valeria cardellini

Informatica quantitativa: una scienza che ci guida nello studio e progettazione di sistemi resilienti e spinge per una “cultura della qualità”

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Gli informatici quantitativi sono presenti in molte università italiane e dal 2010 si sono uniti in una ‘comunità’ chiamata InfQ. A Ingegneria “Tor Vergata” vi affluiscono i prof Valeria Cardellini, Vittoria de Nitto Personè, Vincenzo Grassi, Francesco Lo Presti e Francesco Quaglia. Oltre al prof Salvatore Tucci, docens Turris Virgatae.

Nel 2021, dopo che le cronache hanno descritto numerosi episodi di disservizio in sistemi informatici della Pubblica Amministrazione e di aziende private, InfQ ha deciso di avviare una iniziativa di comunicazione pubblica sulla cultura della qualità dei servizi e dei sistemi informatici.

Cosa hanno in comune i disservizi del sito dell’INPS, in occasione di uno dei bonus previsti nel decreto “Cura Italia”, o quelli evidenziati in occasione del cosiddetto Click day per ottenere lo sconto sull’acquisto di biciclette e monopattini, oppure il malfunzionamento di alcuni servizi erogati da Google il 14 dicembre 2020? È possibile fare delle analisi che portino a identificare le cause/motivazioni? Esistono delle ‘lezioni’ che tali eventi insegnano? Si possono identificare delle strategie di progettazione che evitino in futuro l’occorrenza di eventi simili?
Queste sono alcune domande che hanno animato le riflessioni di un gruppo di accademici italiani che fanno parte della comunità di ricerca nazionale di Informatica quantitativa (www.infq.it).

La prof. Vittoria de Nitto Personè, docente di “Performance Modeling of computer systems and networks” nel corso di laurea di Ingegneria Informatica a “Tor Vergata”, che ha partecipato a questo gruppo di lavoro, illustra alcune considerazioni che possono essere fatte a partire dall’analisi di questi ‘fallimenti’.

 

Una caratteristica che accomuna queste applicazioni (o servizi) è la complessità. Tali applicazioni infatti, sono composte da un elevato numero di moduli software e hardware che interagiscono tra di loro per produrre i risultati attesi. A volte, la causa del degrado della qualità dei servizi offerti, o del totale disservizio, è da ricercarsi proprio nelle interazioni tra i vari moduli. Altre volte è un problema di non adeguato dimensionamento del sistema, o anche di sottostima della domanda e di mancanza di opportuni meccanismi per la gestione dei momenti di picco. L’assenza di una diffusa cultura della qualità porta a preferire al metodo scientifico-quantitativo più elementari approcci empirici.

La qualità del servizio percepita dagli utenti è la risultante di caratteristiche diverse, quali ad esempio affidabilità, efficienza, scalabilità, sicurezza, solo per citarne alcune. Queste caratteristiche sono, da sempre le direzioni che ispirano gli studi di informatica quantitativa. La formazione e il mondo della ricerca in questi ambiti, può offrire un contributo importante.

Si tratta proprio di avere un approccio al progetto meno ‘empirico’, più basato su metodologie e modelli per la pianificazione, verifica e controllo della ‘qualità’. Nel nostro corso di laurea in Ingegneria Informatica a “Tor Vergata”, sicuramente la dovuta attenzione c’è.

Il problema, nella sua complessità, ha diversi attori, dal committente al decisore, dal progettista del sistema/servizio al soggetto politico che indirizza le scelte. Purtroppo, la “cultura della qualità” e la progettazione rigorosa di sistemi e servizi non hanno lo spazio che meriterebbero. Al più ci si pone problemi di sicurezza (uno degli attributi di qualità). Su questo aspetto c’è molta attenzione, anche perché i problemi legati alla privacy varcano i confini etici e sono, in un certo senso, di un interesse comune molto più tangibile. Sulla ‘qualità del servizio’ o sui veri e propri ‘disservizi’, che potrebbero anche provocare piccole catastrofi [si veda l’articolo di WIRED di seguito in Rassegna Stampa], molta superficialità e molta meno attenzione.

 

 

 RASSEGNA STAMPA

CINI Smart Cities University Challenge 2017: ingegneria informatica arrivata in finale

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Sono arrivati alla finale. Il team di studenti di Ingegneria Informatica dell’Università di Roma “Tor Vergata” ha partecipato al CINI Smart Cities University Challenge, che da ultimo si è svolta all’Università dell’Aquila, il 23 e 24 aprile, arrivando in finale e presentando la propria soluzione davanti ai partecipanti alla conferenza internazionale ACM/SPEC ICPE 2017 .

Durante la finale, che si è tenuta a L’Aquila nei giorni 23 e 24 aprile, venti studenti provenienti dalle sei università partecipanti alla fase finale hanno dato vita ad un hackaton per l’intera giornata del 23 aprile, al fine di realizzare un sistema integrato, partendo dai sistemi realizzati da ciascun team nelle precedenti fasi della challenge. Il sistema, la cui realizzazione è stata ispirata da una traccia fornita dagli organizzatori, ha riguardato la gestione intelligente di una città italiana in occasione di un evento di interesse nazionale, come la Festa della Repubblica a Roma.

Durante l’evento, i servizi di Smart City hanno avuto il compito di ottimizzare la logistica, gestendo in modo efficiente i mezzi di trasporti pubblici e distribuendo i posti di parcheggio tra gli automobilisti in arrivo nella città. Inoltre, per controllare i flussi di persone, la città è stata suddivisa in zone con diversi livelli di accesso, così da distribuire in modo omogeneo le persone nelle diverse zone di interesse. Per lo svolgimento dei festeggiamenti in modo sostenibile e environment friendly, la Smart City impiega un servizio di ottimizzazione dei consumi energetici legati all’illuminazione cittadina ed un servizio di smaltimento efficiente dei rifiuti.

Una città si definisce intelligente, smart, quando è in grado di sfruttare a proprio vantaggio la grande quantità di dati prodotti ogni giorno all’interno del suo territorio, per ampliare i servizi e migliorare la qualità della vita dei propri cittadini. Le possibilità di sviluppo di nuovi servizi nel contesto delle smart city sono innumerevoli. Ad esempio, le esigenze collettive dei cittadini potrebbero regolare in modo automatico gli orari di apertura delle librerie, differenziare le frequenze dei trasporti pubblici per zone ed eventi di interesse, ottimizzare i consumi di energia elettrica favorendo l’utilizzo delle energie rinnovabili, o individuare le violazioni di proprietà e dei regolamenti.

Per concretizzare l’idea di smart city attraverso le esigenze dei giovani cittadini informatici, l’Università dell’Aquila in collaborazione con il laboratorio nazionale Smart City and Communities del CINI (Consorzio InterUniversitario Nazionale per l’Informatica) ha organizzato quest’anno la prima edizione della competizione nazionale CINI Smart Cities University Challenge tra le diverse università italiane afferenti al laboratorio CINI.
La competizione si è sviluppata in più fasi, ha avuto inizio ad ottobre 2016 e si è conclusa il 24 aprile 2017 all’Aquila, in concomitanza con la conferenza ACM/SPEC ICPE 2017 .
Durante la prima fase, i docenti di alcune università del laboratorio Smart City hanno definito un progetto su uno dei temi individuati dall’organizzazione (mobilità, trasporti, illuminazione pubblica, gestione rifiuti, gestione parcheggi, …) e hanno avviato una hackaton locale per selezionare il gruppo da portare alla sfida nazionale.

Qui a “Tor Vergata”, la sfida locale è stata proposta dalla prof.ssa Valeria Cardellini e dal prof. Francesco Lo Presti, con la collaborazione dell’Ing. Matteo Nardelli, come progetto del corso di Sistemi Distribuiti e Cloud Computing della Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica. Il progetto proposto verteva sulla realizzazione di un sistema di monitoraggio e controllo dell’illuminazione pubblica, con l’obiettivo di ottimizzare il consumo energetico.

La sfida locale ha avuto inizio a gennaio e, nonostante i tempi ristretti, diversi studenti hanno partecipato con entusiasmo alla competizione. Tra questi si sono distinti i tre gruppi composti dagli studenti: Matteo Adriani, Davide Magnanimi, Mattia Ponza e Fabiana Rossi; Ovidiu Daniel Barba, Laura Trivelloni e Emanuele Vannacci; Alessio Moretti e Federico Vagnoni.

Mentre era ancora in corso la sfida locale, l’Università di Roma “Tor Vergata” si è dovuta confrontare il 20 marzo con le altre università nella prima fase di valutazione della competizione CINI. Il nostro ateneo ha presentato una soluzione concettuale che, sebbene valida, ha pagato il confronto con soluzioni già finalizzate che sono state presentate da altre università in gara. Grazie al gioco di squadra da parte degli studenti di Ingegneria Informatica, l’Università di Roma “Tor Vergata” è passata alle fasi finali del CINI Smart City University Challenge 2017, insieme alle squadre delle università dell’Aquila, Milano-Bicocca, Sannio, Parma e Ca’ Foscari di Venezia.

“Il team di Tor Vergata ha integrato la propria soluzione con quelle proposte da altre università – commenta la prof Valeria Cardellini – controllando l’illuminazione pubblica cittadina, l’illuminazione delle aree di parcheggio e delle banchine d’attesa dei mezzi pubblici. I nostri ragazzi non si sono lasciati intimorire dallo svantaggio iniziale ed hanno condotto in modo superlativo le fasi di integrazione della soluzione, ricevendo il punteggio migliore nella seconda e terza fase del challenge ed una menzione di merito da parte degli organizzatori del challenge. Durante la mattina del 24 aprile, i rappresentanti dei sei team hanno presentato in inglese i singoli sistemi realizzati e il sistema integrato ad una platea di più di cento ricercatori in una sessione plenaria della conferenza internazionale ICPE. A seguito delle votazioni finali, la challenge è stata vinta a pari merito dall’Università Bicocca di Milano e dall’Università del Sannio. Per il nostro team è stata un’esperienza davvero stimolante e formativa!”.

I docenti hanno proposto il progetto sul controllo e monitoraggio dell’illuminazione pubblica agli studenti del corso di Sistemi Distribuiti e Cloud Computing e tra i 4 gruppi di studenti che hanno accettato di partecipare al termine della fase locale ne è stato selezionato uno per partecipare alla fase finale a L’Aquila, costituito dagli studenti Adriani, Magnanimi, Ponza e Rossi.

Come funziona il sistema di monitoraggio dell’illuminazione pubblica
Il sistema di monitoraggio dell’illuminazione pubblica sviluppato dal team è in grado di rilevare in tempo reale lo stato di funzionamento dei lampioni, notificando la presenza di lampade guaste o prossime all’esaurimento. Inoltre il sistema è in grado di monitorare il consumo medio dei lampioni, aggregandone statistiche su base temporale (ad esempio, il consumo nelle ultime 24 ore) e spaziale (il consumo di una specifica strada o area urbana). I risultati ottenuti dal sistema di monitoraggio vengono presentati su una dashboard, dove è possibile individuare la percentuale di strade di una città con consumo maggiore rispetto al consumo medio dell’intera città. Per quanto riguarda il controllo dell’illuminazione pubblica, il sistema è in grado di adattare in tempo reale l’intensità luminosa dei lampioni di una città sulla base dell’intensità della luce naturale, degli indici di consumo energetico e del tasso di congestionamento dell’area da illuminare (secondo il livello di traffico o il grado di occupazione di un parcheggio).

I giudici della competizione sono stati i referenti delle Università che hanno partecipato con i loro team:
Università degli Studi dell’Aquila (responsabili: Daniele Di Pompeo e Henry Muccini)
Università di Milano Bicocca (responsabili:Leonardo Mariani e Daniela Micucci)
Università di Parma (responsabili: Francesco  Zanichelli e Michele  Amoretti)
Università di Roma Tor Vergata (responsabili: Francesco Lo Presti e Valeria Cardellini)
Università degli Studi del Sannio (responsabili: Eugenio Zimeo)
Università Ca’ Foscari, Venezia (responsabili: Claudio  Silvestri e Agostino  Cortesi)
Inoltre nella fase finale anche gli studenti partecipanti delle diverse sedi hanno espresso un voto.

Ulteriori dettagli e foto sono disponibili su:
– FB: https://www.facebook.com/events/1407383192646989/ (foto, video, e slide)
– YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=XHNSWy9iIBk&t=30s (discussione informale del 23 Aprile)
– SlideShare: https://www.slideshare.net/henry.muccini/cini-smart-city-university-challenge  (slide finali)

Gli studenti di Ingegneria Informatica di “Tor Vergata” finalisti al Grand Challenge di ACM DEBS 2016

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Da sx a dx: Michele Porretta, Marco Piu, Valeria Cardellini, Matteo Nardelli, Giacomo Marciani

Sono giunti in finale e questa è già la loro vittoria: i tre studenti Giacomo Marciani, Marco Piu e Michele Porretta del primo anno della Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica dell’università di Roma “Tor Vergata”, affiancati da Matteo Nardelli, dottorando in Computer Science, Control and Geoinformation, e dalla prof.ssa Valeria Cardellini, docente del corso di Sistemi Distribuiti e Cloud Computing, hanno guadagnato lo speech finale del Grand Challenge della decima edizione di ACM DEBS 2016 (http://www.ics.uci.edu/~debs2016/call-grand-challenge.html).

Organizzata dall’Association for Computing Machinery (ACM), una delle principali associazioni internazionali con lo scopo di divulgare e favorire la scienza, la ricerca e l’educazione informatica, DEBS è la principale conferenza internazionale che riunisce ogni anno la comunità scientifica che studia i sistemi distribuiti basati su eventi. Negli ultimi anni tali sistemi stanno acquisendo un notevole interesse grazie all’avvento dei Big Data. All’interno della conferenza DEBS, gli organizzatori hanno istituito un “Grand Challenge”, a oggi alla sesta edizione, che invita i ricercatori di università e industrie a risolvere una problematica reale sfruttando le potenzialità dei sistemi distribuiti basati su eventi.

Quest’anno il Grand Challenge ha presentato una sfida che riguarda i social network: l’analisi in tempo reale di una rete sociale in continua evoluzione per determinare la classifica degli utenti e dei post che scatenano la maggior parte di attività sulla rete e identificare le più grandi comunità di utenti coinvolte nella discussione di uno stesso argomento. Questa sfida introduce diverse difficoltà, che spaziano dalla necessità di analizzare efficientemente circa 56 milioni di dati, alla necessità di assecondare le dinamiche delle reti sociali che evolvono nel tempo, fino alla necessità di fornire risposte in tempo reale.

I ragazzi hanno progettato e realizzato una soluzione del Grand Challenge utilizzando un prodotto open source (Apache Flink). I dati reali su cui il gruppo ha lavorato sono stati forniti in modo ‘anonimizzato’ dagli organizzatori del Challenge. “È stata la prima volta che gli studenti del primo anno della magistrale si sono confrontati con la scrittura di quel genere di applicazioni – ha tenuto a sottolineare la prof. Valeria Cardellini -– La soluzione, installata su una macchina virtuale, è stata sottoposta alla valutazione della commissione esaminatrice del Grand Challenge, che ha individuato le soluzioni migliori sulla base delle prestazioni, ossia del tempo necessario per elaborare i 56 milioni di eventi e fornire i risultati richiesti in tempo reale”.

La partecipazione al Grand Challenge di DEBS 2016 è stato proposto dalla prof.ssa Valeria Cardellini come progetto del corso di Sistemi distribuiti e Cloud Computing: “Tutto è cominciato nel dicembre 2015 – racconta la prof. Cardellini – quando ho proposto agli studenti una sfida importante e ‘reale’ per approfondire i temi trattati nel corso. A questo tipo di evento di solito non partecipano studenti, ma essenzialmente gli ‘addetti ai lavori’, ovvero ricercatori di università e aziende che realizzano sistemi distribuiti basati su eventi”.

I ragazzi in questo modo hanno già ottenuto la loro prima pubblicazione scientifica: la loro soluzione sarà pubblicata negli atti del convegno come articolo di quattro pagine. La loro prossima sfida sarà alla fine di giugno a Irvine, in California, quando presenteranno la loro soluzione durante la conferenza finale del progetto.

Nota bene: nell’a.a. 2016/2017 partirà l’indirizzo “Data Science Engineering” all’interno della Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica e formerà, a detta della prof. Cardellini, “i futuri ingegneri informatici in grado di proporre soluzioni innovative, efficaci ed efficienti per conservare, analizzare, filtrare e combinare i Big Data, per estrarre da essi informazioni utili ad aumentare il livello di consapevolezza e la qualità delle decisioni prese”.