RICERCA ITALIANA     

MAIS - Sistemi informativi adattativi multicanale - modelli, metodologia, piattaforma abilitante a oggetti e architetture per sistemi informativi on-line flessibili

Politecnico di Milano

Abstract

La visione tradizionale dei sistemi informativi con utenti connessi a dispositivi con caratteristiche note non sarà più valida nei sistemi informativi degli anni 2010-2020. La tendenza attuale nel mondo delle comunicazioni lascia intravedere la possibilità di un accesso continuo a tutte le fonti di informazione, ovunque ci si trovi, attraverso una molteplicità di terminali d'utente (PC, computer portatili, palmari, telefoni cellulari, TV, ecc.). Inoltre, gli utenti richiedono sempre più una grande varietà di servizi diversi dalle tradizionali comunicazioni vocali: servizi dati di ogni genere, servizi interattivi complessi anche di tipo transazionale come home-banking, e-business, prenotazioni on line, m-commerce, mobile Information System, e simili.
Le reti di telecomunicazione, d'altro canto, sono in una fase di continua evoluzione e diversificazione che coinvolge tutti i tipi di rete, dalle dorsali di trasporto alle reti di accesso, le reti mobili, le reti locali a livello di campus, ufficio, casa dell'utente. Ogni tipologia di rete ha diverse caratteristiche in termini di capacità, affidabilità, qualità del servizio, sicurezza, disponibilità, costi.
L'utente finale, tuttavia, non è interessato ai dettagli tecnici: desidera poter accedere ai servizi richiesti ovunque si trovi e con le prestazioni migliori possibili; ne segue la necessità di progettare reti e servizi altamente flessibili, in grado di sfruttare in modo ottimale le risorse e in grado di offrire diverse classi di qualità del servizio, in modo da poter soddisfare i requisiti delle applicazioni più diverse.
Si rendera' inoltre necessario sviluppare sistemi informativi inter-organizzazione, che condivideranno servizi in rete (e-service) e scambieranno informazioni in modo sistematico. Si rende pertanto necessario studiare problematiche relative a sistemi informativi adattativi multicanale, tenendo conto che l'utente di tali sistemi vorrà conservare o addirittura migliorare le caratteristiche di continuità di operazione e di garanzia di completamento delle transazioni offerte dagli attuali sistemi informativi.

La progettazione e la realizzazione di sistemi informativi adattativi multicanale allo stato dell'arte presentano numerosi problemi oggetto di ricerca fortemente interdisciplinare, nell'ambito delle tecnologie di supporto hardware e software, delle tecnologie di rete e delle metodologie di sviluppo. Gli approcci convenzionali al disegno dell'architettura di sistemi IT sono fondati prevalentemente sui concetti di stratificazione e di incapsulamento/virtualizzazione; in base a questo paradigma, gli strati interni del sistema gestiscono le risorse fisiche (canali di comunicazione, dispositivi di interazione) secondo strategie proprie, e forniscono a livello delle applicazioni (e quindi dei servizi che le applicazioni implementano) la visibilità di funzionalità astratte focalizzate sui cosiddetti "requisiti funzionali". Nei sistemi informativi adattativi multicanale, fortemente distribuiti e caratterizzati da una forte variabilità ed eterogeneità delle piattaforme tecnologiche e dei requisiti utente, questo approccio "classico" si rivela però insufficiente, in quanto è praticamente impossibile identificare e realizzare strategie "built-in" ottimali. I "requisiti non funzionali" (prestazioni, affidabilità, sicurezza, costo, e in generale qualità del servizio) assumono un ruolo sempre più rilevante e la gestione delle risorse del sistema non è più totalmente mascherabile, ma deve essere visibile e controllabile a livello applicativo.

L'obiettivo del progetto MAIS è sviluppare modelli, metodi e strumenti che consentano la realizzazione di sistemi informativi adattativi multicanale, in grado di fornire servizi anche in condizioni di forte variabilità dell'accesso alla rete e dei dispositivi di accesso.

Le problematiche principali che verranno affrontate nel progetto nel suo complesso saranno l'adattatività, che consenta di operare con flessibilita' a fronte di una notevole varieta' di piattaforme tecnologiche e requisiti utente, e la transazionalità, che consenta di operare con adeguate caratteristiche di sicurezza anche in condizioni di guasti o inaccessibilità dei servizi in modo da garantire le operazioni eseguite.

Il paradigma d'interazione tra i sottosistemi nei diversi livelli architetturali considerati sarà quello peer-to-peer. Infatti sia a livello applicativo che a livello di dispositivi di interazione l'approccio peer-to-peer è attualmente quello piu' interessante dal punto di vista della ricerca, poichè consente di utilizzare in modo piu' flessibile tutte le risorse disponibili, superando il paradigma tradizionale client-server.
La ricerca portera' alla realizzazione di una piattaforma abilitante a oggetti per realizzare un sistema informativo distribuito, con forti caratteristiche di adattabilità al contesto. Verra' proposta una architettura di riferimento, basata sulla definizione di vari livelli di repository e di protocolli di comunicazione che garantiscano le suddette caratteristiche e consentano la realizzazione di sistemi informativi adattativi multicanale. Per quanto riguarda i dispositivi terminali verranno studiati architetture scalabili e flessibili a basso consumo di potenza che consentano la realizzazione di funzionalita' di tipo server su dispositivi mobli e di sistemi di trasmissione radio "software radio" e un livello mid-tier che consenta una gestione dei canali e dei servizi di tipo adattativo al contesto. I servizi finali offerti all'utente (e-service)verranno gestiti in modo flessibile tramite la piattaforma, con negoziazione tra le entita' interagenti anche a livello applicativo.

Verranno inoltre studiati gli aspetti metodologici legati allo sviluppo di sistemi informativi multicanale adattativi. L'analisi delle caratteristiche dinamicamente variabili dell'utilizzo dei servizi, della rete e dei dispositivi e' alla base delle informazioni di contesto e dei profili utente necessarie all'adattivita' dei servizi. Tali caratteristiche verranno studiate analizzando i dati di utilizzo dei sistemi, delle reti e dei dispositivi tramite tecnologie di knowledge management.
Verra' definita una metodologia di progettazione di sistemi informativi adattativi multicanale che si fondi sull'uso di concetti e modelli di alto livello, capaci di catturare adattatività e transazionalità delle applicazioni. Le metodologie studiate saranno accompagnate da strumenti per la generazione automatica delle interfacce e per la valutazione dell'usabilita' e dell'accessibilita' dei sistemi. Verra' affrontato anche l'aspetto della valutazione economica, e in particolare costi-benefici, dei servizi forniti in rete a diversi livelli di servizio per diverse tipologie di utenti. Le attività di ricerca proposte porteranno alla realizzazione di un laboratorio MAIS, che vedrà la partecipazione di tutte le unità di ricerca, per lo studio delle tecnologie disponibili, le loro potenzialità di integrazione e lo sviluppo di nuove tecnologie. In tale laboratorio opereranno giovani ricercatori e dottorandi per lo sviluppo di nuove tecnologie per sistemi informativi adattativi e multicanale.

Saranno studiate alcune applicazioni orientate a fornire accesso a e-service anche tramite dispositivi di interazione speciali, quali quelli per disabilità, con riferimento a disabilita' sensoriali, cognitive e di coordinamento motorio. Verra' studiata l'applicabilita' dei risultati del progetto a applicazioni in ambito universitario, quali i servizi agli studenti e al personale tecnico-amministrativo, e la gestione di situazioni di emergenza; in ambito bancario, grazie allo specifico interesse dimostrato dalle imprese partecipanti, verranno studiate le caratteristiche dei sistemi multicanale per la gestione finanziaria. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

BARBARA PERNICI, Politecnico di MILANO

Obiettivo del Finanziamento

Obiettivo del progetto è lo sviluppo di una piattaforma abilitante e di una metodologia e di strumenti di progettazione per la realizzazione di sistemi informativi multicanale, che consenta di comporre dinamicamente e in modo flessibile diversi servizi disponibili, adattando le funzionalità e modalita' di interazione allo stato delle reti, ai dispositivi terminali e alla loro capacità di elaborazione.

Nella Figura viene illustrato l'approccio ai sistemi informativi adattativi proposto nel progetto: il sistema informativo a livello applicativo viene visto come una composizione di e-service, che possono essere anche modificati dinamicamente. Tramite la piattaforma abilitante si vuole consentire l'esecuzione di tali servizi anche su dispositivi terminali, che possono quindi operare come server nel sistema, anche in condizioni di disconnessione dalla rete, con meccanismi di composizione dei servizi distribuiti. Si vuole inoltre garantire un utilizzo di tipo seamless del sistema, che consenta di continuare l'esecuzione di un servizio da un terminale all'altro, adattandosi per quanto possibile alla tipologia del terminale, alle caratteristiche dei canali di comunicazione disponibili; nell'esecuzione dei servizi si vuole inoltre garantire l'esecuzione dei servizi dal lato utente tramite meccanismi di gestione delle transazioni. Lo scopo del progetto e' quello di trattare i problemi di ricerca connessi alla realizzazione di questi obiettivi in modo integrato, basandosi su una conoscenza del contesto in cui operano i servizi che si vogliono fornire a livello applicativo agli utenti e studiando le tecnologie avanzate necessarie alla sua realizzazione.

Il progetto si articola su due tematiche principali strettamente connesse tra loro:

• lo sviluppo di una piattaforma tecnologica di integrazione per la gestione di sistemi informativi distribuiti con forti caratteristiche di interattivita';
  
• lo sviluppo di una metodologia e di strumenti di progettazione di sistemi informativi adattativi multicanale, con particolare attenzione ad aspetti di accessibilità e usabilita' in piattaforme eterogenee.
  

L'architettura di riferimento della piattaforma tecnologica per il progetto viene sintetizzata nella Figura, che delinea gli elementi principali oggetto della ricerca:

• una piattaforma transazionale e di composizione dinamica di e-service: consentira' di definire la logica applicativa del servizio basata anche sulle caratteristiche specifiche dei diversi canali di trasmissione e di gestire transazioni long-running e adattative a più livelli;
  
• un ambiente mid-tier per la gestione di informazioni di contesto: verranno realizzati strumenti di tipo riflessivo per l'analisi dello stato della rete, dei dispositivi e delle applicazioni;
  
• strumenti di knowledge management: verranno studiati metodi e strumenti per l'analisi dei profili utente e dei servizi ai diversi livelli dell'architettura, per fornire e modificare le informazioni di contesto e realizzare le capacità adattative del sistema;
  
• filtri di generazione di interfacce: verranno studiate tecniche per la generazione dinamica dei contenuti sui diversi canali, svincolando il software di gestione dei sistemi informativi dalle dipendenze legate ai linguaggi di resa sui vari dispositivi;
  
• rete adattativa: verranno definite tecniche per la gestione di variazioni di contesto, sia a livello logico che a livello fisico, realizzando reti adattative, con particolare attenzione alle reti wireless radio;
  
• dispositivi di accesso ai servizi: verranno progettati chip per web e microdatabase che consentano di inserire una "intelligenza diffusa" (ambient intelligence) nel sistema e di elaborare i segnali necessari alla realizzazione di dispositivi che si adattano alla rete.
  

Il progetto studierà inoltre modelli, metodi e strumenti di progettazione che consentano l'applicazione della piattaforma tecnologica alla costruzione di sistemi informativi adattativi multicanale. La ricerca è volta a studiare i modelli, i metodi e le tecnologie necessari a garantire un'interazione coerente a processi di business basati su sistemi informativi tramite diversi canali. Verranno considerati in particolare i seguenti aspetti di ricerca:
- lo sviluppo di un quadro metodologico di riferimento;
- la definizione di tecniche e strumenti per la generazione automatica di interfacce applicative, che consentano una programmazione ad alto livello e svincolata dalle caratteristiche fisiche dei dispositivi;
- lo sviluppo di una metodologia per la verifica dell'usabilità delle interfacce, con enfasi sulla coerenza applicativa ottenuta nel collegare servizi eterogenei e sulla verifica dell'accessibilità dei sistemi ad utenti disabili;
- lo studio di modelli, metodi e strumenti per l'analisi del profilo di utilizzo dei sistemi con tecniche di knowledge management e per la valutazione economica dei servizi multicanale.

Diamo ora una sintetica descrizione dei temi di ricerca relativi agli obiettivi elencati.

Il sistema informativo nel suo complesso sarà considerato come un insieme di servizi disponibili in rete, per i quali verranno definiti paradigmi di composizione e configurazione dinamica basati su un approccio peer-to-peer.
Per quanto riguarda la piattaforma tecnologica, pur essendo presenti molte proposte di strumenti di descrizione di servizi, la loro composizione dinamica e utilizzazione su più piattaforme è un problema di ricerca aperto. In particolare, si evidenzia la necessità di definire dinamicamente il comportamento e la composizione di e-service, a seconda delle caratteristiche dei canali utilizzati per l'interazione e della qualità di servizio disponibile sulla rete. E' necessario definire e-service al giusto livello di astrazione, che consenta l'interazione e la composizione, senza fornire dettagli sulla loro esecuzione che possono essere riservati o inessenziali per l'esecuzione complessiva del servizio. Per quanto riguarda il modello di interazione, si porra' particolare attenzione a problematiche di gestione di sessioni di interazione e transazioni nel sistema informativo, che possono anche essere non atomiche e caratterizzate da interruzioni previste e non previste durante l'interazione. Il problema delle transazioni a lungo termine, affrontato in alcuni sistemi di workflow, e' ancora oggetto di ricerca, in quanto e' necessario consentire l'attivazione automatica di meccanismi di compensazione e recovery anche per transazioni che non hanno caratteristiche forti di atomicita' e isolamento. La caratteristiche di non trasparenza a livello di e-service del canale e del dispositivo terminale utilizzato pongono nuovi problemi per quanto riguarda la negoziazione dei servizi, che non potra' limitarsi alla definizione delle funzionalita' da fornire, ma dovra' tener conto dello stato della rete e dei dispositivi stessi. Verranno studiati protocolli di interazione tra e-service che consentano di negoziare le caratteristiche del servizio anche sulla base delle caratteristiche della rete e dei dispositivi disponibili. Tali caratteristiche saranno rese visibili a livello applicativo tramite il modello astratto del contesto in cui viene eseguito il servizio.

Numerosi problemi di ricerca sono aperti a livello di mid-tier. L'esigenza e' quella di creare un ambiente in grado di acquisire dinamicamente le informazioni di contesto utili per l'esecuzione degli e-service. L'approccio proposto nel progetto e' l'impiego di tecniche di tipo riflessivo, che, sulla base di metaclassi definite per la descrizione dei diversi aspetti del sistema ai vari livelli, e-service, rete, dispositivo, siano in grado di aggiornare dinamicamente le informazioni di contesto. Il progetto propone strumenti innovativi per valutare le informazioni di contesto, applicativo e tecnologico, che consentano di modificare la struttura della rete stessa in modo adattativo per fornire un servizio ottimale ai diversi servizi applicativi. Verranno studiati protocolli e meccanismi di replicazione mid-tier che consentano di esporre verso il livello e-service qualita' di servizio superiori a quelle direttamente fornite dalla piattaforma tecnologica di back-end, in termini di affidabilita' e disponibilita' anche in presenza di malfunzionamenti.

La adattatività a livello di rete sarà studiata sia a livello fisico che a livello di collegamento dati, studiando in particolare aspetti innovativi per reti radio. Verranno innanzitutto definite le caratteristiche delle reti gia' disponibili per consentire la valutazione delle diverse tipologie di rete dal punto di vista applicativo in sistemi informativi adattativi multicanale. Il problema di ricerca aperto per quanto riguarda l'adattivita' a livello di rete e' quello di fornire all'utente un canale radio il piu' possibile affidabile senza soluzioni di continuita', cosentendo quindi un'ampia liberta' di movimento. A livello di collegamento dati verranno studiare tecniche per sfruttare in modo ottimale le risorse di banda disponibili, a fronte delle richieste di servizio provenienti dal livello e-service e delle diverse caratteristiche dello strato fisico, della qualita' del canale e alla tipologia di rete wireless soprastante. Si studieranno inoltre protocolli che consentano l'handover orizzontale e verticale, rispettivamente, fra elementi appartenenti alla stessa rete e a reti wireless distinte (ad esempio da una wireless LAN a un sistema cellulare mobile UMTS). A livello fisico, si studieranno caratteristiche innovative per terminali ricetrasmittenti flessibili e riconfigurabili. L'obiettivo e' quello di ottenere terminali configurabili via software, seguendo il concetto di "software radio". Verranno studiati sistemi adattativi che consentano di variare il rate di codifica dei segnali a seconda delle caratteristiche fisiche della rete, sviluppando algoritmi di sincronizzazione e ricercando soluzioni al problema della equalizzazione. Verranno studiate le caratteristiche dei terminali ricetrasmittenti necessarie a supportare tali elaborazioni dal punto di vista dell'elaborazione del segnale.

A livello di dispositivi di accesso, le limitazioni attuali sono dovute a una limitata capacità di elaborazione e a limitate funzionalità per la gestione dei dati all'interno dei dispositivi di accesso mobili. La ricerca sarà volta a studiare architetture che consentano un maggior livello di servizio sul dispositivo di accesso. In particolare si studieranno architetture a microprocessore parallele a basso consumo di potenza per web e microdatabase. Le architetture a microprocessore potranno essere inoltre riconfigurabili dinamicamente per consentire le elaborazioni dei segnali nei terminali riconfigurabili per consentire l'adattivita' di rete via software. Si studieranno quindi tramite simulazioni le potenzialita' effettive delle piattaforme a disposizione, con l'obiettivo di proporre una architettura ideale di processore adegata alle specifiche di applicazioni web-based in un modello di rete P2P. Verra' quindi studiata la scalabilita' dell'architettura proposta.

Dal punto di vista metodologico, si studierà il problema della progettazione dei servizi forniti da sistemi informativi inter-organizzazione e della loro erogazione su piu' canali di accesso, modificabile in modo dinamico secondo informazioni di contesto relative allo stato della piattaforma disponibile e al tipo di servizio richiesto. Si studierà la relazione tra canali operativi e i relativi modelli di business e canali di accesso caratterizzati da aspetti tecnologici. In tale ottica si esamineranno anche le problematiche relative alla condivisione di infrastrutture da parte di più organizzazioni. Si studieranno aspetti relativi all'usabilità di servizi su sistemi informativi multicanale. I problemi aperti riguardano l'estrazione di informazioni dai servizi gia' disponibili, in un'ottica di integrabilita' dei servizi, e la loro presentazione su dispositivi con caratteristiche molto diverse tra loro, sia per tipologia di interfaccia, sia per navigabilita'. L'approccio del tipo progettazione universale ai sistemi che prevede una prima fase integrata si contrappone ad altri approcci che scelgono di separare le attivita' di progettazione sin dalle prima fasi qualora le caratteristiche dei canali e dei dispositivi terminali siano molto diverse tra loro. Nel progetto si studieranno un approccio metodologico e strumenti di generazione di interfacce e se ne valuteranno l'efficacia e l'usabilita' e accessibilita'. Da un punto di vista metodologico, si studieranno inoltre l'impatto delle scelte di tariffazione in base alla qualità del servizio erogato, con valutazioni costi-benefici.
Uno dei problemi aperti nella ricerca e' quello dell'analisi dei profili degli utenti che utilizzano i sistemi multicanale, studiando in particolare le interazioni degli utenti per l'utilizzo dei servizi su diversi canali. Le informazioni di contesto sull'uso dei servizi, canali e dispositivi verranno elaborate tramite sistemi di knowledge management sulla base degli strumenti definiti e per definire nuove informazioni di contesto e dunque le caratteristiche e i metodi per ottenere l'adattatività del sistema, relative alle modalita' di utilizzo dei diversi utenti.

I principali risultati del progetto saranno:
- una piattaforma abilitante per la realizzazione di sistemi informativi adattativi transazionali;
- architetture scalabili flessibili per fornire servizi web su dispositivi di accesso mobili;
- un modello funzionale, architetturale e di rappresentazione del contesto per lo sviluppo di sistemi informativi multicanale adattativi;
- una metodologia di progettazione di sistemi informativi adattativi multicanale;
- strumenti per il supporto alla progettazione,al monitoraggio e alla valutazione dell'usabilità.

Le unita' di ricerca universitarie partecipanti al progetto e il CEFRIEL hanno l'obiettivo di sviluppare ricerca di base nei propri settori di competenza in un'ottica interdisciplinare. La progettazione quindi e gli ambienti di sviluppo non potranno essere limitati a uno specifico interesse disciplinare, ma dovranno prendere in considerazione informazioni di contesto e parametri di negoziazione tipici di diversi settori disciplinari. Le unita' industriali partecipanti alla ricerca avranno invece un ruolo specifico di supporto alla ricerca stessa. La Stmicroelectronics consentira' di realizzare prototipi dei dispositivi hardware progettati nell'ambito della collaborazione con le unita' universitarie, l'Engineering consentira' di realizzare prototipi di strumenti di interazione multicanale adattativa per uno specifico dominio applicativo, in un'ottica di trasferimento dei risultati della ricerca alla conclusione del progetto.

Il progetto consentira' alle unita' universitarie partecipanti di dotarsi di strumenti di laboratorio per la sperimentazione di sistemi informativi multicanale. Verranno acquisiti dispositivi hardware e software in un'ottica di sperimentazione integrata, come dettagliato nella successiva descrizione della ricerca.

I test bed su cui si baseranno le dimostrazioni dei prototipi e sui quali verranno sperimentati i modelli e le metodologie saranno orientati in linea di massima allo studio dell'applicabilita' dei risultati della ricerca nei seguenti domini:

• per l'ambiente universitario:
  • per gli studenti: informazioni didattiche, su esami, iscrizioni, pagamento tasse, helpdesk;
    
  • per l'amministrazione "mobile office multicanale";
• per la gestione di situazioni di emergenza (disaster recovery);
  
• per sistemi informativi bancari.
  

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Durata

36 mesi