (pompa) illumina il core perpendicolarmente alla propagazione del probe, grazie ad un cladding superiore trasparente. Utilizzando guide d’onda a geometria planare (slab) si ottiene un’ampia regione di interazione dei due fasci nel materiale. I dati sperimentali sono acquisiti come variazione di intensità del fascio di probe all’uscita del dispositivo in funzione dell’intensità del pump. L’analisi dei dati è effettuata al calcolatore mediante simulatori del funzionamento del dispositivo, in grado di calcolare le perdite di trasmissione neff della guida d’onda. Conoscendo la dipendenza di neff della guida dalle caratteristiche geometriche del dispositivo, si risale alle proprietà del materiale di core. L’analisi è non distruttiva.


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Caratterizzazione di dispositivi optoelettronici: viene svolta una caratterizzazione delle perdite di propagazione delle guide ottiche integrate mediante la tecnica del Cut Back, il cui principio è quello di far propagare nella guida da caratterizzare un raggio luminoso, misurandone l’intensità trasmessa in uscita per diverse lunghezze del dispositivo. La misura è quindi distruttiva, poiché richiede il taglio della guida stessa ad ogni misura di intensità. Vengono inoltre caratterizzati i parametri di modulazione (profondità di modulazione, banda passante) in dispositivi realizzati in guida, in alcuni casi risonanti, che sfruttano effetti elettro-ottici o ottici-ottici per indurre variazioni dell’ampiezza della luce trasmessa. Progettazione di dispositivi fotonici basati sul silicio: Con l’ausilio di programmi di simulazione numerica si progettano nuovi dispositivi a basso costo ed elevata efficienza per la trasmissione di informazioni sotto forma di impulsi luce. In questo tipo di simulazioni si definisce un modello numerico del dispositivo che si intende ideare. Il modello numerico che descrive un dispositivo optoelettronico è una funzione ottica espressa in forma analitica (es. distribuzione di indice di rifrazione complesso, del tipo n(x,y,z)). La funzione dipende dalla geometria del dispositivo e dai materiali che la compongono. Una volta definito il modello numerico del dispositivo, la simulazione del suo funzionamento al calcolatore permette di verificarne le proprietà e/o di ottimizzarle nella fase precedente alla sua realizzazione. Persone coinvolte: prof. Francesco Della Corte, dr. Luigi Moretti, dr. Maria Arcangela Nigro, ing. Sandro Rao, ing. Antonella Macheda Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] F. G. Della Corte, M. Esposito Montefusco, L. Moretti, I. Rendina, A. Rubino, “Study of the thermo-optic effect in hydrogenated amorphous silicon and hydrogenated amorphous silicon carbide between 300 and 500 K at 1.55 um”, Applied Physics Letters, vol. 79, n. 2, pp. 168-170 (2001) [2] F.G. Della Corte, G. Cocorullo, I. Rendina, A. Rubino, E. Terzini, “VLSI-compatible photonic applications of a-Si:H and related materials” (invited paper), in Recent Research Developments in Non-Crystalline Solids, Vol. 1, Transworld Research Network, pp. 37-44 (2001) [3] S. Grasso, M. Bellucci, G. Cocorullo, F.G. Della Corte, M. Iodice, I. Rendina, “Thermo-optic design for microwave and millimeter-wave electromagnetic power microsensor”, Applied Optics, vol. 41, n. 18, pp.3601-3612 (2002) [4] F. G. Della Corte, F. Cantore, M. Iodice, I. Rendina, C. Summonte, “Low-Cost Chip-Integrable Silicon-Based All-Optical Infrared Light Micro-Modulator”, Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 299-302, pp. 1300-1003 (2002) [5[ G. Cocorullo, F.G. Della Corte, L. Moretti, I. Rendina, A. Rubino, “Measurement of the thermo-optic coefficient of a-Si:H at the wavelength of 1500 nm from room temperature to 200 °C”, Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 299-302, pp. 310-313 (2002) [6] M. Iodice, G. Cocorullo, F. G. Della Corte, M. Iodice, I. Rendina, P.M. Sarro, M. Bellucci, “Transient analysis of a high-speed thermo-optic modulator integrated in an all-silicon waveguide” Optical Engineering vol. 42, n.1, pp. 169-175 (2003) [7] F. Cantore, F. G. Della Corte, “1.55 μm Silicon-Based Reflection-Type Waveguide-Integrated Thermo-Optic Switch” Optical Engineering vol. 42, n. 10, pp. 2835-2840 (2003) [8] L. Sirleto, M. Iodice, F.G. Della Corte, I. Rendina, “Digital optical switch based on amorphous silicon waveguide”, Optical Engineering Letters, vol. 42, n.12, pp. 3417-3418 (2003) [9] L. Moretti, M. Iodice, F.G. Della Corte, I. Rendina, “Temperature dependence of the thermo-optic coefficient of lithium niobate, from 300 to 515 K in the visible and infrared region”, Journal of Applied Physics, vol. 98, art n. 036101 (4 aug 2005) [10] L. De Stefano, K. Malecki, I. Rendina, L. Rotiroti, F. G. Della Corte, L. Moretti, A. M. Rossi, “Integrated silicon-glass opto-chemical sensors for lab-on-chip applications”, Sensors & Actuators B, vol. 114, pp. 625-630 (2006) [11] F. G. Della Corte, M.G. Donato, M. Gagliardi, G. Messina, M.A. Nigro, S. Santangelo, C. Summonte, “Study of in-gap defects in intrinsic and B-doped a-Si1-xCx:H by photoinduced optical absorption and photoluminescence”, Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 352, pp. 2647-2651 (2006) [12] L. De Stefano, K. Malecki, F.G. Della Corte, L. Moretti, I. Rea, L. Rotiroti, I. Rendina, “A Microsystem Based on Porous Silicon-Glass Anodic Bonding for Gas and Liquid Optical Sensing”, Sensors, vol. 6, pp. 680-687 (2006), ISSN 1424-8220 [13] F.G. Della Corte, M.A. Nigro, M. Gagliardi, C. Summonte, “In-guide Pump and Probe Characterization of Photoinduced Absorption in Hydrogenated Amorphous Silicon Thin Films”, Journal of Applied Physics, vol. 100, p. 033104 (Aug. 2006) [14] M. Casalino, L. Sirleto, L. Moretti, F. G. Della Corte, I. Rendina, “Design of a silicon RCE Schottky photodetector working at 1.55 um”, Journal of Luminescence 121, 399 (2006) [15] L. De Stefano, I. Rea, L. Rotiroti, L. Fragomeni, F.G. Della Corte, I. Rendina, “An integrated hybrid optical device for sensing applications”, Physica Status Solidi (c), vol. 6, n. 4, pp. 1946-1950 (2007) [16] L. Sirleto, M. Iodice, F.G. Della Corte, I. Rendina, “Digital optical switch based on amorphous silicon waveguide”, Optics and Lasers in Engineering, vol. 45, n. 4, pp. 468-462 (2007), ISSN 0143-8166


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Collaborazioni: IMM-CNR Bologna, IMM-CNR Napoli, DEIS-Università della Calabria Titolo dell’attività: Dispositivi elettronici bipolari basati su semiconduttori composti e sulle eterogiunzioni Questa attività è principalmente volta a valutare le prestazioni di transistor bipolari in GaAs e Si/SiGe. Sono anche state studiate le proprietà di un emettitore amorfo ad ampia band-gap in silicio amorfo idrogenato applicato alle comuni tecnologie del Si. Ad esempio, in un HBT n-p-n a-Si:H/GaAs in cui la differenza fra le affinità elettroniche dei materiali che lo costituiscono è minima, la discontinuità che si origina in banda di valenza è praticamente uguale alla differenza fra le gap dei due semiconduttori e ciò garantisce che l’iniezione di portatori dalla base all’emettitore risulti efficacemente bloccata migliorando le caratteristiche DC e la risposta in frequenza del transistor. Di contro il principale svantaggio del a-Si:H è la bassa conducibilità elettrica dovuta ad una bassa mobilità dei portatori e ad una bassa efficienza dei droganti i quali molto spesso introducono difetti piuttosto che portatori liberi. Inoltre, la pesante ricombinazione che può avere luogo all’interfaccia amorfo-cristallino, se questa regione risulta estremamente difettosa, può degradare in maniera significativa le caratteristiche elettriche del dispositivo. Recentemente il panorama delle attività è stato esteso ai dispositivi in carburo di silicio per applicazione ad elevata temperatura.

Persone coinvolte: prof. Francesco Della Corte, ing. Fortunato PezzimentiPrincipali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] G. Schweeger, G. Cocorullo, F.G. Della Corte, H.L. Hartnagel, G.F. Vitale, P. Spirito, “A GaAs vertical JFET operated in the bipolar mode (GaAs BMFET)”, Electronics Letters, vol. 27, n. 12, pp. 1097-1098 (1991) [2] G. Schweeger, F.G. Della Corte, H.L. Hartnagel, “Design and characteristics of a GaAs BMFET”, Microelectronic Engineering, vol. 15, pp. 313-316 (1991) [3] G. Cocorullo, F.G. Della Corte, I. Rendina, A. Cutolo, “New possibilities for efficient silicon integrated electro-optical modulators”, Optics Communications, vol. 86, pp. 228-235 (1991) [4] S. Bellone, G. Cocorullo, F.G. Della Corte, H.L. Hartnagel, G. Schweeger, “Analytical model for GaAs pin diodes for a wide range of currents and temperatures”, Solid State Electronics, vol. 35, n. 6, pp. 821-827 (1992) [5] G. Cocorullo, F.G. Della Corte, H.L. Hartnagel, G. Schweeger, “Ion-implanted normally-off GaAs bipolar-mode FET (BMFET) for application in a wide temperature range”, Semiconductor Science and Technology, vol. 11, pp. 776-782 (1996) [6] F. G. Della Corte, A. Rubino, G. Cocorullo, “Simulation study and realisation of an a-Si:H emitter on GaAs”, Solid State Electronics, vol. 42, n. 10, pp. 1819-1825 (1998) [7] F. G. Della Corte, T. Polichetti, A. Rubino, G. Cocorullo, “Study of a-Si:H emitters for efficient carrier injection in GaAs bipolar devices”, Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 266-269, pp. 1049-1053 (2000) [8] F. G. Della Corte, “Simulation study of the DC and AC characteristics of an a-Si:H(n)/GaAs(p)/GaAs(n) heterojunction bipolar transistor”, Solid-State Electronics, vol.44, n. 12, pp. 2265-2271 (2000) [9] F. G. Della Corte, F. Pezzimenti, “Design of a-Si:H/GaAs heterojunction bipolar transistors with improved DC and AC characteristics”, IEE Proceedings – Circuits, Devices and Systems vol. 150, n. 4, pp. 350-354 (2003) [10] F. G. Della Corte, F. Pezzimenti, “Design considerations for a-Si:H/SiGe/Si heterojunction bipolar transistors”, IEEE-Transaction on Electron Devices vol.50, n. 10, pp. 2180-2182 (2003) [11] F. G. Della Corte , F. Pezzimenti, “Simulation analysis of the DC current gain in an n-p-n a-Si:H/SiGe/Si heterojunction bipolar transistor”, Microelectronics Journal, vol. 35, n. 5, pp. 411-415 (2004) Collaborazioni: IMM-CNR Bologna, IMM-CNR Napoli, DEIS-Università della Calabria, ENEA-Centro Ricerche Portici Titolo dell’attività: Trasduttori ad ultrasuoni e ricostruzione ed elaborazione di immagini per ecografia ad ultrasuoniI recenti trasduttori capacitivi microfabbricati (cMUT) sono attualmente al centro di una grande attività di ricerca per le promettenti caratteristiche di sensibilità, larghezza di banda, e per la possibilità di facile integrazione con l’elettronica di front-end; sforzi rilevanti sono volti alla modellazione matematica, ai metodi di progetto e allo sviluppo della tecnologia di fabbricazione. L’attività di ricerca è finalizzata allo studio, sia dal punto di vista teorico che sperimentale, del meccanismo di trasferimento dell’energia nei trasduttori piezoelettrici, del comportamento degli array di trasduttori e dei materiali compositi per trasduttori ad ultrasuoni, e modellazione degli effetti parassiti, come l’accoppiamento inter-elemento negli array. Un’attività parallela è rivolta al miglioramento della risoluzione delle immagini ecografiche. In questo campo è stata introdotta l’idea di ”estrapolazione dell’apertura”, successivamente implementata in simulazioni e su dati sperimentali di tipo SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique). L’idea di base consiste nel costruire l’immagine ecografica che potrebbe essere ottenuta con un trasduttore di apertura maggiore di quella fisicamente disponibile attraverso la modellazione, e la successiva estrapolazione, della variazione di luminanza di ciascun pixel componente l’immagine


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all’aumentare dell’apertura del trasduttore.

Persone coinvolte: prof. Riccardo Carotenuto Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] Caronti A., R. Carotenuto, and M. Pappalardo, “Electromechanical coupling factor of micromachined ultrasonic transducers,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 113, n. 1, pp. 279-288, 2003. [2] Carotenuto R., “A learning approximator for compact representation of experimental mappings,” Int. J. Adapt. Control Signal Process., vol. 17, pp. 353-361, 2003. [3] Caronti A., R. Carotenuto, G. Caliano, and M. Pappalardo, “The effect of membrane metallization in capacitive microfabricated ultrasonic transducers,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 115, n. 2, pp. 651-657, 2004. [4] Carotenuto R., G. Caliano, A. Caronti, and M. Pappalardo, ”Resolution enhancement of experimental echographic images using luminance extrapolation,” IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, vol. 51, pp. 364-367, Mar. 2004. [5] Carotenuto R., G. Caliano, A. Iula, M. Pappalardo, “Langevin Flexural Piezoelectric Motor Based on Stator Precessional Motion,” SENSORS & ACTUATORS A-PHYSICAL, vol. 113, no. 2, pp. 189-197, 2004. [6] Carotenuto R., G. Caliano, A. Caronti, A. Savoia, and M. Pappalardo, “Fast scanning probe for ophthalmic echography using an ultrasound motor,” IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, vol. 52, pp. 2039-2046, Nov. 2005. [7] Caliano G., R. Carotenuto, E. Cianci, V. Foglietti, A. Caronti, A. Iula, M. Pappalardo, “Design, fabrication and characterization of a capacitive micromachined ultrasonic probe for medical imaging,” IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, vol. 52, pp. 2259-2269, Dec. 2005. [8] Caronti A., G. Caliano, R. Carotenuto, A. Savoia, M. Pappalardo, E. Cianci, V. Foglietti. "Capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) arrays for medical imaging", Microelectronics Journal, vol. 37, pp. 770-777, Aug. 2006. [9] Carotenuto R., G. Caliano, A. Caronti, A. Savoia, and M. Pappalardo, “Flexible acoustic fiber ultrasound motor modeling using impedante and transmission matrices,” IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, vol. 53, pp. 1381-1386, Jul. 2006. Collaborazioni: Università Roma Tre Titolo dell’attività: Sensori wireless integrati su chip energeticamente autonomiL’attività di ricerca è rivolta allo studio di sensori wireless autoalimentati, con particolare riguardo alle problematiche relative alla integrazione su chip di elementi radianti. Quest’ultimo aspetto viene indagato mediante simulazioni al calcolatore utilizzando il software di modellazione Comsol Multiphysics. L’integrazione di un’antenna elimina la necessità di connessioni esterne e di un package sofisticato, permettendo la riduzione dei costi del sistema. Oltre che nei sensori integrati, antenne di questa tipologia possono essere utilizzate per realizzare identificatori a radio frequenza (RFID), utilizzati per localizzare merci, persone o animali. L’alimentazione necessaria al funzionamento di tali sensori verrà da celle solari e/o da micro batterie, entrambe integrate sul medesimo chip. E’ già stato realizzato un prototipo di sensore non energeticamente autonomo. L’obiettivo della ricerca è quello di minimizzare le dimensioni dell’antenna, che sarà integrata in un chip la cui area misura 1 mm2, ma soprattutto minimizzare il consumo di potenza, in quanto l’area della cella solare che fornisce l’alimentazione è molto ridotta. Quest’ultimo aspetto si traduce nell’utilizzo di frequenze molto basse, con valori che si attestano intorno a 1 GHz. Un altro punto chiave riguarda la minimizzazione degli effetti causati dalle strutture metalliche associate alla circuiteria integrata, vale a dire variazioni di modulo e fase del segnale trasmesso. Persone coinvolte: prof. Francesco Della Corte, ing. Fabio Aquilino, ing. Massimo Merenda, ing. Fabio Zito Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] M. Merenda, F. Aqulino, F. Della Corte, “An integrated wireless temperature sensor with an on-chip antenna”, AISEM 2007 (Napoli) [2] A. Dima, F. Della Corte, M. Casalino, I. Rendina, “Lithium batteries with porous sol-gel cathodes”, Microelectronics Journal [3] A. Dima, M. Casalino, F. Della Corte, I. Rendina, “Li batteries with porous sol-gel cathodes”, Material Research Society, Fall 2006 Meeting, Proceedings of Symposium AA, Boston (27/11-01/12/2006) [4] A. Dima, F. Della Corte, “Fabrication of Porous Sol-Gel cathodes for Li batteries”, International Semiconductor Conference, Sinaia (Romania) (27-29/09/2006) Collaborazioni: IMM-CNR Napoli, DEIS-Università della Calabria, Inst. of Microtechnologies (Bucarest)


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8 Area di Ricerca Sistemi di Elaborazione delle Informazioni Referente: Prof. Francesco Buccafurri Il gruppo di Informatica si occupa dei vari ambiti di ricerca relativi al settore dei Sistemi di Elaborazione delle Informazioni, in particolar modo le Basi di Dati e l’Intelligenza Artificiale. Le attività di ricerca del gruppo di Informatica sono sia di base che applicative; in molte di tali attività collabora con altre università, con enti di ricerca e con aziende private quali Orangee (sede Roma), TechEdge (sede Roma), Contship (sede Gioia Tauro), BoC (sede Vienna), Telecom Laboratories (sede Torino), Telespazio S.p.A. (sede Roma), Pluritel (sede Roma), Golem Software (sede Reggio Calabria), T&S (sede Cosenza), Exeura (sede Cosenza), CM Sistemi (sede Cosenza), Accenture (sede Milano), DPP (sede Milano). Titolo dell’attività - Estrazione di Conoscenza da Sorgenti Informative

In questo contesto l’attività del gruppo, mirata alla definizione di tecniche per l’estrazione efficace di conoscenza sintetica da grandi quantità di dati, si è focalizzata su tre tipologie di modelli di dati. I dati multidimensionali, i flussi continui di dati e le sorgenti XML. 1. Modelli Multidimensionali Un modello per la rappresentazione dei dati largamente usato nelle sorgenti informative (in particolare, i Data Warehouse) è il datacube, una matrice multidimensionale (implementata efficientemente) che consente la memorizzazione di una relazione multidimensionale con più attributi funzionali e alcuni attributi di misura. Uno dei problemi che ostacola lo sviluppo di applicazioni efficienti che operano sui datacube è la loro dimensione: un data warehouse contiene normalmente quantità di dati dell'ordine anche dei TeraByte. In questo contesto, quindi, le tecniche che consentono di valutare efficientemente query su datacube sono di grande interesse. Nella nostra attività abbiamo affrontato lo studio della stima di range query a partire da dati aggregati per i quali sono noti anche alcuni vincoli di integrità sulla distribuzione dei valori nulli nel datacube. Lo studio definisce nel contempo varie tecnica per la valutazione veloce di range query che rappresentano una tipologia di query di largo uso nel contesto delle applicazioni OLAP. La tecnica proposta si basa sulla compressione dei datacube che vengono suddivisi in blocchi ognuno dei quali viene sostituito da alcune informazioni aggregate, che includono i vincoli di integrità. Le query vengono così sottoposte sui datacube compressi invece che su quelli originali, ottenendo in tal modo risposte rapide anche se approssimate. La compressione è stata ottenuta utilizzando istogrammi, che consistono in una rappresentazione sintetica e approssimata della distribuzione di dati, ottenuta dividendo il dominio dell'attributo in bucket e assegnando ad ogni bucket un insieme ridotto di informazioni aggregate. Abbiamo definito una nuova tipologia di istogrammi che consente una più accurata valutazione delle range query rispetto agli istogrammi tradizionali. Il nostro studio è rivolto sia (1) alla ricerca del metodo migliore da utilizzare per partizionare il dominio in bucket, sia (2) all’utilizzo di indici per migliorare l’approssimazione della distribuzione dei dati all’interno del bucket. Per quanto riguarda il primo punto, abbiamo proposto una tecnica basata sulla partizione quad-tree per effettuare compressione di dati bi-dimensionali e abbiamo presentato una soluzione polinomiale per la ricerca di una partizione ottima che è basata su una particolare istanza di Constrained Shortest Path, definito da Ziegelmann. Riguardo al punto 2, abbiamo definito una tipologia di istogrammi in cui ogni bucket contiene, oltre che le usuali informazioni aggregate, una informazione aggiuntiva di limitata dimensione (32 bit), che codifica in maniera gerarchica la distribuzione dei dati all'interno del bucket attraverso un albero di 4 livelli. Una approfondita analisi sperimentale comparativa con gli istogrammi recentemente proposti (inclusi gli istogrammi basati sulle wavelet) evidenzia l'efficacia della tecnica proposta.

2. Flussi Continui di Dati (Data Stream)

Sempre nel contesto di questo settore di studio si colloca la ricerca sui Data Stream. Con il termine Data Stream si fa riferimento ad un flusso di dati che proviene da una sorgente, ad esempio un sensore, caratterizzato dall'avere una elevatissima cardinalità, dalla non predicibilità del tempo di arrivo dei dati, e dal fatto che la distanza temporale tra l'arrivo di due dati consecutivi può essere anche molto breve.

Negli ultimi anni, la comunità scientifica ha rivolto una crescente attenzione verso i data stream, in quanto la loro analisi può essere proficuamente utilizzata in contesti quali rilevamento di frodi, monitoraggio di reti, applicazioni economiche, sicurezza, e altri ancora. In questi ambiti, la compressione dei data stream è un argomento particolarmente interessante in quanto permette di sfruttare in modo efficace quegli approcci che hanno necessità di scandire più volte i dati e che, in tal modo, possono essere eseguiti utilizzando una o più finestre temporali contenenti solo i dati più recenti. Poiché per rendere significativa


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la finestra temporale la sua dimensione dovrebbe essere la più ampia possibile, è certamente rilevante qualunque tecnica in grado (1) di comprimere finestre temporali mantenendo una buona approssimazione nella rappresentazione della distribuzione dei dati e, allo stesso tempo, (2) di livellare eventuali outlier. In breve, dato che in un ambito tipico di streaming è utilizzabile una quantità limitata di memoria, la compressione è un elemento chiave che permette di eseguire anche interrogazioni che richiedono ripetute scansioni dei dati.

In questo ambito, abbiamo proposto un nuovo tipo di istogramma per la stima di range query calcolate su finestre temporali di data stream. Tale istogramma, chiamato cyclic-tree, consiste in un albero binario completo, i cui nodi memorizzano, in maniera gerarchica, il risultato di un certo numero di range query. La compressione e l'aggregazione dei nodi permettono di ridurre la quantità di memoria necessaria per la sua rappresentazione. Le range query possono essere stimate velocemente attraverso una discesa dell'albero dalla radice ad un opportuno nodo foglia. L'aggiornamento del c-tree, necessario ad ogni arrivo di un dato dal data stream, viene effettuato attraverso un algoritmo particolarmente efficiente. Sia la stima di una range query che l'aggiornamento del cyclic-tree avvengono, nel caso peggiore, in tempo logaritmico rispetto al numero di dati all'interno della finestra temporale.

3. Data Warehouse

I Data Warehouse possono essere pensati come dei magazzini contenenti grandi quantità di dati appartenenti al sistema informativo di un’organizzazione, dati ai quali lo staff direttivo deve poter accedere rapidamente per svolgere attività di analisi e trovare supporto alle decisioni strategiche. Si comprende quindi come lo sviluppo dei Data Warehouse abbia comportato la nascita di modelli e tecnologie che si differenziano da quelle delle comuni basi di dati, non adatte a supportare la tipologia di applicazioni sopra descritta.

Le classiche architetture proposte in passato per i Data Warehouse mostrano svariati limiti quando vengono adottate per operare su un gran numero di sorgenti operazionali eterogenee. Questa linea di ricerca si propone di studiare una variante dell’architettura a tre livelli per i Data Warehouse volta a superare questi limiti. Dal momento che la progettazione di Data Warehouse in grossi ambienti operazionali può essere un problema piuttosto difficile da affrontare con le tradizionali metodologie manuali, la lnea di ricerca si propone anche di individuare delle tecniche automatiche capaci di produrre, con un intervento umano limitato, un progetto di Data Warehouse che rispecchia l’architettura proposta.

Attività connesse con tale linea di ricerca sono state riprese recentemente nel contesto di attività di tesi di ricerca applicata condotte in collaborazione con CM Sistemi e Orangee e volte alla costruzione di Data Warehouse complessi relativi alle attività di carico-scarico delle merci e di video-sorveglianza presso il porto di Gioia Tauro.

Persone coinvolte: Prof. Francesco Buccafurri, Prof. Domenico Ursino, Ing. Domenico Rosaci, Ing. Giuseppe Sarnè, Ing. Gianluca Lax, Ing. Pasquale De Meo, Ing. Gianluca Caminiti, Ing. Salvatore Garruzzo, Ing. Giovanni Quattrone, Ing. Rosario Laurendi.

Collaborazioni - Università della Calabria - Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica (DEIS), Istituto di Calcolo e Reti ad Alte Prestazioni del Consiglio Nazionale delle Ricerche (ICAR-CNR)

Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] F. Buccafurri, G. Lax, D. Saccà, L. Pontieri and D. Rosaci. “Enhancing Histograms by Tree-Like Bucket Indices”. Journal of Very Large Databases (VLDB). Springer. In corso di pubblicazione. 2007. [2] F. Buccafurri, G. Lax, D. Saccà, “Progresses on Tree-Based Approaches to Improving Histogram Accuracy”, In Atti del Congresso Sistemi Evoluti per Basi di Dati (SEBD 2006), pp. 147-158, Portonovo (Ancona), Italy. [3] F. Buccafurri, G. Lax, “Approximate Range Queries by Histograms in OLAP”, The Encyclopedia of Data Warehousing and Mining. Edited by John Wang, Idea Group Reference, June 2005. [4] F. Buccafurri, G. Lax, “Fast Range Query Estimation by N-Level Tree Histograms”, Data &Knowledge Engineering (DKE), Vol. 51/2, pp. 257–275, 2004. [5] F. Buccafurri, G. Lax, “Reducing Data Stream Sliding Windows by Cyclic Tree-Like Histograms”, In Proc. of the 8th European Conference on Principles and Practice of Knowledge Discovery in Databases, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2004, Pisa. [6] F. Buccafurri, G. Lax, “Rappresentazioni Compresse di Data Stream attraverso Istogrammi”, Atti del Congresso Sistemi Evoluti per Basi di Dati (SEBD 2004), pp. 350-361, Pula (Cagliari), 19-23/6/2004. [7] F. Buccafurri, F. Furfaro, D. Sacca’, C. Sirangelo, “A Quad-Tree Based Multiresolution Approach for Two-dimensional Summary Data”, Proc. of the 15th International Conference on Scientific and Statistical Database Management, SSDBM 2003, Cambridge, Boston, July 9–11, 2003, Nittel, S., Gunopulos, D. (Eds.), pp. 127–137, IEEE Computer Society 2003, ISSN: 1099-3371, ISBN: 0-7695-1964-4. [8] F. Buccafurri, G. Lax, “Pre-computing Approximate Hierarchical Range Queries in a Tree-Like Histogram”, In Proc. Of the International Conference on Data Warehousing and Knowledge Discovery (DaWaK 2003), Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003, pp. 350-359, Praha Czech Republic, 1-5/9/2003.


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[9] F. Buccafurri, G. Lax, “l'Istogramma nLT: una Codifica Approssimata di Range Query Gerarchiche”, Atti del Congresso Sistemi Evoluti per Basi di Dati (SEBD 2003) , pp. 81-93, Cetraro (CS), 24-27/6/2003. [10] F. Buccafurri, L. Pontieri, D. Rosaci and D. Saccà. “Improving Range Query Estimation on Histograms”, In Proc. of the 18th International Conference on Data Engineering (ICDE 2002), pp. 628—638, San José, California, 2002. IEEE Computer Society. [11] L. Palopoli, L. Pontieri, D. Ursino. Progettazione semi-automatica di data warehouse di grandi dimensioni, Atti del Congresso su Sistemi Evoluti per Basi di Dati (SEBD'99), 3-17, Como, Italy, 1999. [12] L. Palopoli, L. Pontieri, G. Terracina, D. Ursino. Semi-automatic construction of a Data Warehouse from numerous large databases, Proc. of International Conference on Re-Technologies for Information Systems (ReTIS'00), 55-75, Zurich, Switzerland, 2000, Osterreichische Computer Gesellschaft 2000. [13] L. Palopoli, L. Pontieri, G. Terracina, D. Ursino. A novel three-level architecture for large Data Warehouses. Journal of Systems Architecture, 47(11), 937-958, 2002.

Titolo dell’attività – Ontologie e Agenti Intelligenti

Nel contesto dei Sistemi Multi-Agente, abbiamo proposto un modello di codifica di agenti multipli basato sulla programmazione logica. In esso si definisce una semantica basata sui punti fissi in comune dei programmi (che codificano gli agenti) attraverso cui è possibile coordinare gli agenti sui “desiderata” che sono tollerati da tutti. Il linguaggio consente di esprimere ciò che ogni agente espressamente richiede e ciò che semplicemente tollera. Un’evoluzione di questo approccio è rappresentata dal linguaggio Social Logic Programming, progettato per la descrizione degli stati mentali degli agenti ed orientato verso l’abilità sociale, ovvero la capacità di un agente di prendere in considerazione, nella fase di ragionamento, il comportamento degli altri agenti facenti parte del sistema. Un’estensione di tale linguaggio permette di risolvere problemi nel contesto dell’ottimizzazione combinatoria con applicazioni, ad esempio, alla progettazione industriale di dispositivi elettronici FPGA con particolare riferimento alla risoluzione dei problemi di placement e routing. Ancora nell’ambito dei sistemi multi-agente è stato condotto uno studio sulla rappresentazione della percezione in ambienti dinamici e/o ostili. In questo contesto abbiamo proposto il linguaggio SD-Logic Programming, che permette di rappresentare il ragionamento di un agente in presenza di possibili errori dovuti a malfunzionamenti di sensori di percezione. Nell’ambito dell’User Modeling, abbiamo definito un modello di cooperazione di un sistema di agenti multipli basato sulla determinazione di proprietà semantiche mediante algoritmi di tipo adattativo. In particolare, attraverso viene definita una tecnica attraverso la quale ogni agente può individuare l’insieme di altri agenti con i quali la cooperazione appare fruttifera. Ciò è fatto in base a priorità che misurano similarità tra agenti ed attrattività di un agente rispetto alla comunità. Inoltre, si è affrontato il problema della definizione di profili utente che includano informazioni complesse riguardanti sia i concetti appartenenti alle sorgenti informative visitate e le relazioni tra essi, sia l’interesse che l’utente ha mostrato per tali concetti. In particolare viene definito un agente che opera costruendo ed aggiornando un’ontologia associata all’utente nella quale viene integrata la conoscenza che via via si può estrarre dall’attività dell’utente stesso. Sempre in quest’ambito, si inserisce una proposta in cui si definiscono delle tecniche di clusterizzazione di profili utente e di siti che vengono applicate nel contesto dell’e-commerce in diversi modi: categorizzazione di siti, categorizzazione di utenti e personalizzazione di portali Web.

Abbiamo inoltre studiato le possibilità offerte dall’uso delle ontologie per supportare le attività di cooperazione tra gli agenti di un sistema multi agente. Un’ontologia costituisce una descrizione della concettualizzazione di un’agente software, e quindi permette di avere a disposizione un dizionario di termini inerenti alla realtà di un agente, che può essere proficuamente sfruttato per rendere efficace la comprensione mutua tra gli agenti. Un importante problema che è stato indagato in questo contesto è quello della costruzione automatica di un’ontologia, a partire dall’osservazione diretta delle attività effettuate dall’utente associato all’agente. Per risolvere questo problema è stato proposto un metodo basato su Reti Neurali Logiche. Una seconda problematica affrontata all’interno di questa linea di ricerca riguarda le difficoltà di mutua comprensione tra agenti aventi ontologie eterogenee. E’ stato proposto un protocollo di negoziazione della semantica dei termini, denominato HIerachical NEgotiation SEmantic protocol (HISENE) che permette agli agenti di scambiarsi informazioni utili a risolvere i propri dubbi su termini eventualmente incompresi o compresi solo parzialmente. Una realizzazione prototipale di tale protocollo è stata realizzata nel contesto del framework JADE

Nella nostra ricerca abbiamo cercato di utilizzare variamente la tecnologia degli Agenti Intelligenti, associata alle tecniche di user modelling e device adaptivity, per supportare un utente nel suo accesso ad e-service oppure per supportare un provider nell'individuazione dei servizi più promettenti per gli utenti.

Ad esempio, abbiamo proposto un sistema multi-agente per supportare un utente nello svolgimento delle sue attività di e-commerce. Il sistema associa a ciascun utente un opportuno profilo, codificato in XML; tale profilo è capace di definire compiutamente le sue esigenze e le sue aspettative. Abbiamo anche proposto un sistema per supportare le attività di insegnamento a distanza (e-learning). Tale sistema


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tiene in considerazione sia le esigenze dell'utente che le caratteristiche tecnologiche del terminale da lui utilizzato per accedere ai corsi erogati. Queste informazioni vengono utilizzate per impostare e risolvere un problema di programmazione lineare; la soluzione di questo problema consente di generare, in modo automatico, un percorso formativo che supporta l'allievo nel raggiungimento degli obiettivi formativi che egli si prefigge di raggiungere. Altre applicazioni proposte sono state: (1) un sistema multi-agente per supportare un utente nella ricerca delle offerte lavorative per lui più interessanti (e-recruitment). La linea di ricerca propone un formalismo (basato su XML) per rappresentare il profilo dell'utente e le offerte lavorative; (2) un sistema multi-agente per supportare un cittadino nell'accesso ai servizi di e-government erogati da un Ente Pubblico.

In questa linea di ricerca viene proposto un sistema che utilizza tecniche di user profiling per gestire la QoS in reti di telecomunicazioni. Tale approccio associa a ciascun utente un profilo (codificato mediante un documento XML) che descrive le sue preferenze nell'accesso e nella fruizione dei servizi multimediali. All’interno di questa linea di ricerca viene analizzata la possibilità di sfruttare le prerogative tipiche degli Agenti Intelligenti per gestire la Qualità del Servizio in reti di telecomunicazioni generiche. In tale contesto gli agenti hanno il compito di: (i) supportare gli utenti nella fruizione dei servizi, (ii) amministrare e allocare le risorse disponibili e, infine, (iii) decidere in maniera automatica, come ridistribuire le risorse disponibili per soddisfare al meglio le esigenze degli utenti. L’attività di ricerca ha infine proposto una proposto un approccio complementare per la gestione della QoS. In particolare essa introduce il concetto di soggettività nella gestione della QoS, ovvero si propone di decomporre il flusso dei dati ricevuto dall'utente in componenti più semplici e di trasmettere all'utente solo quelle componenti ritenute di maggior rilievo dallo stesso. In particolare, viene proposto un formalismo capace di decomporre un flusso informativo multimediale in blocchi più semplici (detti Information Contents) ciascuno dei quali viene descritto mediante un opportuno documento XML. Inoltre a ciascun utente viene associato un profilo che descrive le sue caratteristiche, le sue esigenze e i suoi interessi. Tale profilo permette di associare a ciascun Information Content un coefficiente numerico che esprime il gradimento dell'utente verso di esso.


Collaborazioni - Technische Universität Wien (TUW), Università della Calabria - Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica (DEIS), Dipartimento di Matematica, Equipe CoSY (Systemes Complexes Cooperants) dell’Institut National Polytechnique de Grenoble (Francia), Department of Computer Science, Politecnico di Harbin (Cina)

Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] G. Araniti, P. De Meo, A. Iera, D. Ursino, “WAQM: managing QoS in wireless networks by means of an XML-based multi-agent system”, International Journal of Wireless and Mobile Computing. Di prossima pubblicazione. [2] G. Araniti, P. De Meo, A. Iera, D. Ursino, “Enhancing 3G Cellular Systems with User Profiling Techniques for Multimedia Application QoS Adaptation”, Proc. of the International Conference on Telecommunications (ICT 2004), Fortaleza , Brasil, 2004. [3] G. Araniti, P. De Meo, A. Iera, D. Ursino, “Adaptively Controlling the QoS of Multimedia Wireless Applications Through User Profiling Techniques”, Journal of Selected Areas in Communications. 21(10), 1546-1556, 2003. [4] F. Buccafurri, G. Caminiti, “Extending Social Logic Programming To Represent Cooperative Work With Flexible Requirements”, Intelligenza Artificiale - Rivista dell'Associazione Italiana per l'Intelligenza Artificiale. Di prossima pubblicazione. [5] F. Buccafurri, G. Caminiti, D. Rosaci, “Logic Programs with Multiple Chances”, Proc. of the 17th European Conference on Artificial Intelligence ( ECAI 2006), Riva del Garda, Italy, IOS Press, 2006. [6] F. Buccafurri, G. Caminiti, “A Social Semantics for Multi-Agent Systems”, Proc. of the LPNMR 2005, Diamante, Italy, September 5-8, 2005, Lecture Notes in Artificial Intelligence Vol. 3662, pp. 317--329, Baral, C.; Greco, G.; Leone, N.; Terracina, G. (Eds.) Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005, ISBN: 3-540-28538-5 [7] F. Buccafurri, G. Lax, D. Rosaci, D. Ursino, “Dealing with Semantic Heterogeneity for Improving Web Usage”, Data and Knowledge Engineering (DKE). Elsevier, Vol. 58, Num. 3 pp. 436—465, 2006. [8] F. Buccafurri, L. Palopoli, D. Rosaci, G.M.L. Sarnè, “Modeling Cooperation in Multi-Agent Communities”, Cognitive Systems Research Journal (CSRJ) (lavoro invitato), vol.5, num.3, pp. 171—190, 2004. Elsevier. [9] D. De Benedetto, P. De Meo, G. Quattrone, D. Ursino, “Utilizzo della tecnologia degli Agenti Intelligenti nel contesto dell'E-Government”, Intelligenza Artificiale. Di prossima pubblicazione. [10] P. De Meo, G. Di Quarto, G. Quattrone, D. Ursino, “An HL7-aware multi-agent system for efficiently handling query answering in an e-health scenario”, Proc. of the International Conference on Ontologies, Databases and Applications of SEmantics (ODBASE '06), Montpellier, France, 2006. Di prossima pubblicazione. [11] P. De Meo, H. Fadil, G. Quattrone, D. Ursino, “A multi-agent system for efficiently managing query answering in an e-government scenario”, Proc. of the ACM Symposium on Applied Computing (SAC 2006), 308-312, Dijon, France,


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2006, ACM Press. [12] P. De Meo, A. Garro, G. Terracina, D. Ursino, “Personalizing Learning Programs with X-Learn, an XML-based “user-device” adaptive multi-agent system”, Information Sciences. Di prossima pubblicazione. [13] P. De Meo, A. Garro, G. Terracina, D. Ursino, “X-Learn: an XML-based, multi-agent system for supportino user-device adaptive e-learning”, Proc. of the International Conference on Ontologies, Databases and Applications of SEmantics (ODBASE 2003), 739-756, Taormina, Italy, 2003. [14] P. De Meo, A. Iera, G. Terracina, D. Ursino, “A Multi-Agent System for managing the Quality of Service in telecommunications networks”, Journal of Systems Science and Systems Engineering, 14(2), 129-158, 2005. [15] P. De Meo, J. Mbale, G. Terracina, D. Ursino, “XICOMASQ: An XML-based Information Content Oriented Multi-Agent System for QoS management in telecommunications networks”, Web Intelligence and Agent Systems Journal, 2(1), 55-70, 2004 [16] P. De Meo, J. Mbale, G. Terracina, D. Ursino, “An XML-based multi-agent system for the user-oriented management of QoS in telecommunications networks”, Proc. of the IEEE/WIC International Conference on Intelligent Agent Technology (IAT 2003), 96-102, Halifax, Canada, 2003. [17] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “An XML-based Multi-Agent System for Supporting Online Recruitment Services”, IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics. Di prossima pubblicazione. [18] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “Utilization of Intelligent Agents for supporting citizens in their access to e-government services”, Web Intelligence and Agent Systems Journal. Di prossima pubblicazione. [19] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “Agent-based Mining of User Profiles for E-Services”, The Encyclopedia of Data Warehousing and Mining, 23-27, Idea Group, 2005. [20] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “Utilizzo degli Agenti Intelligenti per la gestione della Qualità del Servizio nelle reti di telecomunicazioni”, Intelligenza Artificiale, 1(4), 16-26, 2004. [21] P. De Meo, D. Rosaci, G.M.L. Sarne, G. Terracina, D. Ursino, “EC-XAMAS: Supporting E-Commerce Activities by an XML-based Adaptive Multi-Agent System”, Applied Artificial Intelligence (AAI). In corso di pubblicazione. 2006. Francis and Taylor. [22] P. De Meo, D. Rosaci, G.M.L. Sarnè, G. Terracina, D. Ursino, “An XML-based adaptive multi-agent system for handling e-commerce activities”, In Proc. of the International Conference on Web Services - Europe 2003 (ICWS-Europe'03), pp. 152--166, Erfurt, Germany, 2003. Springer-Verlag. [23] P. De Meo, D. Rosaci, G.M.L. Sarnè, G. Terracina, D. Ursino, “An XML-based adaptive multi-agent system for handling e-commerce activities”, Proc. of the International Conference on Web Services - Europe 2003 (ICWS-Europe'03), 152-166, Erfurt, Germany, 2003. Lecture Notes in Computer Science, Springer. [24] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “A Multi-Agent System for the management of E-Government Services”, Proc. of the IEEE/WIC/ACM International Conference on Intelligent Agent Technology (IAT 2005), 718-724, Compiegne, France, 2005. IEEE Computer Society. [25] P. De Meo, G. Quattrone, D. Ursino, “Using Intelligent Agents in e-government for supporting decision making about service proposals”, Proc. of the International Symposium on Methodologies for Intelligent Systems (ISMIS 2006), 147-156, Bari, Italy, 2006. Di prossima pubblicazione. [26] S. Garruzzo, G.M.L. Sarné, L. Palopoli, “AIPP: a FAST-complied E-Payment Protocol”, Proc. of the IADIS International Conference on Applied Computing (IADIS-AC 2006), pp. 406-410. San Sebastiàn, Spagna, 25-28 Febbraio 2006. [27] A. Garro, G. Terracina, D. 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Garruzzo, D. Rosaci, “Agent-based Web Services Supporting Semantic Negotiation”, Proc. of the 14th Italian Symposium on Advanced Database Systems (SEBD 2006), Portonovo, Ancona, Italy, 2006 [32] S. Garruzzo, S. Modafferi, D. Rosaci, D. Ursino, “An XML-based agent model for supporting user activities on the Web”, Web Intelligence and Agent Systems (WIAS). Vol. 4, num. 2, pp. 181—207. 2006. IOS Press. [33] A. Iera, A. Molinaro, A. Pudano, D. Ursino, “Scenario -Adaptivity for e-Service Management in Heterogeneous Networks”, African Journal of Information and Communication Technology, 2(1), 28-38, 2006. [34] G. Lax, G.M.L. Sarnè, “BLUE: a Reputation-based Multi-Agent System to Support C2C in P2P Bluetooth Networks”, In Proc. of the International Conference on E-Business (ICE-B 2006), Setubal, Portugal, August 7–10, 2006. [35] L. Palopoli, D. Rosaci, D. Ursino, “Agents’ Roles in B2C E-Commerce”, AI Communications (AI COMM). Vol. 19, Num.2, pp 95—126, 2006. IOS Press. [36] D. Rosaci. CILIOS: “Connectionist Inductive Learning and Inter-Ontology Similarities for Recommending


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Information Agents”. Information Systems (IS). Vol. 32 num.6, pp 793--825. Elsevier. 2007 [37] D. Rosaci, “Exploiting Agent Ontologies in B2C Virtual Marketplaces”, Journal of Universal Computer Science (JUCS), vol. 11, num.6, pp. 1011-1040. 2005. Know Center Press. [38] D. Rosaci, “An Ontology-Based Two-Level Clustering for Supporting E-Commerce Agents` Activities”, Proc. of the 6th International Conference on E-Commerce and Web Technologies (EC-Web 2005), Copenaghen, Denmark, pp. 31-40, 2005. Lecture Notes in Computer Science 3590. Springer-Verlag. [39] D. Rosaci, “A model of agent ontologies for B2C E-Commerce”, Proc. of the 6th International Conference on Enterprise Information Systems (ICEIS 2004), Porto, Portugal, Vol.4, pp. 3-9, 2004. INSTICC. [40] D. Rosaci and G.M.L. Sarnè. “MASHA: A Multi Agent System Handling User and Device Adaptivity of Web Sites”. User Modeling and User-Adapted Interaction (UMUAI). Vol. 16, num. 5, pp 435-462. Springer. 2006. [41] D. Rosaci, G.M.L. Sarnè, G. Terracina, D. Ursino, “An Agent-Based Approach for Managing E-Commerce Activities”, International Journal of Intelligent Systems (IJIS), vol.19, num. 5, pp. 385—416, 2004. Wiley.

Titolo dell’attività – Approcci Cooperativi

In questa linea di ricerca viene proposta una tecnica per derivare le sinonimie e le omonimie tra DTD di documenti XML. Una delle caratteristiche più interessanti e innovative di tale tecnica è costituita dalla possibilità di specificare un livello di flessibilità rispetto al quale effettuare l'attività di estrazione delle proprietà interschema. L'approccio proposto fornisce un modello per rappresentare in modo uniforme gli oggetti che compongono una DTD XML (ovvero elementi e attributi). Esso, inoltre, definisce una funzione capace di misurare la “distanza” tra due elementi di una DTD; tale funzione viene utilizzata per calcolare il vicinato di un elemento. Il problema di determinare se tra due elementi u e v di una DTD esiste una sinonimia o un'omonimia richiede di impostare e risolvere un opportuno problema di graph-matching su un grafo bipartito i cui nodi coincidono con i vicini di u e v. L'approccio proposto offre una metodologia per identificare i conflitti di tipo tra due DTD. Le idee sopra descritte sono state estese agli XML Schema. In particolare, tale approccio introduce il concetto di livello di severità rispetto al quale effettuare le operazioni di estrazione delle proprietà interschema; tale parametro consente all'utente una personalizzazione di tali operazioni. In particolare, bassi valori del livello di severità consentono di derivare un gran numero di proprietà interschema, alcune delle quali, però, si potrebbero dimostrare poco “affidabili”. Viceversa, un livello di severità alto consente di determinare poche proprietà interschema che, però, risultano essere corrette con un ragionevole grado di certezza. Tale approccio considera, innanzitutto, la derivazione di sinonimie ed omonimie; inoltre, esso presenta un algoritmo che sfrutta la conoscenza delle proprietà interschema per integrare due schemi XML e produrre uno schema globale. Nell’ambito di questa linea di ricerca viene proposta una tecnica per effettuare il clustering di Schemi XML basata sull'analisi delle loro proprietà interschema. Tale tecnica definisce una metodologia per rappresentare uno schema XML mediante un vettore in uno spazio euclideo multi-dimensionale. Il calcolo della distanza tra due schemi è, di conseguenza, ricondotto in modo naturale al calcolo della distanza euclidea tra i punti che li rappresentano. Ciò permette di costruire, in maniera agevole, la matrice di dissimilarità associata agli schemi coinvolti e di applicare ad essa un qualunque algoritmo di clustering. Un altro soggetto indagato in questa linea di ricerca è inerente ai sistemi P2P. Un aspetto di notevole interesse nei sistemi P2P è la ricerca di una determinata risorsa condivisa da uno o più peer. Accanto alle tecniche basate sull'utilizzo di database (centrali o distribuiti) che memorizzano l'ubicazione delle risorse ma che soffrono di seri problemi di scalabilità, le tabelle hash distribuite, dette DHT, rappresentano una soluzione che può essere proficuamente adoperata per rendere efficiente l'operazione di ricerca. La caratteristica comune dei sistemi basati su tabelle hash distribuite (come Chord, CAN, Pastry, Tapestry) è di sfruttare le DHT per creare un mapping tra le risorse condivise e i peer. Ad ogni risorsa R è associata una chiave (in genere il suo nome) e la sua ricerca, nota la chiave, si effettua contattando il peer associato a R, che restituisce l'elenco dei peer che condividono R. In questo ambito abbiamo proposto un sistema P2P, chiamato TLS (Tree-based Lookup Service), che si basa su una tabella hash distribuita tra i peer, organizzati logicamente a formare una foresta composta da alberi binari, in cui ciascun peer riceve un carico di lavoro dipendente dalla posizione occupata nella foresta. In particolare, gli algoritmi di connessione e disconnessione dei peer sono progettati affinché ai livelli più alti della foresta si trovino i peer da più tempo connessi e quindi, presumibilmente, più stabili essendo, in molti contesti, la stabilità associata ad una alta capacità di banda. Il sistema è progettato affinché il carico di ciascun peer dipenda dalla sua posizione nella foresta e dal numero totale di peer, in modo tale da evitare la congestione dei peer che occupano i livelli più alti della foresta. La nostra proposta permette di superare i limiti dei sistemi basati su struttura ad albero, nei quali il carico di traffico nei peer ai livelli più alti è eccessivo e di diminuire la complessità dell'operazione di connessione e disconnessione di un peer da tempo poli-logaritmico dello stato dell'arte a logaritmico (nel numero dei peer). Tale caratteristica rende particolarmente conveniente l'utilizzo di questa struttura in ambienti altamente dinamici.


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Il limite dei sistemi basati su DHT è che possono essere utilizzati solo per la ricerca di risorse di cui si conosce la chiave. Esistono tuttavia ambiti in cui tale requisito non è soddisfatto e in questo caso l'approccio classico prevede l'utilizzo di uno o più peer allo scopo di indicizzare le risorse. Tale approccio, per quanto abbastanza funzionale, risulta non scalabile in quanto al crescere del numero di risorse deve aumentare il numero di peer utilizzati per indicizzarle. Inoltre, appare non conforme al paradigma dei sistemi P2P che prevede idealmente assoluta parità nei compiti e nel funzionamento dei vari peer. Nei sistemi totalmente distribuiti (in cui tutti i nodi sono paritari), la localizzazione di una risorsa avviene attraverso una ricerca quasi esaustiva: ogni peer che riceve una richiesta per una risorsa, tenta di soddisfarla con le risorse in possesso, ed, inoltre, la propaga in maniera broadcast ad ogni peer conosciuto in modo da favorire una risposta più completa possibile. Tuttavia, la crescita esponenziale di messaggi determinata dal passaggio della query da un peer all'altro, e i conseguenti seri problemi di banda e di scalabilità non sono attualmente risolti adeguatamente. Abbiamo proposto una soluzione al precedente problema, basata sulla restrizione, da parte di ogni peer, dell'insieme dei peer a cui sottomettere (o propagare) le query. L'approccio è strutturale e semantico assieme, in quanto tiene conto della somiglianza dei peer in termini di contenuti e struttura, ma anche di una proprietà semantica globale, detta aspettativa. L’idea che la logica possa essere utilizzata per la rappresentazione della conoscenza risale a Mc-Carty (1959). Tuttavia la logica classica, essendo monotòna, non è adeguata a rappresentare il ragionamento comune (commonsense reasoning), che, al contrario, è non monotòno, cioè tale che l’aggiunta di nuove informazioni può invalidare conclusioni precedentemente tratte. La programmazione logica (disgiuntiva) con negazione è un formalismo non-monotono che unisce le caratteristiche di elevata espressività a quelle di “compattezza”. Tale formalismo è un modello di riferimento per la rappresentazione della conoscenza. Allo scopo di risolvere il problema dell’assegnazione di un significato ad un programma logico con negazione che sia più vicino possibile a quello intuitivo, sono state proposte diverse semantiche, come ad esempio la semantica dei modelli stabili (introdotta da Gelfond e Lifschitz). In questo contesto abbiamo proposto la programmazione logica ordinata, che estende la programmazione logica classica introducendovi caratteristiche di modularità, meccanismi di ereditarietà dell'informazione, e negazione classica. Ancora, abbiamo sviluppato un’estensione di Datalog disgiuntivo attraverso l’introduzione di vincoli soft e hard. I vincoli hard coincidono con i vincoli di integrità classici e non possono essere violati. I vincoli soft, invece, rappresentano condizioni che possono essere violate dai modelli, ma la semantica sceglie tra i modelli di un programma quelli che minimizzano il numero di istanze di vincoli (soft) violati. In tal modo si possono esprimere proprietà che si vuole vengano soddisfatte “il più possibile”, o proprietà che debbono essere massimizzate o minimizzate. Inoltre, abbiamo proposto un’estensione della programmazione logica disgiuntiva attraverso l’aggiunta di priorità alle regole indotta da una gerarchia di ordine parziale e della doppia negazione (sia strong che as failure). La semantica utilizzata è una estensione degli answer sets definiti per programmi logici con disgiunzione. Altro soggetto di ricerca in quest’aria sono i Web Services. Si tratta di applicazioni progettate per supportare l'interoperabilità tra diversi calcolatori su di una medesima rete. Caratteristica fondamentale di un Web Service è quella di offrire un'interfaccia software (descritta in un formato automaticamente elaborabile quale, ad esempio, il WSDL) utilizzando la quale altri sistemi possono interagire con il Web Service stesso attivando le operazioni descritte nell'interfaccia tramite appositi "messaggi" inclusi in una "busta" SOAP: tali messaggi sono, solitamente, trasportati tramite il protocollo HTTP e formattati secondo lo standard XML. Proprio grazie all'utilizzo di standard basati su XML, tramite un'architettura basata sui Web Service (chiamata, con terminologia inglese, Service oriented Architecture - SOA) applicazioni software scritte in diversi linguaggi di programmazione e implementate su diverse piattaforme hardware possono quindi essere utilizzate, tramite le interfacce che queste "espongono" pubblicamente e mediante l'utilizzo delle funzioni che sono in grado di effettuare (i "servizi" che mettono a disposizione) per lo scambio di informazioni e l'effettuazione di operazioni complesse (quali, ad esempio, la realizzazione di processi di business che coinvolgono più aree di una medesima azienda) sia su reti aziendali come anche su Internet.


Collaborazioni : Università della Calabria – Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica, Dipartimento di Matematica; Politecnico di Milano - Dipartimento di Elettronica e Informazione (DEI), Università di Bari - Dipartimento di Informatica (DIB), Università degli Studi di Torino – Dipartimento di Informatica.

Collaborazioni con aziende del gruppo finmeccanica – Nel passato, in collaborazione con l’Ing Lisi, responsabile scientifico di Telespazio, è stata condotta una tesi in merito all’utilizzo di tecniche per la risoluzione di conflitti semantici al fine di facilitare la cooperazione in un processo di Product Lifecycle Management. Attualmente, sempre in collaborazione con l’Ing. Lisi, si sta ultimando lo svolgimento di una tesi in merito alla definizione di architetture SOA adattative rispetto all’utente, al dispositivo e al contesto in cui si trova l’utente.Principali e più recenti pubblicazioni sul tema


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[1] F. Buccafurri, G. Gottlob, “Multiagent Compromises and Joint Fixpoint Semantics”, In Proc. of Joint Conference on Declarative Programming, AGP-2003, Reggio Calabria, Italy, September 3-5, 2003, pp. 180-192 [2] F. Buccafurri, G. Lax, “TLS: a Tree-Based DHT Lookup Service for Highly Dynamic Networks”, In Proc. of the International Conference on Cooperative Information Systems (CoopIS 2004), Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2004, Larnaca, Cyprus. [3] F. Buccafurri, G. Lax, S. Rombo, “Riduzione del Traffico nei Sistemi P2P: un Approccio Semantico”, Atti del Congresso Sistemi Evoluti per Basi di Dati (SEBD 2004), pp. 370-381, Pula (Cagliari), 19-23/6/2004. [4] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “Integration of XML Schemas at various severity levels”, Information Systems, 31(6):397-434, 2006 [5] P. De Meo, G. Terracina, D. Ursino, “X-Global: a system for the almost automatic and semantic integration of XML sources at various flexibility levels”, Journal of Universal Computer Science, 10(9), 1065-1109, 2004. [6] P. De Meo, G. Terracina, D. Ursino, ”Interscheme Properties' Role in Data Warehouses”, The Encyclopedia of of Data Warehousing and Mining, 647-653, Idea Group, 2005. [7] P. De Meo, G. Terracina, D. Ursino, “An almost automatic and semantic approach for integrating XML sources at various flexibility levels”, Proc. of the ACS/IEEE International Conference on Computer Systems and Applications, Tunis, Tunisia, 2003. [8] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “Almost automatic and semantic integration of XML Schemas at various severity levels”, Proc. of the International Conference on Cooperative Information Systems (CoopIS 2003), 4-21, Taormina, Italy, 2003. [9] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “Extraction of synonymies, hyponymies, overlappings and homonymies from XML Schemas at various severity levels”, Proc. of the International Database Engineering and Applications Symposium (IDEAS 2004), 389-394, Coimbra, Portugal, 2004. IEEE Computer Society. [10] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “Deriving sub-schema similarities from semantically heterogeneous XML sources”, Proc. of the International Conference on Cooperative Information Systems (CoopIS 2004), 209-226, Agia Napa, Cyprus, 2004. Lecture Notes in Computer Science. Springer [11] P. De Meo, G. Terracina, D. Ursino, “Integrazione di documenti XML a vari livelli di flessibilità”, Atti del Congresso sui Sistemi Evoluti per Basi di Dati (SEBD 2003), 387-398, Cetraro, Italy, 2003. Rubettino Editore. [12] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “Estrazione, a vari livelli di severità, di proprietà interschema da Schemi XML”, Atti del Congresso sui Sistemi Evoluti per Basi di Dati (SEBD 2004), 290-301, S. Margherita di Pula (Cagliari), Italy, 2004. [13] P. De Meo, G. Quattrone, G. Terracina, D. Ursino, “Utilizzo delle proprietà interschema per il clustering di Schemi XML semanticamente eterogenei”, Atti del Congresso sui Sistemi Evoluti per Basi di Dati (SEBD 2005), 336-347, Brixen-Bressanone, Italy, 2005. [14] J. Mbale, D. Ursino, X. Xiao Fei, “Cyclical Structure Converter (CSC): a system for handling the interaction of structured and semi-structured data sources”, Journal of Universal Computer Science, 9(5), 423-446, 2003. [15] L. Palopoli, D. Rosaci, G. Terracina, D.Ursino, “A graph-based approach for extracting terminological properties from information sources with heterogeneous formats”, Knowledge and Information Systems Journal (KAIS), vol.8, num. 4, 2005. Springer-Verlag. [16] L. Palopoli, D. Saccà, G. Terracina, D. Ursino, “Uniform techniques for deriving similarities of objects and subschemes in heterogeneous databases”, IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, 15(2), 271-294, 2003. [17] L. Palopoli, G. Terracina, D. Ursino, “Experiences with using DIKE, a system for supporting Cooperative Information System and Data Warehouse design”, Information Systems 28(7), 835-865, 2003. [18] L. Palopoli, G. Terracina, D. Ursino, “DIKE: a system supporting the semi-automatic construction of CIS from heterogeneous databases”, Software Practice & Experience 33(9), 847-884, 2003. [19] L. Palopoli, G. Terracina, D. Ursino, ”A Plausibility Description Logic for handling information sources with heterogeneous data representation formats”, Annals of Mathematics and Artificial Intelligence, 39(4), 385-430, 2003. [20] L. Pontieri, D. Ursino, E. Zumpano, “An approach for the extensional integration of data sources with heterogeneous representation formats”, Data & Knowledge Engineering, 45(3), 291-331, 2003. [21] D. Rosaci, G. Terracina, D. Ursino, “A Technique for Extracting Sub-Source Similarities from Information Sources Having Different Formats”, World Wide Web Journal (WWW). Vol. 6, num. 4, pp. 375—399, 2003. Kluwer Academic Publisher. [22] D. Rosaci, G. Terracina, D. Ursino, “An Approach for Deriving a Global Representation of Da ta Sources Having Different Formats and Structures”, Knowledge and Information Systems Journal (KAIS), vol.6, pp. 42—82, 2004. Springer-Verlag. [23] D. Rosaci, G. Terracina, D. Ursino, “A Framework for Abstracting Data Sources Having Heterogeneous Representation Formats”, Data and Knowledge Engineering (DKE), vol. 48, num. 4, pp. 1—38, 2004. Elsevier.


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Titolo dell’attività – Sicurezza Informatica

1. Sicurezza nelle basi di Dati (Modelli di Autorizzazione) Una delle caratteristiche che devono possedere i sistemi per la gestione delle basi di dati è, come è noto, la capacità di garantire la privatezza dei dati e cioè, la possibilità di definire su quali oggetti e in che modalità hanno diritto di accesso i soggetti (utenti) della base di dati. I DBMS commerciali forniscono, in generale, funzionalità di questo tipo. Tuttavia, spesso, i modelli di autorizzazione su cui si basano, non consentono di codificare insiemi di autorizzazioni complesse, come autorizzazioni derivate da altre autorizzazioni o da gerarchie definite su oggetti e soggetti, autorizzazioni negative (cioè espliciti divieti), autorizzazioni sia su ruoli che su gruppi di soggetti, etc. Pertanto, un interessante campo di ricerca è quello che riguarda la definizione e lo studio di modelli di autorizzazione con funzionalità avanzate e applicabili su domini complessi. In questo contesto abbiamo proposto l'uso della programmazione logica sotto la semantica dei modelli stabili e dei relativi reasoning task (cautious e brave) per la definizione di modelli di autorizzazione e di politiche per il controllo dell'accesso. L'approccio si dimostra molto efficace dal punto di vista della naturalezza con cui il formalismo consente di specificare il controllo dell'accesso, e, soprattutto, particolarmente adatto a quelle situazioni in cui è necessario definire specifiche di controllo complesse (si pensi ad esempio ad autorizzazioni che possono essere concesse solo in muta esclusione) per le quali il potere espressivo della semantica dei modelli stabili dei programmi logici ordinati si dimostra indispensabile. 2. Sicurezza nei Pagamenti Elettronici Una prima linea di attività è indirizzata alla ricerca di metodi e strumenti per la realizzazione di transazioni sicure nell’ambito del commercio elettronico tra utenti dotati di PDA (cellulari di ultima generazione, smartphone, palmari, ed altro ancora) attraverso l’utilizzo di tecnologie wireless, come, ad esempio Bluetooth. In tale ambito i problemi di sicurezza sono aggravati dal fatto che non si utilizzano connessioni fisiche, e le connessione sono estemporanee e di durata impredicibile. In tale contesto abbiamo sviluppato dei modelli di reputazione basati sulla storia passata e sui feedback degli utenti, pesati in funzione del valore della transazione, della reputazione degli utenti coinvolti nella transazione, e utilizzando meccanismi orientati alla prevenzione di fenomeni di collusività. Le tecniche sfruttano meccanismi di crittografia asimmetrica sia per la confidenzialità che per la autenticità delle comunicazioni. Una seconda linea di intervento riguarda la sicurezza dei pagamenti effettuati attraverso carte di credito. La problematica su cui si è concentrata l’attenzione dei nostri studi è quella della criticità del numero di carta di credito, che, come è ben noto, è trattato in modo da considerarsi semi-segreto. Pertanto , le attuali transazioni che utilizzano carte di credito sono intrinsecamente insicure. In tale ambito esistono in letteratura recenti proposte che tendono ad eliminare i problemi di sicurezza descritti attraverso l’adozione schemi di generazione di numeri di carta di credito, che possano consentire l’uso di un diverso numero di carta di credito per ogni transazione. La nostra proposta si inserisce in questo contesto, introducendo significativi miglioramenti rispetto allo stato dell’arte per ciò che riguarda da una parte la semplicità di calcolo delo schema, e, quindi, la sua economica e diretta realizzabilità, dall’altra l’eliminazione di “lon-term secrets”, chiavi segrete di lungo termine, che, proprio per la loro lunga durata, rappresentano sempre un elemento di insicurezza negli schemi di autenticazione. 3. Firma Digitale La sicurezza della firma digitale si basa sulla robustezza degli algoritmi di crittografia utilizzati, sulla adeguata lunghezza delle chiavi, nonchè sull'uso di un dispositivo sicuro per la sua generazione, che garantisca la segretezza della chiave privata in ogni momento dell'elaborazione. Sfortunatamente, la promiscuità nell'uso dei personal computer impiegati per generare la firma su documenti informatici non consente di considerare trusted il software di creazione della firma, ancorchè originale e fornito direttamente dall'ente certificatore. In questo scenario, si origina una seria vulnerabilità dei sistemi di creazione di firma digitale, sfruttando la quale software ``malicious'' potrebbe firmare, all'insaputa del titolare, documenti non di interesse dello stesso. Rispetto a tale vulnerabilità, recentemente documentata in letteratura, l'utilizzo dei dispositivi sicuri di firma non offrono, al momento, alcuna protezione. L’attività di ricerca che il gruppo di informatica ha recentemente avviato in questo contesto ha prodotto la definizione di un protocollo di sicurezza che contrasta la tipologia di attacco sopra descritta, avente reale applicabilità grazie all'utilizzo delle Java Card, già ampiamente diffuse nel mercato e compatibili con le specifiche di sicurezza richieste nel contesto della firma digitale. L’approccio tende a fortificare l'affidabilità del canale di comunicazione tra Smart Card e PC, utilizzando un canale di controllo autonomo, basato su tecnologie differenti (esecuzione di Applet Java), tale da rendere pragmaticamente più difficile che si realizzi una compromissione coordinata dei due canali. Tale considerazione si basa anche sul fatto che il canale alternativo è implementato attraverso Applet Java mantenute sulla piattaforma trusted, la cui autenticità può essere garantita attraverso gli usuali meccanismi utilizzati nel contesto del code mobility.

Persone coinvolte: Prof. Francesco Buccafurri, Prof. Domenico Ursino, Ing. Domenico Rosaci, Ing. Giuseppe Sarnè,


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Ing. Gianluca Lax, Ing. Pasquale De Meo, Ing. Gianluca Caminiti, Ing. Salvatore Garruzzo, Ing. Giovanni Quattrone, Ing. Rosario Laurendi.

Collaborazioni – Politecnico di Milano - Dipartimento di Elettronica e Informazione (DEI)

Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] Bertino, E., Buccafurri, F., Ferrari, E., Rullo, P., A Logic-Based Approach for Enforcing Access Control, Journal of Computer Security, Special Issue - Selected Papers from ESORICS'98, IOS press, Vol.8, Nos.2, 3, pp.109--139, 2000. [2] Bertino, E., Buccafurri, F., Ferrari, E., Rullo, P., A Logic Framework for Reasoning on Data Access Control Policies,Proc. of the 12th IEEE Computer Security Foundation Workshop - CFSW '99, pp. 175--189, Mordano, Italy 1999. [3] Bertino, E., Buccafurri, F., Ferrari, E., Rullo, P., An Authorization Model and its Formal Semantics, Proc. of the European Symposium on Research and Applications in Computer Security, ESORICS '98, Springer Luvain La Neuve, Belgium, 1998. [4] F. Buccafurri, G. Lax, Un Protocollo di Sicurezza contro le Vulnerabilità derivanti da Software di Firma non Trusted, In Atti del Congresso Sistemi Evoluti per Basi di Dati (SEBD 2007) [5] F. Buccafurri, G. Lax, One-Time Number Credit Cards with Strong Efficiency Features, inviato per la pubblicazione a European Symposium on Research and Applications in Computer Security, ESORICS '07 [6] G. Lax, G., Sarnè, Blue: a Reputation-based Multi-Agent System to Support C2C in P2P Bluetooth Networks, In Proc. of the International Conference on E-Business (ICE-B 2006), Setubal, Portugal

Titolo dell’attività - Model Checking e verifica di sistemi

Una strategia di model checking consente la verifica automatica di sistemi (concorrenti) a stati finiti, rappresentati mediante strutture di Kripke, le cui specifiche sono espresse attraverso l’uso di logiche temporali (CTL, LTL, ecc.). Già dai primi anni 80 sono stati sviluppati algoritmi di model checking, ma solo recentemente sono state definite delle tecniche che consentono di trattare sistemi reali con un numero elevato di stati. In questo contesto abbiamo sviluppato un approccio che combina tecniche di intelligenza artificiale (abduzione) con tecniche di model checking per affrontare il problema della correzione automatica di programmi concorrenti. I programmi sono modellati attraverso strutture di Kripke e logica temporale CTL. L’idea principale, usata per ridurre lo spazio di ricerca delle soluzioni, consiste nella utilizzazione dei controesempi delle formule non soddisfatte dal sistema per eliminare le correzioni sicuramente non efficaci. I controesempi possono essere pensati come esempi di computazioni in cui si dimostra che una certa specifica (espressa in logica temporale) non viene soddisfatta. Nel caso dei programmi concorrenti, un controesempio è pertanto un’esecuzione di fallimento di un programma concorrente rispetto a specifiche di correttezza e fairness. Sulla base di un dato controesempio, lo spazio delle possibili correzioni potrà quindi essere ridotto non considerando tutte le correzioni che non avrebbero influenza sul controesempio stesso. Successivamente abbiamo raffinato ed esteso la nozione di controesempio di una formula ACTL (e cioè CTL comprendente solo quantificatori universali), nozione proposta recentemente in letteratura. La nuova nozione supera alcune serie limitazioni della precedente. Infatti, gli studi effettuati precedentemente in letteratura non approfondiscono alcune questioni riguardanti la natura dei controesempi delle formule ACTL, che hanno un impatto notevole nei riguardi della computazione dei controesempi stessi. Il problema del calcolo di un controesempio di una formula ACTL non soddisfatta in un sistema è di rilevante interesse, in quanto il controesempio può rappresentare una traccia seguendo la quale è possibile individuare gli errori del sistema. Abbiamo, per primi, affrontato il problema di determinare se una data formula ACTL ammetta come controesempio una computazione contenente branching (cioè una computazione ad albero) oppure un singolo path. Da ultimo, abbiamo determinato la sottoclasse massimale dei template di formule ACTL per i quali esiste un controesempio lineare, cioè rappresentato da una computazione priva di branching. Per quanto attiene alla complessità computazionale, determinare se una formula ACTL non soddisfatta in una data struttura di Kripke ammette un controesempio lineare è un problema NP-hard. Inoltre, decidere se una formula ACTL, nel caso essa non sia soddisfatta, ammette sempre un controesempio lineare è PSPACE-hard. L’approccio parte dall’osservazione che una caratterizzazione semplice (dal punto di vista computazionale) delle formule ACTL, in relazione all’esistenza di controesempi lineari, non può esistere, come dimostrano i risultati di complessità. Pertanto lo studio riguarda template di formule ACTL. Una volta determinata la classe massimale dei template che ammettono controesempi lineari, si dimostra per data una formula ACTL istanza di un template in tale classe, che per ogni struttura di Kripke che non soddisfa tale formula, è possibile calcolare in tempo polinomiale un controesempio lineare per la formula data.



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Collaborazioni - Technische Universität Wien (TUW), Università della Calabria - Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica (DEIS)

Principali e più recenti pubblicazioni sul tema [1] F. Buccafurri, T. Eiter, G. Gottlob, and N. Leone. On ACTL formulas having linear counterexamples. Journal of Computer and System Sciences, JCSS, 62:463–515, 2001. [2] F.Buccafurri, T. Eiter, G. Gottlob, N. Leone, Enhancing Model Checking in Verification by AI Techniques, Artificial Intelligence, Vol. 112, 1999, pp. 57--104, Elsevier Science 1999, ISSN: 0004-3702. [3] F. Buccafurri, T. Eiter, G. Gottlob, and N. Leone. Combining abduction and model checking techniques for repair of concurrent programs. In Proc. of the 2001 AAAI Spring Symposium Series, pages 101–104. AAAI Press, 2001. [4] Buccafurri, F., Eiter, T., Gottlob, G., Leone, N., Combining Abduction and Model Checking Techniques, Periodica Polytechnica, Vol. 42 (1), pp. 91--101, 1998

9 Area di Ricerca Misure Elettriche ed Elettroniche Titolo dell’attività: Architetture distribuite di sensori per il monitoraggio della sicurezza urbana Il problema della sicurezza urbana diventa sempre di più una priorità nelle nazioni più industrializzate: proteggere le infrastrutture critiche nazionali, le frontiere, e gestire in sicurezza grandi eventi così come il quotidiano del cittadino sono tutti elementi fondamentali per uno sviluppo socio-economico. L’impiego di patrimonio umano e di tecnologie sempre più innovative hanno dato vita ad un sistema integrato di sicurezza. In questo panorama rivoluzionato, il gruppo di ricerca di Misure Elettriche ed Elettroniche della Facoltà di Ingegneria dell’Università Mediterranea di Reggio Calabria ha dedicato parte della sua attività nel progettare e realizzare reti di sensori distribuite per il monitoraggio del territorio e di aree critiche (sicurezza stradale, ambientale, impianti, ecc..) e per lo sviluppo di tecniche di Sensor & Image Data Fusion basate su algoritmi innovative di elaborazione dei dati provenienti da sensori, termocamere, telecamere, etc. Uno degli obiettivi fondamentali di tali attività è quello di rendere sempre più indipendente la rete, passando dalla logica accentrata di un unico supervisore a cui far assumere le “decisioni” di un’intera rete (per quanto estesa), alla logica sempre più distribuita, sviluppando degli algoritmi innovativi di Decision Making orizzontale, che rendono la rete capace di effettuare scelte determinanti in presenza di anomalie rilevate o situazioni di crisi. L’architettura distribuita della rete permette una maggiore flessibilità ed una straordinaria capacità di autoriconfigurarsi in caso di avaria di qualche nodo, senza ricorrere ad una ridondanza eccessiva. Persone coinvolte: Prof. Claudio De Capua, Ing. Antonino Battaglia, Ing. Antonella Meduri, Dr. Ing. Rosario Morello, Ing. Bruno Piccolo, Dr. Ing. Emilia Romeo Principali e più recenti pubblicazioni sul tema C. De Capua, E. Romeo, B. Piccolo, A distributed Measurement System for the Evaluation of the Safety State in Highway Tunnels, 24th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (IMTC 2007), ISBN: 1-4244-05890-0/ ISSN: 101-5281 C. De Capua, S. De Falco, A. Liccardo, R. Morello, A Sensor Data Fusion Approach for Remote Sensing and Processing of EM Field Levels with a Configurable Area Partitioning, IEEE International Conference on Computational Intelligence for Measurement Systems and Applications (CIMSA 2005), ISBN: 0-7803-9026-3, Giardini Naxos, Italy, 2005, pp.14-18. C. De Capua, E. Romeo, Implementation of Multiple Decision Rules using Random-Fuzzy Variables based on Yager’s t-norm, IEEE International Workshop on Advanced Methods for Uncertainty Estimation in Measurement (AMUEM 2005), ISBN: 0-7803-8980-8, Niagara Falls, Ontario, Canada, 2005, pp.103-106. C. De Capua, S. De Falco, A. Liccardo, R. Morello, A Technique Based on Uncertainty Analysis to Qualify the Design of Measurement Systems, IEEE International Workshop on Advanced Methods for Uncertainty Estimation in Measurement (AMUEM 2005), ISBN: 0-7803-8980-8, Niagara Falls, Ontario, Canada, 2005, pp.97-102. C. De Capua, R. Morello, N. Pasquino, Sistema distribuito di sensori mobili per il monitoraggio del campo elettromagnetico in ambiente urbano, IV Congresso “Metrologia & Qualità”, Vol.1, pp. 2-5, Torino, 2005. C. De Capua, S. De Falco, A. Liccardo, R. Morello, A Fault Tolerant Approach Based on Measurement Indexes for Data Transmission Optimization in Distributed Web Servers Architectures, 22th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (IMTC 2005), ISBN: 0-7803-8880-1, Ottawa, Canada, 2005, Vol.III, pp.1900-1905. C. De Capua, E. Romeo, Calibration of Virtual Instruments based on Random-Fuzzy approach, 22th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (IMTC 2005), ISBN: 0-7803-8880-1, Ottawa, Canada, 2005, Vol.III, pp.2168-2172. C. De Capua, S. De Falco, A. Liccardo, R. Morello, E. Romeo, Stazione di misura per il monitoraggio di emissioni elettromagnetiche: una tecnica fuzzy a supporto del sistema decisionale, TUTTO_MISURE, n.2, 2005, pp.125-126.


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C. De Capua, A. Liccardo, R. Morello, Network of Smart Sensors for Remote Electromagnetic Field Monitoring with a Fuzzy Alarm Reporting, Sensors & Transducers Magazine (S&T e-Digest), ISSN: 1726-5479, Vol.56, Issue 6, June 2005, pp.320-325. C. De Capua, S. De Falco, A. Liccardo, R. Morello, A Virtual Instrument for Estimation of Optimal Calibration Intervals by a Decision Reliability Approach, IEEE International Conference on Virtual Environments, Human-Computer Interfaces and Measurement Systems (VECIMS 2005) , ISBN: 0-7803-9042-3, Giardini Naxos, Italy, 2005, pp.16-20. C. De Capua, R. Morello, A Procedure to Test Tolerance and Faulty States for Measurement Instrumentation, 23th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (IMTC 2006), ISBN: 0-7803-9360-0, Sorrento, 2006, pp.623-627. C. De Capua, E. Romeo, A Fuzzy Approach to represent Measurement Data affected by both A-type and B-type Uncertainty, 23th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (IMTC 2006), ISBN: 0-7803-9360-0, Sorrento, 2006, pp.1484-1489. A. De Bonitatibus, C. De Capua, A. Liccardo, Prototype of Device Based on Hybrid Junctions for Measuring Electromagnetic Conducted Emissions, 23th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (IMTC 2006), ISBN: 0-7803-9360-0, Sorrento, 2006, pp.536-541. C. De Capua, A. Battaglia, A. Liccardo, R. Morello, A Computational Intelligence Application for Environmental Measurements by a DSP-Based Smart Web-Sensor, IEEE International Conference on Computational Intelligence for Measurement Systems and Applications (CIMSA 2006), ISBN: 1-4244-0245-X, La Coruña, Spain, 2006, pp.28-33. C. De Capua, R. Morello, Rischi Decisionali e Incertezza nei problemi di Decision-Making, TUTTO_MISURE, n.3, 2006, pp.205-207. C. De Capua, A. Liccardo, R. Morello, A Portable Measurement System Based on a PDA Device for Acquiring and Testing Electromagnetic Field Levels, XVIII IMEKO WORLD CONGRESS, Metrology for a Sustainable Development, 2006, Rio de Janeiro, Brazil. C. De Capua, R. Morello, L’incertezza di taratura nella verifica metrologica e manutenzione della strumentazione di misura, IV Congresso “Metrologia & Qualità”, Torino, 2007. C. De Capua, E. Romeo, A. Battaglia, B. Piccolo, Using RF Smart Points for the Improvement of Metrological Activities, Sensors & Transducers Magazine (S&T e-Digest), ISSN: 1726-5479,Vol. 77, Issue 3, March 2007, pp.1051-1057.

10 Area di Ricerca Logistica e Sistemi di Trasporto Il settore Trasporti si occupa di tutti gli aspetti metodologici ed applicativi che riguardano i sistemi di trasporto. Il gruppo di Trasporti del DIMET ha attività di Ricerca di tipo metodologico ed applicativo. Di seguito sono riportate le principali attività di ricerca svolte ed in corso di svolgimento in relazione ai temi del settore scientifico-disciplinare Trasporti e le principali pubblicazioni nazionali ed internazionali. Titolo dell’attività: Analisi della domanda di trasportoL'analisi della domanda viene effettuata in relazione a due aspetti: uno legato alla calibrazione dei modelli (e quindi alla loro specificazione) ed uno legato alla correzione delle matrici di domanda di trasporto sulla base di misure di flussi di traffico eseguite sulle strade urbane o extraurbane e di flussi di passeggeri eseguite a bordo dei veicoli di trasporto collettivo. Differenti modelli di domanda vengono specificati, calibrati e validati. In particolare vengono approfonditi i modelli di scelta discreta sia di utilità aleatoria che di utilità fuzzy, e nei rispettivi ambiti sia statici che dinamici. Sono investigati i modelli di simulazione dell'insieme di scelta impliciti ed espliciti. È stata, inoltre, sviluppata una linea di ricerca relativa ai modelli di domanda merci a scala internazionale, nazionale, regionale ed urbana. Titolo dell’attività: Analisi dell’ offerta di trasportoL'analisi dell'offerta di trasporto è finalizzata allo studio di varie funzioni di costo, sia per veicoli leggeri che pesanti e sono esaminate le condizioni di funzionamento del sistema, le caratteristiche del traffico in relazione a deflusso e impatto ambientale, le prestazioni del sistema in termini di sicurezza, le implementazioni delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione. Lo studio dell'offerta riguarda anche il sistema di trasporto collettivo sia in ambito urbano che extraurbano. È, inoltre, sviluppata una linea di ricerca relativa ai modelli di domanda merci a scala internazionale, nazionale, regionale ed urbana. Titolo dell’attività: Analisi del rischio e security Nell'ambito della security viene formulato il problema generale del rischio, suddividendolo nelle sue componenti principali: probabilità o frequenza di accadimento di eventi, vulnerabilità ed esposizione del sistema relativamente agli


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eventi possibili. Nella formulazione generale del rischio è introdotta l’evacuazione di persone da un sistema urbano pervenendo ad una formulazione per la quale è possibile dimostrare esistenza e unicità della soluzione. Titolo dell’attività: Sistema di trasporto aereo La domanda di trasporto aereo ha subito negli ultimi anni un rapido aumento, grazie all'avvento di politiche di deregulation che hanno favorito un abbassamento delle tariffe ed al moltiplicarsi dell'offerta in termini di collegamenti e frequenze di volo. Anche l’offerta ha subito notevoli modifiche grazie all’avvento di compagnie low-cost e a sviluppi tecnologici tuttora in atto. L’analisi dei fattori che influenzano le scelte degli utenti consente di poter intervenire opportunamente nella definizione della strategia decisionale dell’operatore, laddove i fattori possono essere di tipo quantitativo o di tipo qualitativo. Un primoo biettivo della ricerca in questo settore è la messa a punto di modelli previsionali della domanda di trasporto aereo, in particolare basati sull'uso delle serie storiche, e la valutazione quantitativa dei bacini di attrazione delle aree aeroportuali. Altri obiettivi riguardano l’analisi dei fattori che limitano la capacità aeroportuale, la messa a punto di tecniche di valutazione dlele prestazioni del sistema, la simulazione dell’offerta di trasporto aereo. Titolo dell’attività: Evacuazione Il problema dell'evacuazione di sistemi di trasporto riguarda la mobilitazione delle persone in presenza di previsione di eventi calamitosi. Nell'ambito delle misure da attuare per la riduzione del rischio vengono sviluppate analisi relative all’evacuazione aventi l’obiettivo di ridurre l'esposizione dei sistemi. La ricerca riguarda il progetto dell'evacuazione in termini di percorsi da seguire, luoghi sicuri da raggiungere, modo di trasporto da utilizzare e istante di partenza da parte di ciascun utente. Titolo dell’attività: Incidentalità e safety L’analisi dell’incidentalità in area urbana è imperniata sull’identificazione degli strumenti quantitativi atti a misurare il livello di sicurezza di aree urbane ed extraurbane. Un primo sviluppo della ricerca ha consentito di analizzare vari approcci e metodologie impiegate a livello internazionale per l'analisi aggregata e disaggregata dei dati di incidentalità, la ricerca in atto si propone di sviluppare un approccio a scenari di incidente, con supporto di analisi aggregata preliminare, per l'individuazione di incidenti-tipo che consentano di individuare, tra gli altri, i punti di criticità nel sistema di trasporto. Nel laboratorio è in corso un'attività di ricerca relativa alla specificazione e calibrazione di scenari di incidenti (unico centro di ricerca in Italia) che consentano di individuare le cause di incidenti mediante un'analisi disaggregata dei dati. Titolo dell’attività: ITS Lo studio dei sistemi ITS (Intelligent Transport Systems), nell’ambito dell’ITC viene effettuato in relazione alle tematiche che riguardano ATIS, ATMS, APTS, CVO, AVCS e quindi:

• Sistemi di gestione del traffico e della mobilità; • Sistemi di informazione avanzata all’utenza; • Sistemi di gestione del trasporto pubblico; • Sistemi di controllo avanzato del veicolo; • Sistemi di gestione delle emergenze; • Sistemi di gestione delle flotte e del trasporto merci.

Per le caratteristiche strettamente trasversali degli ITS rispetto ad altri campi, gli specifici approfondimenti sono relativi agli altri temi. E’ attiva una linea di formazione e di ricerca applicata volta allo studio, alla implementazione ed all’avanzamento di ARTIST, in relazione alle differenti applicazioni di ITS. Titolo dell’attività: Logistica Lo studio della logistica risponde agli obiettivi di rafforzamento dell’investimento pubblico nella ricerca contenuti nel Piano Generale dei Trasporti e della Logistica, e nel Piano Generale della Mobilità, in corso di sviluppo. I temi di ricerca riguardano i metodi di rilevazione statistica e di modellizazione della domanda di trasporto e di logistica, l’incidenza, lo studio della catena logistica nelle reti e nei nodi, lo studio dei sistemi logistici per le grandi aree nel quadro UE e Mediterraneo, i metodi e gli strumenti per la misura della qualità del servizio nel trasporto e nella logistica merci, le metodologie per l’analisi comparata delle strategie di sviluppo dei porti, le analisi del mercato potenziale di servizi di cabotaggio e ferroviari. Titolo dell’attività: Merci nocive e pericolose Il trasporto di merci nocive e pericolose ha assunto negli ultimi anni particolare rilevanza in quanto rappresenta un fenomeno di allarme ambientale per i rischi potenziali connessi alle attività di trasporto. Le attività di ricerca riguardano:

• definizione di procedure di monitoraggio che comprendono la georeferenziazione dei dati attraverso


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Geographic Information System (GIS) e la definizione di strutture telematiche di supporto su base ARTIST; • valutazione dei flussi di traffico sulle diverse modalità di trasporto; • analisi di rischio lungo gli itinerari seguiti dalle merci pericolose; • supporto alla pianificazione regionale e locale; • supporto alla predisposizione di piani finalizzati al miglioramento degli standard di sicurezza (previsione,

prevenzione, protezione, ……) nelle reti, nei nodi intermodali e negli ambiti urbani. Titolo dell’attività: Navigazione veloce merci Il trasporto delle merci tramite sistemi marittimi ha subito un incremento negli ultimi anni e la riduzione dei tempi di percorrenza porto-porto nel sistema marittimo è uno dei principali fattori che influenza la scelta del sistema. Una ricerca è in corso per la costruzione di un sistema di navi veloci per il trasporto di merci nell'ambito del Mediterraneo. Titolo dell’attività: Rilievo e gestione dei flusso di traffico Scopo della ricerca, già avviata, in questo settore è la predisposizione di siti dislocati su una autostrada o in un’area urbana, in modo da costruire uno strumento di analisi che si prefigge: il rilevamento di dati relativi alla viabilità quali conteggio veicoli, velocità di percorrenza, classe dei veicoli, ecc.; il trasferimento dei dati al centro di controllo e la loro archiviazione ed elaborazione; la gestione di pannelli a messaggio variabile; il rilevamento automatico degli incidenti; l'informazione agli utenti, sia tramite pannelli a messaggio variabile che attraverso altri mezzi di comunicazione (CCISS, Internet, ecc.). Titolo dell’attività: Sistemi tecnologici innovativi per il trasporto collettivo La ricerca si sviluppa attraverso un’indagine di settore focalizzata soprattutto sulle nuove tecnologie e sugli indicatori di valutazione delle prestazioni dei sistemi. Vengono monitorate in particolare le tendenze di sviluppo più recenti nel comparto dei sistemi di trasporto collettivo urbano e metropolitano; è stata avanzata una proposta di classificazione delle tecnologie basata su criteri ordinati. Un’attenzione specifica viene indirizzata ai sistemi di trasporto a guida automatica con la loro applicazione nelle città di medie e piccole dimensioni e alle implicazioni dell’automatizzazione del trasporto sulla gestione dei servizi. Titolo dell’attività: Trasporto intermodale L’approfondimento delle tematiche legate al trasporto intermodale, ed in particolare al trasporto intermodale che include la modalità marittima nel Mediterraneo, è importante sia per i riflessi che le ricerche in tale settore possono produrre nel comparto della logistica e del mondo della produzione, sia per le implicazioni sul piano della pianificazione dello sviluppo del sistema Territorio – Trasporti a diverse scale. L'attività è indirizzata alla specificazione, calibrazione e validazione dei modelli di interscambio interregionali ed internazionali, utilizzando tecniche avanzate di indagine; specificazione, calibrazione e validazione dei modelli di costo multimodali; costruzione di un modello di rete intermodale euromediterraneo, con funzioni di costo appropriate e calibrate sulla base di parametri scaturiti dalle indagini. Titolo dell’attività: Trasporto merci a scala urbana I modelli di domanda merci sono uno dei componenti chiave dei piani di trasporto a livello strategico, tattico ed operativo. In questo settore la ricerca è volta ad identificare un modello per l'analisi del trasporto merci per città di medie dimensioni, segmentato in vari stadi: Attrazione e Distribuzione, Acquisizione, Scelta del Servizio e del Tipo di Veicolo, Scelta del Percorso. E’ stata avviata una linea di ricerca volta a studiare gli spostamenti di veicoli merci a scala regionale con modelli di tipo tour-based. Titolo dell’attività: Trasporto pubblico locale Nell'ambito del progetto di ricerca sul Trasporto Pubblico Locale, gli obiettivi sono relativi all'analisi della domanda di trasporto, in particolare attraverso la correzione di vecchie stime della domanda tramite conteggi di flusso; allo studio dell'integrazione modale e tariffaria, con predisposizione di opportuni strumenti quantitativi atti a supportare le scelte tariffarie. Inoltre, in ambito urbano è in corso uno studio che ha per scopo l'analisi della interrelazione tra sistemi di telecontrollo delle flotte e sistemi d’informazione all’utenza. L'attività di ricerca è rivolta allo studio e all'implementazione di modelli urbani con sistema di offerta modellizzato tramite approccio schedule based, allo studio dei modelli di scelta del percorso ed assegnazione ed al progetto di itinerari, frequenze ed orario di un sistema di trasporto collettivo sia a livello urbano che extraurbano. Principali pubblicazioni relative alle attività menzionate [1] Andreoni A., Postorino M.N. (2006), “A multivariate ARIMA model to forecast air transport demand”,


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proceedings of the European Transport Conference (ETC), Strasburgo (France). [2] Andreoni A., Postorino M.N. (2006), “Time series models to forecast air transport demand: a study about a

regional airport”, Proceedings of IFAC, Delft (The Netherlands). [3] Andreoni A., Postorino M.N. (2006), “Univariate and multivariate ARIMA models for air transport demand: a

study about a regional airport”, Euro Working Group on Transportation, Bari. [4] Barrile V., Postorino M.N. (2000), “ Airport capacity increase by means of an integrated GIS-GPS Surface

Movement Ground Control System”, selected at CARE Innovative ATM Research Workshop, EUROCONTROL Brussels.

[5] Cantarella G.E. e Russo F. (a cura di) (2000) Metodi e Tecnologie dell’Ingegneria dei Trasporti. Atti del Seminario LAST 1998. Franco Angeli, Milano.

[6] Cantarella G.E. e Russo F. (a cura di) (2001) Metodi e Tecnologie dell’Ingegneria dei Trasporti: Seminario 1999. Atti del Seminario LAST 1999. Franco Angeli, Milano.

[7] Cantarella G.E. e Russo F. (a cura di) (2002) Metodi e Tecnologie dell’Ingegneria dei Trasporti: Seminario 2000. Atti del Convegno della Società Italiana dei Docenti di Trasporti. Franco Angeli, Milano.

[8] Cantarella G.E. e Russo F. (a cura di) (2005) Metodi e Tecnologie dell’Ingegneria dei Trasporti: Seminario 2002. Atti del Convegno della Società Italiana dei Docenti di Trasporti. Franco Angeli, Milano.

[9] Cantarella G.E., Russo F. and Vitetta A. (2001) A Procedure for analysing an operative urban public transport system. In Preprints of 9th World Conference on Transportation Research, SEOUL.

[10] Cartenì A. and Russo F. (2004) A distribution regional freight demand model. In Urban Transport X. Urban Transport and the Environment in the 21st Century, edited by C.A. Brebbia & L.C. Wadhwa. WITpress, Southampton, Boston.

[11] Cascetta E., Postorino M.N. (2001), “Fixed point models for the estimation of O/D matrices using traffic counts on congested networks”, Transportation Science, N.35 (2).

[12] Cascetta E., Russo F., Viola F. and Vitetta A. (2002) A model of route perception in urban road networks. In Trasportation Research part B n° 36 pp. 577-592.

[13] Comi A., Russo F. and Vitetta A. (2006) Calibration of generalized cost-models for road freight vehicles an intermodal chain: an experimental application ion Italy. In Proceedings of the European Transport Conference, Strasbourg, ISBN 1-905701-00-4.

[14] Delfino G., Rindone C., Russo F. and Vitetta A. (2006) Risk analysis in road safety: a model and an experimental application for pedestrian. In Proceedings of the European Transport Conference, Strasbourg, ISBN 1-905701-00-4.

[15] Di Gangi M., Musolino G., Russo F., Velonà P. and Vitetta A. (2003) Analysis and comparison of several urban road transportation assignment models in emergency conditions. In Environmental Health Risk II, edited by C.A. Brebbia & D. Fayzieva, WITpress, Southampton, Boston.

[16] Di Gangi M., Russo F. and Vitetta A. (2003) A Mesoscopic Method for Evacuation Simulation on passenger ship: models and algorithms. In Pedestrian and Evacuation Dynamics 2003, pp. 197-208. CMS Press. London.

[17] Gattuso D., Postorino M.N., Russo F. e Vitetta A. (2000) Tecniche quantitative per la simulazione della domanda e dell’offerta di trasporto. In Manuale di pianificazione dei Trasporti, a cura di M. de Luca, Collana Trasporti, FrancoAngeli editore.

[18] Gattuso D., Postorino M.N., Russo F., Vitetta A. (2000), “Tecniche quantitative per la simulazione della domanda e dell’offerta di trasporto”, in Manuale di pianificazione dei Trasporti, a cura di M. de Luca, Collana Trasporti, FrancoAngeli editore.

[19] Iannò D., Postorino M.N. (2002), “A generation constrained approach for the estimation of O/D trip matrices by traffic counts”, Proceedings of AET, Cambridge, September 2002.

[20] Nuzzolo A. e Russo F (2000) Un approccio doppiamente dinamico per l’assegnazione alle reti di trasporto collettivo. In Metodi e Tecnologie dell’Ingegneria dei Trasporti, a cura di G. E. Cantarella e F. Russo. Franco Angeli, Milano.

[21] Nuzzolo A., Russo F. and Crisalli U. (2001) A doubly dynamic schedule-based assignment model for transit networks. In Transportation Science, Vol 35 n° 3, August 01, pp. 268.285.

[22] Nuzzolo A., Russo F. and Crisalli U. (2001) Doubly dynamic path choice models for urban transit systems. Travel behaviour research. In The Leading edge, Ed. D. Hensher, Pergamon, pp. 797-812.

[23] Nuzzolo A., Russo F. and Crisalli U. (2002) Transit Network Modelling: The schedule-based dynamic approach. Franco Angeli, Milano.

[24] Postorino M.N. (2000), “Modalità di rilievo, di informatizzazione e di trasmissione dei dati”, in Definizione delle linee guida per i Piani della Sicurezza Stradale Urbana: Analisi delle principali esperienze nazionali ed internazionali, Ministero dei Lavori Pubblici, Ispettorato Generale per la Circolazione e la Sicurezza Stradale.

[25] Postorino M.N. (2000), “Stima di matrici O/D da conteggi di flussi di traffico: Selezione dei rami di conteggio”, in Metodi e Tecnologie dell’Ingegneria dei trasporti Seminario 1999, FrancoAngeli editore.

[26] Postorino M.N. (2001), “Caratteristiche della domanda di trasporto aereo”, in Metodi e Tecnologie dell’Ingegneria dei trasporti Seminario 2000, FrancoAngeli editore.

[27] Postorino M.N. (2001), “Trasporto aereo”. In Introduzione alla tecnica dei trasporti e del traffico con elementi


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di economia dei trasporti, a cura di G.E. Cantarella, UTET, Torino. [28] Postorino M.N. (2001), “Un'analisi dei criteri di selezione dei rami di conteggio per la stima della matrice O/D

da flussi di traffico”, Trasporti e Trazione, n.5. [29] Postorino M.N. (2002), “Modelli dell'offerta di trasporto per le reti a servizio discontinuo: uno stato dell'arte”,

in Modelli e metodi per la programmazione dei servizi di trasporto pubblico locale: uno stato dell'arte, a cura di F. Russo, Collana Trasporti, FrancoAngeli editore.

[30] Postorino M.N. (2002), “Sicurezza: Analisi e Modelli”, Rilievi, Modellizzazione e Controllo del traffico veicolare, FrancoAngeli editore.

[31] Postorino M.N. (2003), “A comparison among different approaches for the evaluation of the air traffic demand elasticity”, proceedings of Sustainable Planning and Development Conference, WIT press.

[32] Postorino M.N. (2003), “Indexes and models to analyse road safety within the aggregate approach”, proceedings of the European Transport Conference (ETC), Strasburgo (France).

[33] Postorino M.N. (2006), “Modelli per la generazione e previsione della domanda di trasporto aereo”, in Metodi e modelli per la simulazione e verifica di un sistema di trasporto aereo: uno stato dell’arte, a cura di M. Lupi, FrancoAngeli editore.

[34] Postorino M.N., Andreoni A. (2006), “Analysis of the factors affecting a regional airport catchment area”, Euro Working Group on Transportation, Bari.

[35] Postorino M.N., Barrile V. (2004), “ An integrated GPS-GIS surface movement ground control system “, in Management of Information Systems, WIT press.

[36] Postorino M.N., Barrile V., Cotroneo F. (2006), “Surface Movement Ground Control by means of a GPS-GIS system”, Journal of Air Transport Management, 12, pp. 375-381, Elsevier Publishers.

[37] Postorino M.N., Fedele V. (2006), “The analytic hierarchy process to evaluate the quality of service in transit systems”, Proceedings of Urban Transport 2006, WIT Press.

[38] Postorino M.N., Musolino G., Velonà P. (2002), “A methodology for the demand simulation in transit systems: an application to an extra-urban Italian area”, Proceedings of AET, Cambridge, September 2002.

[39] Postorino M.N., Musolino G., Velonà P. (2003), “Una metodologia per la simulazione della domanda nei sistemi di trasporto collettivo: applicazione alla Provincia di Reggio Calabria”, in Modelli e metodi per la programmazione dei servizi di trasporto pubblico locale: applicazioni a casi reali, a cura di F. Russo, Collana Trasporti, FrancoAngeli editore.

[40] Postorino M.N., Musolino G., Velonà P. (2004), “Evaluation of OD trip matrices by traffic counts in transit systems”, in Schedule-Based Dynamic Transit Modeling: Theory and Applications, Kluwer.

[41] Postorino M.N., Russo F. (2001), “ A comparison among random utilities and time series models to forecast air travel demand”, atti del convegno TRISTAN IV, Ponta Delgada, Portugal, 13-19 June 2001.

[42] Postorino M.N., Russo F. (2001), “Time series uni-mode or random utility multi-mode approach in national passenger models: the impact on the Italian air demand forecast”, proceedings of the European Transport Conference (PTRC), Cambridge.

[43] Postorino M.N., Versaci M. (2006), “A Neuro-Fuzzy Approach to Simulate the User Mode Choice Behaviour in a Travel Decision Framework”, forthcoming on International Journal of Modelling and Simulation, ACTA Press.

[44] Russo F. (2000) Italian models: applications and planned development. In Proceedings of the Second Seminar on National Model edited by L. Lundqvist and L.G. Mattson. Stoccolma.

[45] Russo F. (2001) Trasporto intermodale delle merci. In Introduzione alla Tecnica dei Trasporti e del Traffico con Elementi di Economia dei Trasporti, a cura di G.E. Cantarella. UTET, Torino.

[46] Russo F. (2002) Planning models for transit systems at regional level. In Proceeding of AET Conference, PTRC 2002, Cambridge, UK.

[47] Russo F. (2003) Modelli per la programmazione del trasporto pubblico locale: applicazione ad un caso reale. In Modelli e metodi per la programmazione dei servizi di trasporto pubblico locale: applicazioni a casi reali. Franco Angeli, Milano.

[48] Russo F. (2004) Schedule – Based Assignment models for public transport networks. In Schedule – Based Dynamic Transit Modeling, Theory and Applications, edited by N. H. M. Wilson, A. Nuzzolo. Kluwer Academic Publishers.

[49] Russo F. (2005) Sistemi di trasporto merci: approcci quantitativi per il supporto alle decisioni di pianificazione strategica tattica ed operativa a scala nazionale. Franco Angeli, Milano.

[50] Russo F. (2006) Un Mediterraneo da integrare. L'Italia e i corridoi euromediterranei di trasporto. Editore Mesogea.

[51] Russo F. (a cura di) (2002) Modelli e Metodi per la programmazione dei servizi di trasporto pubblico locale: uno stato dell’arte. Inerente il Progetto di Ricerca di Rilevante Interesse Nazionale “Linee guida per la programmazione dei servizi di trasporto pubblico locale”. Franco Angeli, Milano.

[52] Russo F. (a cura di) (2003) Modelli e metodi per la programmazione dei servizi di trasporto pubblico locale: applicazioni a casi reali. Inerente il Progetto di Ricerca di Rilevante Interesse Nazionale, 2000 “Linee guida per la programmazione dei servizi di trasporto pubblico locale”. Franco Angeli, Milano.


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[53] Russo F. (a cura di) (2004) Evacuazione dei sistemi urbani. Metodi quantitativi per l’analisi di un sistema di trasporto in condizioni di emergenza. Franco Angeli, Milano.

[54] Russo F. and Cartenì A. (2006) An application of a tour-based model for the simulation of a large urbanized area freight distribution. In Proceedings of the 4thInternational Conference on City Logistics edited by Thompson, R. G. and Taniguchi, E., Elsevier Ltd., United Kingdom, 2006. ISBN: 0-08-044799-6.

[55] Russo F. and Cartisano A.G. (2002) Analytical models for Ro-Ro and Lo-Lo terminals in a multipurpose port. In Port Management I: Third International Conference on PORTS & MARINAS 2002 a cura di A. Brebbia, WITpress 2002, Rodhes, Greece.

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11 Area di Ricerca Fisica Tecnica Ambientale L’attività di ricerca del settore si esplica essenzialmente in relazione ai seguenti argomenti: a) Termofisica degli edifici e controllo ambientale degli spazi confinati b) Sostenibilità ambientale del settore dell’edilizia c) Benessere termoigrometrico negli ambienti confinati d) Acustica ambientale e) Qualità degli ambienti museali f) Misure di proprietà termofisiche di materiali porosi g) Inquinamento atmosferico ed analisi delle emissioni dei mezzi di trasporto In particolare i primi cinque filoni di ricerca riguardano l’analisi del comportamento della struttura edilizia e della qualità ambientale globale degli ambienti confinati, anche con diverse finalità d’uso (residenziali, commerciali, museali), ed alcuni aspetti ambientali specifici dell’ambiente indoor (in particolare quello termoigrometrico e quello acustico), mentre il sesto consiste in un’attività sperimentale a supporto delle ricerche svolte nel campo dell’edilizia e consiste nella misura di parametri termofisici di materiali edili. L’ultimo filone di ricerca interessa gli ambienti esterni e riguarda l’analisi dell’inquinamento atmosferico in ambito urbano, con particolare riferimento al rapporto esistente con il settore dei trasporti Titolo dell’attività: Comfort termoigrometrico adattativo negli ambienti confinati basato sull’utilizzo di un sistema multiagente utente-edificio-impianto Le condizioni di comfort all’interno degli edifici sono fortemente connesse, oltre che alle caratteristiche termofisiche e geometriche dell’involucro edilizio ed alla gestione degli impianti tecnici a supporto dell’edificio, anche al suo profilo d’uso ed alle caratteristiche psico-metaboliche-contestuali dell’utente. Risulta pertanto estremamente appropriato formalizzare nuovi modelli di comfort soggettivo adattativo rispetto allo scenario ambientale, nei quali la valutazione del livello di comfort venga espressa con riferimento ad un contesto globale di cui l’utente stesso è parte integrante, considerando quindi una visione multidimensionale o, per meglio dire, olistica del problema. Un approccio ottimizzato alla personalizzazione consentirebbe inoltre margini di risparmio energetico, riducendo gli sprechi legati ai consumi. La realizzazione di tale sistema e il superamento dei limiti strettamente connessi con l’ingente mole di dati da trattare e l’aleatorietà della soggettività seguirebbe la linea di sviluppo della domotica circa le user-centered applications. In particolare l’utilizzo di un Sistema Multi Agente (MAS) si presenta come la soluzione più adeguata per la valutazione dello stato di benessere, consentendo di integrare la teoria di Fanger con l’approccio adattativo proposto da altri autori (Brager e de Dear, Nicols, etc…), realizzando un impianto intelligente che sia consapevole dello scenario in cui opera l’utente e cerchi di seguirne le esigenze adattandosi al mutare delle variabili contestuali. Le caratteristiche intrinseche dei MAS garantiscono alta versatilità, permettendo l’utilizzo del sistema sia in edifici nuovi, sia in quelli preesistenti, con un miglioramento globale delle condizioni di comfort, che vengono raggiunte grazie all’integrazione delle tecnologie esistenti con quelle di intelligenza artificiale. Punto di forza della proposta è infatti la presenza di un sistema di interfaccia ed integrazione tra le tecnologie preesistenti, attraverso la realizzazione di una piattaforma che utilizza gli agenti per gestire il profilo utente, le risorse disponibili e la rappresentazione della realtà contestuale mediante ontologie realizzate in XML, strumento potente e flessibile.


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Schema della procedura di valutazione del comfort termoigrometrico basata sul modello adattativo

Persone coinvolte: Matilde Pietrafesa, Antonino Nucara, Concettina Marino, Alfredo Pudano Collaborazioni Dipartimento di Ricerche Energetiche e Ambientali - Università di Palermo. Titolo dell’attività: Il sistema di trasporto pipe§net “Pipe§net” è un originale sistema di trasporto merci leggere (tipicamente fino a 30 kg), attualmente tutelato da due brevetti internazionali, costituito da una rete di tubi ad aria evacuata all’interno dei quali si muovono capsule in condizioni di ridottissimo attrito all’avanzamento e ad altissima velocità. Le prerogative gli elementi di originalità di Pipe§net sono: - elevata capacità di trasporto, frutto di alte velocità combinate con elevate frequenze di inoltro delle capsule; - rapidità con consegna della merce in pochi minuti attraverso lunghe distanze; - possibilità di cablare in tempi ridotti e costi contenuti le dorsali nazionali utilizzando i tracciati ferroviari e autostradali; - possibilità di diffusione capillare lungo il territorio per spedizioni di tipo B2C (Business to Customer); - ridotto consumo energetico; - ridotto impatto ambientale. In Figura 1 è rappresentata una possibile configurazione di una linea Pipe§net.

Figura 1: una possibile configurazione di una linea Pipe§net

ELEMENTI DI ORIGINALITÀ DEL SISTEMA PIPE§NET Di seguito si descrivono brevemente i principali elementi di originalità che caratterizzano Pipe§net. Trazione per mezzo di un motore elettrico lineare sincrono La propulsione delle capsule avviene tramite un motore elettrico lineare sincrono che recupera in fase di decelerazione


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fino al 70% dell’energia spesa in fase di accelerazione. Attrito ridotto L’attrito all’avanzamento è sensibilmente ridotto per mezzo di particolari sistemi di sospensione delle capsule e dal vuoto spinto all’interno dei tubi. I sistemi di sospensione delle capsule attualmente allo studio potranno essere realizzati con diverse modalità a seconda dell’applicazione e della tipologia di linea:

• Sospensione di tipo magnetico • Scorrimento su ghiaccio

Al fine di diminuire l’attrito aerodinamico sarà ridotta notevolmente la pressione all’interno dei tubi mediante sistemi di evacuazione dell’aria. Sarà necessario adottare le migliori tecnologie per garantire elevata tenuta sia lungo la linea che in punti particolarmente critici quali le aree di immissione capsule. DESCRIZIONE DEL SISTEMA PIPE§NET Di seguito si riportano le caratteristiche dei principali elementi di un sistema Pipe§net. Capsule Sono contenitori a tenuta ermetica di forma cilindrica, con massa propria di circa 10 kg e massa trasportabile massima pari a 30 kg, in grado di segnalare la propria posizione in rete tramite opportuni trasponder. Le probabili dimensioni delle capsule sono state individuate sulla base della distribuzione statistica del peso e della densità dei colli. La lunghezza delle capsule comprensiva di dispositivi di serraggio è circa 80 cm, a fronte di un diametro della sezione di 60 cm per un volume complessivo trasportabile pari a 120 litri. Tubi Le dimensioni e le caratteristiche dei tubi ove avviene il trasporto delle capsule sono riportate in Figura 2 (diametro esterno pari a 80 cm, diametro interno pari a 66 cm).

Figura 2: schema di sezione di una linea Pipe§net

Linee di trasporto Una possibile configurazione delle linee di trasporto Pipe§net prevede l’impiego di 4 singoli tubi: 2 per il traffico ordinario; 2 per le emergenze e/o manutenzioni. E’ inoltre prevista una stazione di interscambio (SI) ogni 10 km ed una stazione di alimentazione (SA) ogni 2 km. Lo scopo principale delle stazioni SI è quello di garantire l’interscambio fra le linee ordinarie e quelle di emergenza. Lo scambio può avvenire per i seguenti motivi: 1) danneggiamento della linea ordinaria; 2) manutenzione della linea ordinaria; 3) necessità di impiegare linee parallele per sopperire a momentanea congestione del traffico. Le stazioni SA ospitano le unità per: 1) l’alimentazione delle linee; 2) il controllo del traffico; 3) il pompaggio. Le unità per l’alimentazione delle linee, il controllo del traffico ed il pompaggio sono inoltre presenti anche all’interno delle stazioni SI. In Figura 3 è riportato un esempio di linea Pipe§net in cui sono presenti capsule in movimento nelle due direzioni lungo le linee ordinarie. In caso di danneggiamento di una linea ordinaria le capsule possono essere convogliate in una linea di emergenza e, alla successiva stazione SI, vengono di nuovo riportate lungo la linea ordinaria.


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Figura 3: capsule in movimento lungo le due linee ordinarie

Dispositivi di inoltro e ricezione I dispositivi di inoltro e ricezione consentono di inserire le capsule in linea e sono dotati a tale scopo di un sistema automatico di caricamento ed inoltro delle stesse; presentano tratti perl’adattamento della velocità a quella di linea ed impiegano tecnologie di deviazione magneticaper l’instradamento, per garantire l’assenza di contatto con la linea e ridotte perditeenergetiche. Inoltre, sono previsti sistemi di Air lock per l’immissione in tubo a vuoto spinto,ad elevata tenuta ed equipaggiati con dispositivi di evacuazione dell’aria; sono infine dotati disistema di controllo per la chiusura e l’ermeticità della capsula, per l’analisi del contenuto e il monitoraggio dei parametri chimico-fisici della merce trasportata. PREROGATIVE E VANTAGGI DEL SISTEMA PIPE§NET Le caratteristiche tecniche appena descritte determinano una serie di prerogative ed importanti vantaggi del sistema Pipe§net di seguito descritte con maggior dettaglio. Alta Velocità Gli studi fin qui effettuati hanno consentito di individuare, sulla base delle necessità dei trasporti in Italia e delle capacità tecniche dell’industria nazionale, 3 diverse tecnologie in funzione della diversa applicazione. LS (Low Speed) Pipe§net Consente di trasportare capsule ad una velocità massima di circa 350 km/h. Il sistema Pipe§net LS, adatto a reti di distribuzione locale e per brevi spostamenti (distanze inferiori a 100 km), prevede la sospensione su ghiaccio o su “frictionless material” delle capsule, tratti di distribuzione e interscambio capsule a pressione atmosferica e tratti di lunghezza superiore a 10 km in depressione (pressione circa uguale a 1/10 atm). HS (High Speed) Pipe§net Consente di trasportare capsule ad una velocità massima di circa 1500 km/h. Il sistema Pipe§net HS, adatto a tratte di media-lunga distanza (fino a circa 1500 km), prevede la sospensione delle capsule su ghiaccio e/o magnetica e vuoto spinto (pressione circa uguale a 1/50 atm) all’interno dei condotti. VHS (Very High Speed) Pipe§net Consente il trasporto di capsule a velocità superiori a 1500 km/h, adatto per tratte di lunghissima distanza e le cui tecnologie sono ancora da individuare. Il moto è uniformemente accelerato nel primo tratto con accelerazione pari a g (accelerazione di gravità), dove avviene il massimo consumo di energia. Dopo aver raggiunto la velocità di crociera, pari a 1500 km/h nel Pipe§net HS, il moto è uniforme a velocità costante; l’energia spesa in questo tratto è quella necessaria a contrastare gli attriti ed è quindi estremamente ridotta a causa delle condizioni di vuoto spinto in cui avviene il moto. Infine, nell’ultimo tratto, il moto è uniformemente decelerato con accelerazione pari a –g; in questo tratto, il motore lineare funziona da freno-generatore e consente di recuperare circa il 70% dell’energia spesa durante la fase di accelerazione. Alta Capacità di Trasporto L’alta capacità di trasporto di una linea Pipe§net si basa sul ricorso a frequenti trasporti di piccolo carico. Le capsule, di portata massima pari a circa 30 kg, sono inviate all’interno dei condotti mediante slot dotati di opportuni caricatori in grado di veicolare contemporaneamente fino a 10 capsule ad una distanza di sicurezza tra capsule consecutive pari a quattro lunghezze d’onda del campo magnetico a cui corrisponde in modalità Pipe§net LS una distanza tra due capsule consecutive pari a 6.4 m e in modalità Pipe§net HS, in cui la lunghezza d’onda del campo magnetico è doppia, una distanza pari a 12.8 m. Si ottiene che, già per la modalità Pipe§net LS, la capacità massima della linea è apprezzabilmente superiore a quella di una linea di trasporto merci su gomma ed è paragonabile con quella di una linea di trasporto su rotaia; tale capacità è poi notevolmente più elevata per la modalità Pipe§net HS. Va inoltre sottolineato che il trasporto su treni è principalmente orientato alle spedizioni B2B (Business to Business), mentre Pipe§net LS, come anche Pipe§net HS ed il trasporto su gomma, sono rivolti non solo al B2B, ma anche al B2C ed al C2C (Customer to Customer).


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Pertanto, il sistema Pipe§net è da considerarsi contrapposto al sistema di trasporto su gomma, piuttosto che a quello su rotaia. Impiego di Tecnologie mature Un’altra caratteristica particolarmente importante ai fini di un immediato sviluppo della rete è data dal fatto Pipe§net può avvalersi di tecnologie già mature singolarmente in Italia a livello sia ingegneristico che economico. A tal fine, sarà necessario coordinare le tecnologie suddette, elencate di seguito, per finalizzarle alla realizzazione del sistema Pipe§net:

- tecnologia del vuoto che consente di eliminare gli attriti con l'aria ed il rumore emesso; - lubrificazione per sublimazione o per levitazione magnetica che consente di eliminare quasi completamente gli

attriti tra capsula e parete interna del tubo; - materiali speciali per la realizzazione di capsule ermeticamente chiuse, leggere e estremamente resistenti; - tecnologia del motore lineare piano/tubolare che permette la propulsione sincrona delle capsule e

l'alimentazione elettrica; - deviazione magnetica che consente lo smistamento ad alta velocità delle capsule; - tecnologia dei dispositivi di inoltro e ricezione a bassa velocità per singole abitazioni nel B2C, a media ed alta

velocità per industrie nel B2B; - tecnologia informatica di instradamento e controllo delle capsule dal punto di inoltro al punto di ricezione.

Integrazione con le attuali infrastrutture di Trasporto Sarà possibile impiegare i tracciati delle infrastrutture già esistenti, in particolare quelle ferroviarie, per supportare la realizzazione della rete Pipe§net. Due sono i possibili scenari: la rete Pipe§net potrà essere realizzata interrata, oppure in superficie, seguendo ad esempio i tracciati ferroviari esistenti. In Figura 4 è rappresentato un esempio di installazione di linea Pipe§net in superficie ad integrazione di una linea ferroviaria.

Figura 4: esempio di linea Pipe§net in superficie integrata con una linea ferroviaria esistente

Riduzione dei costi e dell’energia di trasporto Uno dei vantaggi principali di Pipe§net rispetto al trasporto merci su strada è la riduzione del consumo energetico. A titolo di esempio in Figura 5 è riportato il confronto tra i consumi energetici di Pipe§net LS e HS rispetto a quelli del trasporto su strada per tonnellata trasportata e distanza percorsa in funzione della distanza stessa.

Figura 5: confronto tra il consumo energetico di Pipe§net LS, Pipe§net HS e del trasporto su strada

Il confronto evidenzia che sia Pipe§net LS per brevi distanze (<100 km) che Pipe§net HS per distanze superiori a 50 km consentono un risparmio energetico di circa il 40% rispetto al trasporto su strada. Diminuzione dei tempi di trasporto Pipe§net LS e HS, date le elevate velocità di percorrenza rispetto al traffico merci su strada, consentono una notevole


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riduzione dei tempi di trasporto. In Tabella 1 è riportato il confronto, al variare della distanza percorsa, tra le tre tipologie di trasporto suddette. Il confronto suddetto è stato effettuato sulla base delle seguenti ipotesi: la velocità del trasporto su merci su strada è stata considerata pari a 60 km/h per distanze tra 10 e 100 km, 80 km/h per distanze tra 100 e 200 km, 90 km/h per distanze superiori a 200 km. La velocità delle capsule di Pipe§net LS e HS è stata considerata pari rispettivamente a 350 km/h e 1500 km/h. Tabella 1: confronto tra i tempi di consegna merce garantiti dal trasporto su strada, da Pipe§net LS e da Pipe§net HS

Riduzione dell’impatto ambientale Pipe§net consente di ridurre, rispetto al trasporto merci su strada, le emissioni di inquinanti in atmosfera e di rumore. In particolare, mentre il traffico su strada produce emissioni di inquinanti a livello locale dovute al transito dei mezzi di trasporto, le emissioni localizzate dovute a Pipe§net sono praticamente nulle. Considerando comunque che le linee Pipe§net necessitano di energia elettrica di alimentazione e che quindi indirettamente producono emissioni dovute alle centrali di produzione di energia, è necessario effettuare un confronto tra le emissioni localizzate dovute al traffico stradale e quelle centralizzate dovute a Pipe§net, sulla base delle attuali tecnologie di produzione dell’energia in Italia. Si può tuttavia ritenere che le emissioni in atmosfera di CO2, NOX e PM10 dovute a linee di trasporto Pipe§net siano significativamente inferiori rispetto a quelle su strada. Anche per l’aspetto acustico, in attesa di specifiche indagini di campo, si può sicuramente ritenere che la scelta del vuoto spinto per la riduzione dell’attrito aerodinamico comporti notevoli vantaggi in termini di emissioni. Inoltre, l’integrazione strutturale di Pipe§net con le infrastrutture presenti sul territorio, in particolare con quelle ferroviarie, fa sì che l’impatto paesaggistico visivo dovuto alla realizzazione delle nuove linee sia ridotto. Infine, trascurabili saranno le interazioni tra linee Pipe§net e falde, garantendo pertanto la difesa di suoli e sottosuoli. PROTOTIPI Sono stati realizzati due prototipi sperimentali, al fine di verificare il comportamento dei materiali, l’accoppiamento delle diverse tecnologie coinvolte e individuare le problematiche da affrontare per la realizzazione di un primo tratto sperimentale di linea. Il primo prototipo (vedi Figura 6) è costituito da due tubi corrugati in polietilene con proprietà meccaniche e chimicofisiche tecnologicamente compatibili con le condizioni di esercizio del sistema.

Figura 6: primo prototipo

Il tubo interno del primo prototipo costituisce la capsula di forma cilindrica adibita al trasporto merci. Il tubo esterno rappresenta la linea di trasporto. Il movimento della capsula all’interno della linea avviene mediante un sistema di guide lineari, accoppiate a un carrello portante equipaggiato con rulli a ridotto attrito dotati di elementi elastici. In tale prototipo si prevede di realizzare sulla guida un canale in ghiaccio in modo da studiare il movimento della capsula e la riduzione degli attriti nell’ipotesi in cui la sospensione della stessa venga garantita da tale soluzione. Il secondo prototipo (Figura 7) è stato realizzato con lo scopo di studiare il movimento di capsule e le problematiche connesse in caso di sospensione magnetica. La capsula è costituita da un tubo corrugato in polietilene avente le stesse caratteristiche dei tubi impiegati nel primo prototipo.


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Figura 7: secondo prototipo

L’accoppiamento tra la capsula e la linea di trasporto avviene tramite sospensione magnetica realizzata mediante una configurazione a magneti permanenti contrapposti in modo da generare repulsione. Il movimento della capsula è generato dal motore sincrono lineare sottostante che produce un campo magnetico traslante con parametri opportunamente regolabili ai fini di consentire il moto desiderato della capsula. Il “centramento” della capsula nell’attuale prototipo è garantita da un sistema di contenimento di tipo meccanico. Persone coinvolte: Matilde Pietrafesa, Antonino Nucara, Concettina Marino, Alfredo Pudano Collaborazioni: Università di Perugia - CIRIAF

12 Area di Ricerca Topografia e Cartografia Le nuove tecniche del rilevamento (geomatica), quali la geodesia spaziale (sistema GPS), la topografia automatica, la fotogrammetria digitale ed il telerilevamento hanno trasformato profondamente le metodologie di acquisizione di informazioni metriche e tematiche sul territorio, sull’ambiente e sui manufatti e gli oggetti ivi consistenti. Contemporaneamente, l’esigenza di interpretare ed integrare fra loro le informazioni acquisite è divenuta fondamentale, facendo assumere, conseguentemente, maggiore importanza alla cartografia numerica ed ai i sistemi informativi a referenza spaziale: geografici (GIS) e territoriali (LIS). Le ricerche di settore ICAR06 sono dunque indirizzate all’incentivazione di nuovi studi, sia sperimentali (acquisizione ed elaborazione dei dati) al fine di definire operativamente le modalità, più semplici e corrette, di acquisizione ed elaborazione delle informazioni, per ogni diversa tecnica, che modellistico-informatici (trattamento delle osservazioni), per individuare i metodi più rigorosi ed implementare gli algoritmi in programmi di calcolo. Scopo degli studi e delle ricerche effettuate in questi campi è dunque lo sviluppo di metodologie e procedure nell’ambito dell’acquisizione ed elaborazione (trattamento delle osservazioni) del dato (GPS – EDM – Fotogrammetria –Laser scanner) e dell’elaborazione di sequenze, immagini e mappe derivate da sensori digitali, telerilevate e non, (con particolare riguardo alle metodologie di classificazione di immagini). Interessanti contributi sono forniti sui GIS (procedure ed algoritmi di modellizazione) e sul loro utilizzo (pianificazione - gestione -controllo), con particolare riguardo all’integrazione GPS-GIS (anche in real time) e alla componente 3D. Titolo dell’attività: Tecniche integrate di rilevamento e di soft computing per il monitoraggio e il controllo in tempo reale Le problematiche intrinseche alla ricerca sono fondamentalmente tre:

1. Monitorare e rilevare il territorio e gli oggetti ivi presenti (oggetti in movimento) 2. Gestire integrare e rappresentare il dato acquisito (in real time) 3 Operare al meglio lo studio e la caratterizzazione di quanto individuato.

Le attivita’ di ricerca riguardano: - Elaborazione dati GPS (Fornire adeguate modellizzazioni per gli effetti troposferici e ionosferici (differenti a seconda della zona di analisi) sulle rilevazioni GPS (tentando di ridurre l’effetto di multipath), grazie all’utilizzo di tecniche euristiche capaci di garantire una ottimale predizione delle influenze dei vari strati atmosferici sul segnale GPS che le attraversa; - Risolvere il problema della ambiguità di fase in sistemi DGPS RTK/OTF con applicazioni di rilevazione in presenza di rover che si muovono ad elevate velocità e in presenza della necessità di inizializzazioni dinamiche della sessione- Stazioni permanenti e Reti di Stazioni Permanenti - Integrare Dati GPS in real time all’interno dei GIS dinamici -Sviluppare e testare nuove tecniche di classificazione di immagini satellitari (telerilevamento) per la produzione di mappe tematiche e la Modellizzazione 3D del dato acquisito - GIS (Costruzione GIS 3D – GIS Dinamici – GIS Real Time), definizione di procedure integrate all’interno dei GIS atte a monitorare l’evoluzione spazio temporale del territorio e degli oggetti ivi presenti (particolare attenzione e’ data al controllo di mezzi in movimento)


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- Costruzione di metodologie capaci di predire l’incipienza di eventi dannosi e/o arginarne gli effetti con rapidità ed efficacia; Lo scopo della ricerca e’ quello di pervenire ad un modello dinamico integrato che permetta di conoscere in tempo reale e con l’ausilio di strumenti informatici le caratteristiche e le evoluzioni di “scene” e/o oggetti in movimento monitorandone l’evoluzione spazio-temporale. Allo scopo si lavora all’integrazione di:

- GPS (RTK – OTF) - immagini Telerilevate - Georadar e Laser Scanner

- modellizzazione (GIS3D – Dinamici). Persone coinvolte: Prof. Vincenzo Barrile, Ing. Meduri Giuseppe, dott. Armocida Giuseppe Principali e più recenti pubblicazioni sul tema - M.N. Postorino, V. Barrile: An integrated GPS-GIS surface movement ground control system - Rivista Management Information Systems 2004 Ed. Wit Press, pp. 3-12, ISBN: 1-85312-728-0, ISSN: 1470-6326. - V. Barrile, R. Pucinotti: Application of radar technology to reinforced concrete structures: a case study – Rivista ELSEVIER - NDT&E International pp 596-604 (2005) - Angiulli G., Barrile V., Cacciola M. :SAR Imagery Classification Using Multi-Class Support Vector Machines”, JEWA ,vol. 19 n°. 14, pp. 1865-1872, 2005, ISSN 0920-5071 - Angiulli G., Barrile V., Cacciola M.: The GPR Technology on the Seisimic Damageability Assessment of Reinforced Concrete Building, Proceedings PIERS ONLINE Vol. 1, N° 3 pp. 303-307, 2005, Hangzhou, China, ISBN: 1-933077-07-7. - Barrile V., Cacciola M., Cotroneo F., Morabito F.C., Versaci M.: “TEC Measurements through GPS and Artificial Intelligence”, Rivista JEWA, vol. 20, n. 9, pp. 1211-1220, ISSN 0920-5071. - Barrile V., Cacciola M., Versaci M.: Fuzzy Classification with Minimal Entropy Models to Solve Pattern Recognition Problems: a Compared Evaluation in SAR Imagery, WSEAS Transactions on Information Science and Applications, vol. 04, pp. 860-867, 2006, ISSN 1790-0832. - Barrile V., Cotroneo F.: “DSS Models for Planning Eolian Parks” -, Transactions on Environment and Development , Issue 6 , vol. 02, pp. 878-883, 2006, ISSN 1790-5079 - Barrile V., Cotroneo F.: “Objects paradigm GIS for Modelling and managing water nets” -, Transactions on Environment and Development , Issue 6 , vol. 02, pp. 884-890, 2006, ISSN 1790-5079 - Barrile V., Cotroneo F., Postorino M.N.: “Surface movement ground control by means of a GPS-GIS system” – Rivista ELSEVIER – Journal of air Transport Management 12 (2006) pp 375-381 - Barrile V., Cacciola M., D’Amico S., Greco A., Morabito F.C., Parrillo F.: “Radial Basis Function Neural Networks to Foresee Aftershocks in Seismic Sequences Related to Large Earthquakes” - I. King et al. (Eds.): ICONIP 2006 Lecture Notes in Computer Science, vol. 4233 Part II, pp. 909-916, ISSN 0302-9743. - Angiulli G., Barrile V., Cacciola M. :SAR Imagery Classification Using Multi-Class Support Vector Machines”,, PIERS 2005, Hangzhou, China, August 2005, pp. 218-222, ISBN: 1-933077-07-7. - V. Barrile, F. Cotroneo: Application of mapping plan whit a non-deterministic algorithm for gis querying, XX International Symposium CIPA 2005 ISPRS, ISSN: 1682-1750, pp. 675 - 678 - Barrile V., Cacciola M., Cotroneo F.: Multipath Reduction of GPS Measures through Heuristic Techniques of Compensation, Proceedings PIERS 2006, Cambridge, USA, March 2006 - Barrile V., Cacciola M., Versaci M., A Minimal Fuzzy Entropy Model for Pattern Recognition: Evaluation in a SAR Imagery Application”, Proceedings of 5th WSEAS Internation Conference on Artificial Intelligence, Knowledge Engineering, Data Bases, AIKED 2006, Madrid, Spain, February 2006, ISBN 9-608457-41-6. - Barrile V., Cotroneo F.: “Water monitoring in urban context using the Geodatabase”- Proceedings of the IASME/WS International Conference on Energy, Environment, Ecosystems & Sustainable Development - EEESD’06, Athens, Greece, july 2006- pp. 296-299 -ISSN 1790-5095 - ISBN 960-8457-48-3. - Barrile V., Cotroneo F.: “GIS Application as a strategic support for eolian plants’s planning”- Proceedings of the IASME/WS International Conference on Energy, Environment, Ecosystems & Sustainable Development - EEESD’06, Athens, Greece, july 2006- pp. 271-274 -ISSN 1790-5095 - ISBN 960-8457-48-3. - Barrile V., Cotroneo F.: “A general purpose GIS Software for exploiting Kosmos, an "OODBMS" server for Geodatabases”. Proceedings of Econgeo 2006, Barcellona - Spagna (2006) - Barrile V., Cacciola M., Minniti C., Versaci M.: “Remote Detection of Cerebral Pathologies in Magnetic Resonance Imagery: an Unsupervised Heuristic Approach”, Proceedings of ISPRS Commission V Symposium “Image Engineering and Vision Metrology”, Dresden, Germany, September 2006 - Barrile V., Cotroneo F..: “A Classifier for Ikonos Images to recognize the asbestos cement buildings’ coverage”, Proceedings of ISPRS Commission VIII Symposium “Remote Sensing Applications for a Sustainable Future ”, Haifa, , Israel , September 2006 - Barrile V., Cacciola M, Cotroneo F.: “GIS Systems Three-Dimensional Features to Recover City Centres”


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Proceedings of 7th International Symposium on Virtual Reality Archaeology and Cultural Heritage CIPA / VAST 2006 "The e-documentation in Cultural Heritage" Nicosia, Cyprus, November 2006 Collaborazioni: Politecnico di Milano, Sdocieta’ di settore ICAR06


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13 Docenti e Ricercatori DIMET e Loro Recapiti Cognome Nome Tel. Cell. e-mail Docenti e Ricercatori ANGIULLI Giovanni 0965 875 275 346 2266252 [email protected] ARANITI Giuseppe 0965 875 420 346 2272919 [email protected] BARRILE Vincenzo 0965 875 301 346 2266882 [email protected] BONANZINGA Vittoria 0965 875 250 346 2270145 [email protected] BUCCAFURRI Francesco 0965 875 302 346 2270208 [email protected] CALCAGNO Salvatore 0965 875 216 346 2269191 [email protected] CANDITO Pasquale 0965 875 474 346 2270285 [email protected] CARBONE Rosario 0965 875 310 346 2270298 [email protected] CAROTENUTO Riccardo 0965 875 464 346 2270328 [email protected] COTRONEI Mariantonia 0965 875 299 346 2270334 [email protected] DE CAPUA Claudio 0965 875 364 346 2270349 [email protected] DELLA CORTE Francesco 0965 875 463 346 2270395 [email protected] FAMULARO Domenico 0965 875 255 346 2270421 [email protected] FATTORUSSO Luisa 0965 875 240 346 2270439 [email protected] GATTUSO Domenico 0965 875 218 346 2270450 [email protected] GIUFFRE' Sofia 0965 875 474 346 2270475 [email protected] GIUNTA Marinella 0965 875 289 346 2270483 [email protected] IDONE Giovanna 0965 875 245 346 2270575 [email protected] IERA Antonio 0965 875 286 346 2270622 [email protected] ISERNIA Tommaso 0965 875 471 346 2270689 [email protected] LA FORESTA Fabio 0965 875 285 346 2272163 [email protected] LAX Gianluca 0965 875 304 346 2273064 [email protected] LEONARDI Giovanni 0965 875 237 346 2270809 [email protected] LEONE Giovanni 0965 875 262 346 2270856 [email protected] LO BOSCO Dario 0965 875 207 346 2270898 [email protected] LUDOVICI Bruna 0965 875 229 346 2270914 [email protected] MARINO Concettina 0965 875 293 346 2270072 [email protected] MATTEI Massimiliano 0965 875 268 346 2271053 [email protected] MOLINARO Antonella 0965 875 340 346 2271109 [email protected] MORABITO Francesco Carlo 0965 875 224 346 2271131 [email protected] MORETTI Luigi 0965 875 273 346 2271201 [email protected] MUSOLINO Giuseppe 0965 875 272 346 2271242 [email protected] NUCARA Antonino 0965 875 254 346 2266050 [email protected] PEZZIMENTI Fortunato 0965 875 274 346 2273871 [email protected] PIETRAFESA Matilde 0965 875 202 346 2270300 [email protected] POSTORINO Maria Nadia 0965 875 204 346 2271401 [email protected] PRATICO' Filippo 0965 875 230 346 2271468 [email protected] ROSACI Domenico 0965 875 313 346 2271652 [email protected] RUGGERI Giuseppe 0965 875 339 346 2271721 [email protected] RUSSO Francesco 0965 875 232 346 2271799 [email protected] SARNE' Giuseppe M. L. 0965 875 438 346 2272238 [email protected] SCOPELLITI Francesco 0965 875 237 346 2272345 [email protected] URSINO Domenico 0965 875 235 347 7118918 [email protected] VERSACI Mario 0965 875 279 346 2272776 [email protected] VITETTA Antonino 0965 875 205 346 2272858 [email protected]


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