ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA INFORMATICA
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Introduzione
Il nuovo modello di città evoluta, o Smart City, si propone come esempio di
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"Infrastruttura di supporto a servizi partecipativi per dispositivi mobili in scenari Smart City" - Tesi di laurea di Andrea Altobelli, correlatore dr. Nicola Mezzetti, relatore prof. Antonio Corradi

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Smart City E-R

  1. 1. ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA FACOLTA’ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA INFORMATICA Dipartimento di Informatica — Scienza e Ingegneria TESI DI LAUREA in Reti di calcolatori Infrastruttura di supporto a servizi partecipativi per dispositivi mobili in scenari Smart City CANDIDATO RELATORE: Altobelli Andrea Chiar.mo Prof. Ing. Antonio Corradi CORRELATORE/CORRELATORI Dott. Nicola Mezzetti Ing. Luca Foschini Anno Accademico 2011/2012 Sessione III
  2. 2. Introduzione Il nuovo modello di città evoluta, o Smart City, si propone come esempio di sviluppo a tendere per le metropoli del futuro per affrontare e coniugare le sfide della crescita economica, della sostenibilità ambientale e sociale, dell’innovazione tecnologica e scientifica. Oltre a principi quali lo sviluppo delle infrastrutture ICT e della mobilità, l’economia della conoscenza, l’elevata qualità della vita e l’efficienza energetica, un aspetto fondamentale della Smart City è rappresentato dalla strategia di governance trasparente, aperta e inclusiva, che stimola la partecipazione dei cittadini trasformandoli da attori passivi a protagonisti e fautori delle dinamiche di sviluppo urbano. Le tecnologie ICT rappresentano importanti strumenti per l’incentivazione della partecipazione dei cittadini, e combinate ai principi dell’open data danno luogo a servizi partecipativi di nuova generazione per favorire la collaborazione e il coordinamento diretto tra gli individui stessi, nella direzione del modello di cittadino intelligente della Smart City. I dispositivi mobili, quali smarphone e tablet, rappresentano un potente strumento a supporto dei servizi partecipativi, fornendi una connettività ubiqua e pervasiva permettendo la fruizione dei servizi in ogni luogo e in ogni momento. Questi dispositivi sono anche dotati di una vasta gamma di sensori integrati, da sistemi di posizionamento a microfono, accelerometro, fotocamera, giroscopio, che permettono la rilevazione dello stato dell’utente e dell’ambiente circostante, trasformando gli utenti in una enorme rete pervasiva di rilevazione dispiegata su tutto il territorio urbano. La combinazione sinergica del filone del mobile sensing con la componente partecipativa che caratterizza la Smart City rappresenta un elemento di forte innovatività con molteplici ambiti d’applicazione, che possono andare dalla raccolta dei dati per la costruzione di indicatori ambientali a sistemi di segnalazione delle criticità del territorio. Uno degli scenari di maggiore interesse e che prenderemo come riferimento è quello della sicurezza e del soccorso in situazioni di emergenza, in cui la collaborazione e il coordinamento tra gli individui della comunità possono dare un contributo decisivo nelle operazioni di soccorso. La criticità dello scenario richiede la presenza di una piattaforma che supporti in modo adeguato l’interazione e il coordinamento tra gli utenti. Ci poniamo quindi l’obiettivo di realizzare un’infrastruttura di supporto a servizi partecipativi per dispositivi mobili, capace di
  3. 3. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   4 raccogliere le informazioni provenienti dagli utenti per attuare processi partecipativi che coinvolgano non solo gli organi delle amministrazioni pubbliche ma anche e soprattutto gli altri cittadini, proponendosi come piattaforma di promozione dell’interazione e della collaborazione degli individui all’interno della comunità. Pur prendendo inizialmente come riferimento lo scenario dell’emergency, il nostro obiettivo è ottenere una soluzione generale applicabile ad un qualsiasi scenario partecipativo. A tal fine procederemo dapprima, nel corso del Capitolo 1, a enunciare i principi che caratterizzano il modello Smart City, ponendo particolare attenzione sull’aspetto partecipativo e analizzando alcuni esempi di servizi ritenuti particolarmente significativi. In seguito, nel Capitolo 2 esamineremo lo scenario dei dispositivi mobili, in quanto caratterizzato da elementi peculiari legati alla mobilità degli utenti e alla natura wireless della comunicazione. Nel Capitolo 3 entreremo nel merito delle piattaforme e dei sistemi operativi più diffusi nello scenario dei dispositivi mobili, ponendo particolare attenzione sulla piattaforma Android, che oltre ad ampio supporto ai sensori e ad una elevata diffusione nel mercato offre importanti caratteristiche di apertura e portabilità. Il Capitolo 4 sarà invece improntato al confronto delle piattaforme indirizzate all’ambito delle applicazioni enterprise, particolari classi di applicazioni destinati ad ambiti aziendali che devono affrontare particolari sfide di scalabilità e interoperabilità e garantire al tempo stesso numerosi servizi e funzionalità di supporto. In particolare, scenderemo nel dettaglio del framework Spring, caratterizzato da un approccio a container leggero e un approccio particolarmente flessibile per lo sviluppo delle applicazioni. Nel Capitolo 5 entreremo nel cuore della trattazione descrivendo nel dettaglio l’architettura e le funzionalità dell’infrastruttura di supporto che abbiamo realizzato. Infine, il Capitolo 6 sarà orientato allo sviluppo di un caso concreto di applicazione, basata sull’infrastruttura di supporto del capitolo precedente, all’interno dello scenario dell’emergency. Questo ci permetterà di valutare l’impatto dell’infrastruttura sia in merito al processo di sviluppo dei servizi partecipativi, sia per quanto riguarda le prestazioni e gli eventuali colli di bottiglia che caratterizzano il sistema.
  4. 4. Indice Introduzione........................................................................................1   Indice……… ......................................................................................5   1 -   Smart City e servizi partecipativi ...............................................9   1.1 -   Definizione di Smart City................................................................... 11   1.2 -   Smart City e Digital City.................................................................... 13   1.3 -   Infrastruttura tecnologica.................................................................... 14   1.3.1   Internet of Things........................................................................... 14   1.3.2   Cloud Computing........................................................................... 15   1.4 -   Servizi partecipativi............................................................................ 16   1.4.1   Dall’e-government alla governance............................................... 17   1.4.2   Open government........................................................................... 19   1.4.3   Il ruolo dei dispositivi mobili......................................................... 21   1.4.4   Esempi di servizi partecipativi....................................................... 22   1.5 -   Conclusioni......................................................................................... 25   2 -   Sistemi mobili e mobile sensing...............................................27   2.1 -   Generalità............................................................................................ 29   2.1.1   Servizi e applicazioni mobile......................................................... 29   2.1.2   L’ambiente mobile......................................................................... 30   2.1.3   Mobilità.......................................................................................... 31  
  5. 5. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   6 2.2 -   Comunicazione wireless..................................................................... 31   2.2.1   Reti cellulari................................................................................... 32   2.2.2   Wireless LAN................................................................................ 34   2.2.3   Wireless MAN............................................................................... 35   2.2.4   Personal Area Network.................................................................. 35   2.2.5   Confronto....................................................................................... 36   2.3 -   Mobile messaging .............................................................................. 37   2.3.1   Concetti generali............................................................................ 37   2.3.2   Java Message Service .................................................................... 42   2.3.3   XMPP ............................................................................................ 44   2.3.4   Web Services ................................................................................. 45   2.3.5   Il Web e REST............................................................................... 48   2.4 -   Mobile sensing ................................................................................... 52   2.4.1   Sensori ........................................................................................... 53   2.4.2   Scale di sensing.............................................................................. 56   2.4.3   Paradigmi di sensing...................................................................... 57   2.4.4   Architetture di sensing................................................................... 58   2.4.5   Location Awareness....................................................................... 63   2.5 -   Conclusioni......................................................................................... 67   3 -   Piattaforme per dispositivi mobili............................................69   3.1 -   Piattaforme software........................................................................... 70   3.1.1   Java ME ......................................................................................... 71   3.1.2   Symbian OS................................................................................... 73   3.1.3   iOS................................................................................................. 74   3.1.4   Windows Mobile & Windows 8.................................................... 76   3.1.5   Flash Lite ....................................................................................... 78   3.1.6   Android.......................................................................................... 79   3.1.7   Confronto....................................................................................... 81   3.2 -   La piattaforma Android...................................................................... 83   3.2.1   Caratteristiche................................................................................ 84  
  6. 6. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   7 3.2.2   Principi applicativi......................................................................... 86   3.2.3   Posizione e sensori......................................................................... 97   3.3 -   Conclusioni....................................................................................... 109   4 -   Piattaforme per applicazioni enterprise ..................................111   4.1 -   Generalità.......................................................................................... 113   4.1.1   Evoluzione delle applicazioni enterprise ..................................... 113   4.1.2   Il modello three-tier ..................................................................... 115   4.1.3   Componenti e container ............................................................... 116   4.2 -   Piattaforme enterprise....................................................................... 117   4.2.1   Microsoft .NET............................................................................ 118   4.2.2   Java Enterprise Edition ................................................................ 121   4.2.3   Spring........................................................................................... 125   4.2.4   Confronto ..................................................................................... 130   4.3 -   Il framework Spring.......................................................................... 132   4.3.1   Container e IoC............................................................................ 132   4.3.2   AOP in Spring.............................................................................. 147   4.3.3   Livello dei dati ............................................................................. 159   4.3.4   Spring MVC................................................................................. 167   4.4 -   Conclusioni....................................................................................... 182   5 -   Infrastruttura di supporto a servizi partecipativi.....................185   5.1 -   Scenario di riferimento ..................................................................... 186   5.1.1   Esempi di servizi.......................................................................... 186   5.1.2   Elementi comuni .......................................................................... 188   5.1.3   La piattaforma.............................................................................. 191   5.1.4   Obiettivi ....................................................................................... 192   5.2 -   Il sistema complessivo...................................................................... 194   5.2.1   Funzionalità generali.................................................................... 194   5.2.2   Architettura .................................................................................. 196   5.3 -   Client ................................................................................................ 198   5.3.1   Sensing......................................................................................... 199  
  7. 7. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   8 5.3.2   Architettura.................................................................................. 200   5.3.3   SensorClient e ContextClient ...................................................... 202   5.3.4   SensingController e ContextController ....................................... 206   5.3.5   FeatureExtractor .......................................................................... 207   5.3.6   UploadController......................................................................... 208   5.3.7   Cycle Optimization e Low Battery Mode.................................... 209   5.3.8   LocalRepository........................................................................... 212   5.3.9   Configurazione degli intent ......................................................... 212   5.4 -   Server................................................................................................ 215   5.4.1   Presentation Layer ....................................................................... 217   5.4.2   Business Layer............................................................................. 219   5.4.3   PersistenceLayer.......................................................................... 231   5.5 -   Conclusioni....................................................................................... 232   6 -   Il caso di Emergency Alert.....................................................233   6.1 -   Caratteristiche del servizio............................................................... 234   6.1.1   Tipi di Alert ................................................................................. 235   6.1.2   Sensing......................................................................................... 236   6.2 -   Implementazione .............................................................................. 237   6.2.1   Alert............................................................................................. 238   6.2.2   Client............................................................................................ 239   6.2.3   Server........................................................................................... 255   6.3 -   Risultati sperimentali........................................................................ 265   6.3.1   Client............................................................................................ 265   6.3.2   Server........................................................................................... 268   6.4 -   Conclusioni....................................................................................... 270   Conclusioni….................................................................................273   Bibliografia.....................................................................................275  
  8. 8. 1 - Smart City e servizi partecipativi Fin dagli albori della civiltà umana, e con l’abbandono delle abitudini nomadi, l’uomo ha cominciato a strutturare la sua vita all’interno di comunità, organizzate secondo ben precise regole sociali e urbanistiche. La disponibilità di risorse naturali, come fiumi o pianure agricole, o la predisposizione all’attività artigianale e commerciale, erano le forze trainanti che spingevano le comunità a insediarsi in un territorio piuttosto che in un altro. Con il passare dei secoli i processi di civilizzazione e urbanizzazione hanno portato allo sviluppo di centri urbani sempre più complessi ed evoluti: partendo dai primi centri rurali, passando per le polis greche e i comuni rinascimentali, per giungere, attraverso la crescita vertiginosa portata delle rivoluzioni industriali, alle metropoli e megalopoli odierne, caratterizzate da milioni di abitanti e estensioni nell’ordine di migliaia di kilometri. Basti pensare che se nel 1800 la percentuale di popolazione mondiale che viveva in città si aggirava intorno al 2%, già nel 1950 era salita al 30%. Nel 2011 il resoconto delle Nazioni Unite sull’urbanizzazione rileva una percentuale di oltre il 50% della popolazione residente nei centri urbani, corrispondente a 3,3 Mld di persone, e stima che salirà al 60% entro il 2013. Il 10% dell’intera popolazione urbana, inoltre, è concentrato in 21 megalopoli, ognuna con oltre 10 milioni di abitanti, e nel 2015 saranno ben 60 città a superare gli 8 milioni [ONU11]. La storia evidenzia come l’organizzazione in centri urbani costituisca un modello di successo per la vita sociale dell’uomo. I benefici sono molteplici: un migliore utilizzo delle risorse naturali, la specializzazione delle attività dei cittadini, l’incentivazione dello sviluppo economico e culturale, costituendo la città uno snodo per commerci e finanza e il fulcro dell’accrescimento e dello scambio della conoscenza. Allo stesso tempo però con l’aumentare della dimensione e della densità dei centri urbani, è necessario realizzare sistemi sempre più complessi per gestire
  9. 9. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   10 l’approvvigionamento di cibo, energia e acqua, il traffico urbano, i servizi amministrativi, i rifiuti, la popolazione stessa e così via. Non a caso nell’immaginario comune il concetto di metropoli è spesso associato a un ambiente affollato, caotico, frenetico, trafficato, inquinato e a volte anche pericoloso. Dati alla mano, il 45% del consumo energetico mondiale e il 50% dell’inquinamento atmosferico provengono dai centri urbani [CAR12]. In questo quadro il concetto di “Smart City”, e in particolare l’aggettivo “Smart”, si riferisce alla soluzione delle problematiche legate agli agglomerati urbani attraverso soluzioni efficienti e, per l'appunto, intelligenti, permettendo quindi alle moderne città di crescere attraverso il miglioramento quantitativo e qualitativo della produttività. Requisito fondamentale per raggiungere tale obiettivo consiste nel potenziamento e nell’utilizzo dell’infrastruttura ICT per l’orchestrazione e l’armonizzazione delle dinamiche urbane. È importante considerare che le prestazioni urbane, oggigiorno, non dipendono esclusivamente dalle infrastrutture materiali della città (il cosiddetto “capitale fisico”), ma anche, e sempre di più, dalla disponibilità e dalla qualità dell’infrastruttura sociale e di comunicazione delle conoscenze, ciò che è denominato “capitale sociale e umano”, e che costituisce una componente altrettanto determinante per la competitività urbana. In questo contesto il concetto di “città intelligente” è stato introdotto come strumento strategico per comprendere i moderni fattori produttivi in un quadro comune e, in particolare, per sottolineare l’importanza che le Tecnologie dell’Informazione e della Comunicazione (ICT) hanno avuto negli ultimi 20 anni per migliorare il profilo competitivo della città, in tutti i suoi aspetti. Vedremo, infatti, che la Smart City coinvolge molteplici aspetti, sia economici che sociali, sia tecnologici che umani, in una visione completa e integrata orientata allo sviluppo e alla creazione di competitività in maniera sostenibile, ed in cui le ICT rappresentano uno strumento per migliorare la qualità della vita dei cittadini in tutti i suoi aspetti. La “smartness” di una città è data, oltre che dalle infrastrutture tecnologiche e dall’economia, da un’impronta ambientale ecologica, da una popolazione consapevole e partecipe nella vita pubblica, da un sistema di trasporti innovativo, da un contesto vivibile e culturale, ed infine da un modello gestionale dinamico, aperto e collaborativo che sappia utilizzare al meglio le risorse della città per sostenere le sfide del futuro. I cittadini della Smart City, individui non solo istruiti, ma anche creativi, dinamici, digitalizzati e responsabilizzati, ne rappresentano la spina dorsale, sia nel ruolo di oggetti che di soggetti del processo di sviluppo urbano. Per interpretare al meglio la visione della Smart City, ed evitare di trasformarla in una corsa cieca al dispiegamento di infrastrutture ad alta tecnologia, la partecipazione civica e l’intelligenza collettiva sono risorse indispensabili che devono essere opportunamente valorizzate. I servizi di tipo partecipativo rappresentano una risposta a questa necessità, costituendo al tempo stesso un punto d’incontro tra il cittadino e l’amministrazione e un perno di coesione sociale per la comunità stessa. Non solo, in una Smart City connessa, che abilita l’accesso ubiquo a Internet e dove le persone interagiscono liberamente attraverso i social network, la connettività rappresenta un dono incredibile per gli individui, che aumenta il loro potere come agenti del
  10. 10. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   11 cambiamento e li aiuta a coordinarsi in modo intelligente per cogliere le sfide collettive del futuro. Nel corso della trattazione procederemo quindi a delineare il concetto di Smart City in tutte le sue sfaccettature, riportando inoltre esempi concreti utili a comprendere un’immagine che risulta spesso vaga e retorica. Dopodiché, ci soffermeremo sull’aspetto partecipativo che la contraddistingue, e sugli strumenti offerti dalle ICT che permettono di concretizzare questo modello. 1.1 - Definizione di Smart City Negli ultimi anni il concetto di Smart City è stato molto in voga sia all’interno dell’ambiente politico che di quello ICT, e troviamo in letteratura diverse versioni della definizione di Smart City, spesso non tutte congruenti tra loro. Gli autori di [SUL11], ad esempio, danno una descrizione del concetto di Smart City prevalentemente improntata sull’ICT, definendola come il risultato dell’applicazione delle tecnologie di nuova generazione alla vita di tutti i giorni, integrando sensori e dispositivi in ospedali, rete energetica, strade, edifici etc. Altri studi invece, come quello degli autori di [GLA06], mettono in risalto la relazione tra la crescita urbana e il suo capitale umano. Altre volte invece il termine Smart City è usato, anziché secondo un approccio olistico per descrivere una città con certe caratteristiche, per etichettare un particolare aspetto in cui una città eccelle, che può variare dall’afferenza a un particolare distretto IT all’educazione dei cittadini. Il termine viene così usato nel campo economico con riferimento all’industria “intelligente”, specialmente se si tratta di distretti tecnologici, oppure per porre l’accento sul grado d’istruzione dei suoi abitanti, con riferimento al rapporto tra i dipartimenti amministrativi e i cittadini, per indicare l’utilizzo delle moderne tecnologie nella vita urbana di tutti i giorni, o ancora per l’elevata sostenibilità energetica e ambientale. Per fare ordine in questo scenario così variegato possiamo fare riferimento a un progetto condotto dal Centro di Scienza Regionale di Vienna [GIF07] che ha esplorato le diverse interpretazioni individuando sei dimensioni principali, riassunte in Figura 1, secondo cui misurare il grado di sviluppo delle cosiddette Smart City: economia, mobilità, ambiente, cittadini, qualità della vita e amministrazione. La “Smart Economy” include fattori riguardanti tutte le sfere della competitività come innovazione, imprenditorialità, marchi, produttività e flessibilità del mercato del lavoro così come l’integrazione con il mercato nazionale e internazionale. La Smart City rappresenta un ambiente fortemente competitivo e la sua economia è basata su settori tecnologici all’avanguardia. Per “Smart People” non s’intende solo il livello di qualifica e d’istruzione dei cittadini, ma anche la qualità delle interazioni sociali sotto gli aspetti dell’integrazione e della vita pubblica, l’apertura verso l’ambiente esterno, una ritrovata consapevolezza e partecipazione nella vita pubblica, la pacifica convivenza tra le diverse comunità. Gli abitanti della città intelligente sono responsabilizzati e partecipi, e la Smart City riconosce loro un ruolo di primo piano. La “Smart Governance” comprende sia aspetti riguardanti la partecipazione politica e i servizi per il cittadino, sia il funzionamento e l’efficienza dell’amministrazione pubblica, nonché la presenza di un orizzonte amministrativo e strategico a lungo
  11. 11. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   12 termine che guidi in modo intelligente le politiche di sviluppo a breve termine. “Smart Mobility” significa un sistema di trasporto pubblico sostenibile e moderno, con soluzioni avanzate di mobility management per una migliore vivibilità, info-mobilità per gestire gli spostamenti dei cittadini, così come la disponibilità di un’infrastruttura tecnologica di Informazione e Telecomunicazione. Lo “Smart Enviroment” è rappresentato dalla riduzione delle emissioni attraverso l’ottimizzazione del traffico e delle emissioni industriali, la promozione dello sviluppo sostenibile aumentando la raccolta differenziata e riducendo l’ammontare dei rifiuti, la gestione efficiente delle risorse e la tutela del verde urbano, nonché il recupero delle aree dismesse. Lo “Smart Living”, infine, racchiude vari aspetti della qualità della vita come cultura, salute, sicurezza, abitabilità, turismo, e fa riferimento in generale alla vivibilità della città. La Smart City costituisce un ambiente culturalmente attivo e stimolante, che promuove ad esempio la propria immagine turistica e valorizza la sua storia e identità tramite strumenti tecnologici e innovativi, rendendo il proprio patrimonio culturale accessibile in rete e creando percorsi e mappe tematiche della città. Figura 1 - Dimensioni di valutazione di una Smart City In conformità a questi principi, gli autori di [CAR09] hanno formulato una definizione largamente accettata e diffusa, definendo una città “intelligente” quando “gli investimenti in capitale, umano e sociale, e nell’infrastruttura di comunicazione, tradizionale (trasporti) e moderna (ICT), alimentano una crescita economica sostenibile e un’elevata qualità della vita, con un’efficiente gestione delle risorse naturali e attraverso un’amministrazione partecipata”.
  12. 12. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   13 Tale definizione mostra sì l’importanza dello sviluppo dell’infrastruttura ICT e della crescita economica, ma evidenzia anche e soprattutto il ruolo del capitale umano e sociale, mirando a ottenere il coinvolgimento collettivo dei cittadini nei servizi pubblici e affiancandovi il requisito di sostenibilità dello sviluppo urbano. La Smart City rappresenta quindi un concetto complesso che raccoglie in modo organico molteplici fattori interdipendenti, oltrepassando i soli aspetti tecnologici ed economici e distinguendosi dal mero stereotipo della città digitale. 1.2 - Smart City e Digital City Come già accennato, spesso si commette l’errore di ridurre il concetto di Smart City a quello di una città con una solida ed evoluta infrastruttura ICT mentre, come abbiamo evidenziato, la definizione più accettata è ben più ampia e coinvolge congiuntamente capitale fisico, sociale e intellettuale. Ebbene questa è la sostanziale differenza che intercorre tra i concetti di Smart City e Digital City. Come spiegano gli autori di [ISH00], infatti, il concetto di Digital City fa riferimento a una comunità urbana connessa che combina un’infrastruttura di comunicazione a banda larga, un’infrastruttura di elaborazione di tipo service-oriented basata su standard industriali aperti, e una gamma di servizi volti a soddisfare le necessità dell’amministrazione e dei suoi impiegati, cittadini, e imprese. Altro requisito fondamentale della Digital City è la presenza di un’infrastruttura wireless capillare e su larga scala che si appoggia alla rete cablata a banda larga. La Digital City è inoltre dotata, secondo gli autori di [SUL11], di un’estesa rete di sensori disseminata negli spazi urbani, e fa riferimento a una serie di tecnologie d’informazione di localizzazione come il Sistema di Posizionamento Globale (Global Positioning System, GPS) e il Sistema Informativo Geografico (Geographic Information System, GIS), cioè un sistema in grado di catturare, immagazzinare, manipolare, analizzare, gestire e rappresentare dati di tipo geografico. Storicamente, a seguito del fenomeno di liberalizzazione del settore delle telecomunicazioni e la crescita dei servizi Internet che ha contraddistinto gli anni ’90, il concetto di città digitale è stato associato principalmente alle opere di cablaggio delle zone urbane con le infrastrutture di rete, processo che si è sviluppato di pari passo al proliferare dei ripetitori di telefonia mobile e Wi-Fi, e alla realizzazione da parte dei comuni delle reti civiche, le prime iniziative telematiche promosse dalle pubbliche amministrazioni. La Smart City invece, come evidenziato dagli autori di [MOS01], è il risultato della combinazione della Digital City con una “società della conoscenza”, in cui sono valorizzati il sapere e la creatività, e il capitale sociale e umano sono considerati come la risorsa più preziosa. Ancora, secondo Kominos e Sefertzi [KOM09], la Smart City sviluppa sulla base della Digital City un’infrastruttura di servizi intelligenti per trasformare la vita dei cittadini in modo significativo e fondamentale, piuttosto che incrementale. Secondo gli autori di [CHE11], inoltre, la Smart City enfatizza, rispetto alla Digital City, la sostenibilità e l’armoniosità dello sviluppo urbano, e realizza un livello più alto dei servizi amministrativi attraverso la gestione intelligente dei processi, l’interconnessione continua dei servizi e la partecipazione dei cittadini.
  13. 13. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   14 In conclusione, come evidenziato da [KOM02], se tutte le Smart City sono anche Digital City, non è vero il contrario: l’abilità della Digital City è nell’erogazione di servizi tramite la comunicazione digitale, la Smart City è invece caratterizzata da una capacità di problem solving e usa quindi le tecnologie d’informazione per trasformare la vita dei cittadini. Ad esempio, un’amministrazione cittadina che offre via rete dei servizi prima disponibili offline rappresenta un tipico caso di Digital City, mentre un’organizzazione/ente che crea un nuovo servizio usando uno spazio digitale di consultazione e collaborazione online tra i cittadini incarna gli ideali della Smart City, in quanto coinvolge i cittadini per contribuire allo sviluppo della comunità sfruttando l’intelligenza collettiva. Procediamo quindi a descrivere più in dettaglio quali sono le caratteristiche che la contraddistinguono. 1.3 - Infrastruttura tecnologica Seppure non ne costituisca l’unico elemento caratterizzante, la componente tecnologica è sicuramente un mattone fondamentale della Smart City. Il suo concetto di sviluppo sostenibile basato sui temi dell’economia, della sanità, dell’educazione, dell’energia, della sicurezza e dei servizi pubblici è profondamente e intrinsecamente legato a una complessa infrastruttura tecnologica che agisce da supporto. La tecnologia rappresenta uno strumento indispensabile per mettere in atto le politiche intelligenti. Alla base della Smart City troviamo sicuramente un’estesa infrastruttura di rete interconnessa, a banda larga, che combina connessione via cavo, fibra ottica e wireless, e che copre in modo capillare il territorio urbano, offrendo ai cittadini e alle organizzazioni un’elevata connettività, sia tramite terminali fissi sia da dispositivi mobili. In secondo luogo, l’arricchimento degli spazi fisici e delle infrastrutture cittadine con una rete di dispositivi integrati e intelligenti, fatta di sensori e attuatori, consente di ottenere in tempo reale importanti informazioni sul territorio urbano. Terzo, potenti ed efficienti piattaforme di elaborazione e di archiviazione che permettano di processare la grande quantità d’informazioni generata, sulla base delle quali realizzare i servizi della città intelligente [SCH11]. I principi fondamentali di questa infrastruttura sono rappresentati, oltre che dall’ubiquità della connettività, da importanti elementi tecnologici quali Internet of Things e Cloud Computing. Procederemo quindi ad analizzare brevemente questi concetti, che non rappresentano l’obbiettivo della nostra trattazione, per chiarirne il ruolo all’interno del sistema Smart City. 1.3.1 Internet of Things Per Internet of Things (IoT), letteralmente “Internet delle Cose”, si intende l’estensione della rete agli oggetti reali di tutti i giorni. Fino ad ora abbiamo assistito a quello che può essere definito un Internet dei contenuti, cioè in cui le informazioni che viaggiano nella rete sono generati dall’azione di un utente, più o meno volontaria. Tutti i dati che viaggiano all’interno della rete sono il frutto dell’iniziativa umana,
  14. 14. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   15 secondo quello che potremmo chiamare l’internet delle persone, o Internet of People (IoP). Tuttavia, attraverso l’integrazione all’interno degli oggetti della vita quotidiana, dagli elettrodomestici, al cibo, al sistema energetico e d’illuminazione, agli abiti, di sensori e tag elettronici, è possibile estendere la rete formando un’infrastruttura globale in cui gli oggetti fisici hanno degli alter-ego virtuali con una propria identità e degli attributi misurabili. Abbiamo così degli oggetti intelligenti e connessi, capaci di comunicare, tramite opportune interfacce e protocolli idi comunicazione, tra di loro e con la rete, che immettono dati all’interno della rete e rappresentano il ponte tra il mondo fisico e quello virtuale. All’interno della Smart City l’IoT ha un fortissimo impatto: l’integrazione di reti di sensori e di dispositivi all’interno dello spazio fisico della città permette di abilitare una intelligenza spaziale, cioè la capacità di collezionare ed elaborare in tempo reale informazioni geo-localizzate provenienti da tutto il territorio, con cui costruire indicatori ambientali e comportamentali che permettono di conoscere, gestire e prevedere le dinamiche urbane e mettere in atto comportamenti e strategie intelligenti [TAN10]. Tuttavia, l’elevatissimo numero di oggetti presenti all’interno della rete genera un enorme flusso di dati, la cui gestione richiede piattaforme di elaborazione potenti, scalabili e flessibili. Il Cloud Coumputing rappresenta la risposta a questa necessità. 1.3.2 Cloud Computing Il Cloud Computing, che può essere tradotto nell’equivalente italiano “nuvola informatica”, rappresenta, più che una tecnologia, un nuovo paradigma per l’elaborazione distribuita, che integra concetti già precedentemente noti quali virtualizzazione e pooling delle risorse, utilizzandole per erogare come servizio, attraverso la rete Internet, capacità di calcolo e di archiviazione. Orientato all’insegna dei principi di scalabilità e gestione efficiente e dinamica delle risorse, permette di offrire sotto forma di servizio applicativi software (Software as a Service, SaaS), piattaforme per ospitare ogni tipo applicazione (Platform as a Service, PaaS), o infrastrutture di calcolo (Infrastructure as a Service, IaaS), personalizzate e modellate sulla base delle specifiche necessità del cliente. Il complesso sistema responsabile di queste funzionalità può essere incapsulato all’interno di un’entità astratta, il Cloud, che offre al cliente differenti livelli di servizio. Ne conseguono notevoli vantaggi in termini di riduzione dei costi e flessibilità, giacché elimina la necessità per i clienti di installare e gestire direttamente complesse infrastrutture informatiche, offrendo la possibilità di usufruirne on demand in base alle reali necessità [MOG12]. Nell’ambito della Smart City, gli autori di [SHA11] prevedono che, mentre in un momento iniziale le amministrazioni faranno ricorso principalmente a cloud commerciali, si assisterà successivamente allo sviluppo da parte delle amministrazioni di G-cloud, cioè Government-cloud, grandi cloud urbani che contribuiranno alla riduzione dei costi dell’IT e forniranno le piattaforme computazionali e la capacità di elaborazione per ospitare i servizi della città intelligente. Tramite il cloud sarà possibile quindi il mantenimento dei servizi anche in periodi di austerity, grazie alla
  15. 15. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   16 notevole flessibilità e la riduzione dei costi fissi, e il sostegno, in modo incrementale, dei settori emergenti della città nell’ambito dei servizi ICT. 1.4 - Servizi partecipativi Il concetto di “smartness” non ha una prospettiva orientata esclusivamente alla tecnologia. Come descritto nelle sezioni precedenti, una delle risorse più importanti della Smart City è rappresentata dai cittadini stessi. La città intelligente, infatti, è composta innanzitutto da cittadini intelligenti, che rappresentano al tempo stesso i fruitori ed i fautori di servizi, opportunità, benefici e politiche messe in atto dalla Smart City, e che sanno utilizzare la tecnologia a vantaggio proprio e di tutta la comunità. Le nuove tecnologie e i nuovi media rappresentano solo degli strumenti per promuovere la crescita nel cittadino di una prospettiva civica, e la PA riveste un ruolo determinante nel mettere a disposizione dei cittadini questi strumenti. Durante lo Smart City Exibithion 2012, Pablo Sanchez Chillón, urbanista e ricercatore sul campo Smart City, considerato il pioniere in questo campo in terra spagnola, definisce la ricetta per la crescita degli spazi urbani come basata sul modello del “Cityzentrism”, che considera i cittadini come il fulcro, la “spina dorsale” dello spazio urbano. Il concetto di “Cityzentrism” evidenzia la necessità di porre il cittadino al centro di ogni progetto della Smart City, e di coinvolgerlo in modo attivo, secondo un processo bottom-up che parte dai cittadini stessi per giungere alle amministrazioni, tenendo presente però che, nel contesto odierno in cui le persone scambiano informazioni sulle arene digitali, lo spazio per la mobilitazione civica deve mutare di conseguenza, e basarsi sui nuovi mezzi di comunicazione per incrementare il raggio di utenti. Nella città intelligente, che fornisce l’accesso ubiquo alla rete, e dove i social network favoriscono l’interazione tra le persone, il ruolo dei cittadini si arricchisce, trasformandoli in agenti attivi del cambiamento e della crescita della città stessa [CHI12]. Lo strumento partecipativo ha una duplice funzione. La prima, quella più immediata, è la capacità di raccogliere informazioni sul contesto locale, verificando l’esito delle politiche attuate e permettendo eventualmente di correggerle. Si tratta quindi di un’azione a posteriori e può essere utilizzata quindi per legittimare una strategia. L’altra funzione invece, che meglio incarna gli ideali di Smart City, prevede di coinvolgere la comunità locale con un ruolo attivo e costruttivo nel processo di sperimentazione e costruzione delle politiche della città, secondo una pratica di co- design partecipato. Si tratta di un percorso che parte dal presupposto dell’open-data e, facendo affidamento sulla capacità e sulla creatività degli individui, cerca di catturare intelligenza collettiva e conoscenza, intuizione e innovazione presenti all’interno della città. Per promuovere la partecipazione dei cittadini, e renderli protagonisti del processo di sviluppo urbano, le infrastrutture ICT costituiscono un potente strumento tramite cui costruire un dialogo diretto con gli individui, con un’interazione multicanale e multi contenuto. Soprattutto i dispositivi mobili di ultima generazione, quali sono gli smartphone e i tablet, permettono agli utenti la fruizione pervasiva della
  16. 16. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   17 città intelligente, e la classificazione di contenuti e informazioni in base alla loro posizione, costruendo così una mappa aggregata del territorio urbano. In questo modo i processi partecipativi generano una grande quantità di dati, che deve essere elaborata e interpretata in modo intelligente, e combinata con quelli prodotti dalla città stessa tramite le proprie infrastrutture ICT, quali ad esempio le reti di sensori disseminate sul territorio. I processi partecipativi che hanno luogo tramite le infrastrutture ICT rientrano all’interno dello scenario dell’e-government (dall’acronimo inglese “e” iniziale di electronic e government, letteralmente governo elettronico) cioè dell’insieme di soluzioni tecnologiche pensate per la pubblica amministrazione, siano esse destinate al miglioramento dei processi interni (back-office) o rivolte verso i cittadini (front-office). All’interno del contesto della Smart City il concetto di e-government, e in generale di government, è affiancato e ricontestualizzato in quello di governance, un concetto di respiro più ampio, fondamentale per caratterizzare la Smart City, che fa riferimento alla strategia a lungo termine perseguita dall’amministrazione in cui si inseriscono le singole azioni di government, e per la quale la partecipazione ed i cittadini giocano un ruolo di primo piano. Vedremo di seguito come nel corso del tempo l’e-Government si sia trasformato evolvendo verso gli scenari partecipativi. 1.4.1 Dall’e-government alla governance A partire dagli anni ’90 si è progressivamente assistito al miglioramento dei rapporti tra le amministrazioni pubbliche e i cittadini. Da una pubblica amministrazione lontana e distaccata dai cittadini, si è passati inizialmente a un rapporto in cui i cittadini svolgono il ruolo di utenti delle pubbliche amministrazioni. Questo processo ha avuto luogo sia tramite la semplificazione amministrativa dei rapporti cittadini-pubblica amministrazione e sia tramite le ICT, offrendo la possibilità di operare online tramite servizi telematici piuttosto che recarsi presso gli uffici pubblici, e ha interessato sia strumenti direttamente visibili all’utente, come il portale del cittadino o la carta d’identità elettronica, e sia la riorganizzazione dei processi amministrativi interni con modalità telematiche. Tuttavia, i processi dell’e-government non sono limitati solo all’informatizzazione dei servizi erogati e alla realizzazione di un’amministrazione digitale, finalizzata alla semplificazione e alla trasparenza, ma si estendono verso un nuovo modo di amministrare, orientato allo scambio dei flussi informativi, e trasformano i tradizionali apparati amministrativi e le istituzioni in reti di organizzazioni interconnesse tra loro, con i cittadini e con le imprese. Questo nuovo modello organizzativo abilita un’elevato livello di interazione tra gli attori, affiancando così al concetto di e-government quello di e-governance, con il quale si fa riferimento all’applicazione degli strumenti ICT ai modelli dell’azione pubblica in un contesto di trasparenza e partecipazione alle decisioni del management pubblico [NOT05]. Il termine governance risale intorno agli anni ‘80, contestualmente alla crisi della tradizionale amministrazione locale, con le sue regole e procedure stabilite e la sua forma gerarchica per livelli. Con il termine si vuole intendere un nuovo modo di agire delle amministrazioni pubbliche in quanto capaci di assumere un orizzonte
  17. 17. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   18 strategico a lungo termine, con una accezione particolare ai processi decisionali cui sono coinvolti una molteplicità di soggetti pubblici e privati [PRO05]. Nel contesto odierno il termine fa riferimento ai processi di risoluzione dei problemi che coinvolgono collettivamente la comunità, in cui le azioni del governo rispondono alle necessità dei cittadini e li sostengono. Una buona governance è quindi basata sulla centralità e sulla responsabilizzazione dei cittadini, ed è capace di creare una visione condivisa sulle strategie di sviluppo applicando lo strumento della partecipazione piuttosto che della gerarchia. L’organizzazione pubblica non è più concepita come una struttura piramidale che pone gli organi di governo al vertice, ma piuttosto secondo un’organizzazione orizzontale che vede coinvolti una molteplicità di attori quali i cittadini, le imprese e le pubbliche amministrazioni [ACE]. Il processo di evoluzione di questo modello si riflette direttamente sulle modalità con cui le amministrazioni si interfacciano nello scenario digitale. Uno studio condotto dal progetto di ricerca European Smart City [SMA09], promosso dall’Unione Europea, ha tracciato l’evoluzione dei portali di e-government forniti dalle amministrazioni cittadini nel corso del tempo, individuando principalmente quattro fasi. La prima fase, risalente agli anni ’90 e alla fase pionieristica delle implementazioni pilota, in cui sono semplicemente fornite informazioni riguardanti i servizi, disponibili esclusivamente offline. Nella seconda fase emerge una prima forma di interazione: i portali permettono agli utenti di entrare in contatto con il materiale ospitato dal sito e interagire con esso. La terza fase è invece caratterizzata dal supporto alla transazione. I portali offrono servizi web-based, che permettono di portare a termine le procedure amministrative, e incrementano i parametri di personalizzazione per soddisfare le necessità dell’utente. La fase finale rappresenta quella della partecipazione, in cui i portali permettono ai cittadini di contribuire alle decisioni riguardo lo sviluppo futuro dei servizi online. Il passaggio attraverso queste diverse fasi vede quindi il ruolo del cittadino cambiare da utente passivo a partecipativo. Il grafico in Figura 2 rappresenta la trasformazione della semplice presenza online (le prime due fasi) prima in e-government (terza fase) e poi in e-governance (quarta fase) tramite due curve di apprendimento, dalla caratteristica forma a “S”, che rappresentano il grado di diffusione della tecnologia all’interno dell’amministrazione. Il diagramma mostra inoltre come i requisiti d’interoperabilità e di apertura precedano quelli di elaborazione dei dati e di gestione della conoscenza, ed evidenzia l’elevato grado di maturità necessario ai servizi di e-government per essere classificati come “smart”.
  18. 18. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   19 Figura 2 - Evoluzione dei portali di e-government. Tramite la forte spinta partecipativa la governance della Smart City si impegna quindi a interpretare le necessità dei cittadini, coinvolgendoli direttamente nel processo decisionale, per mettere in atto strategie di sviluppo all’insegna dei principi dell’innovazione e della sostenibilità capaci di generare competitività. L’infrastruttura ICT garantisce inoltre gli strumenti per raggiungere in modo capillare i cittadini e permette un’interazione bidirezionale in cui gli utenti contribuiscono con i propri contenuti all’arricchimento della piattaforma cittadina e ne traggono beneficio sia direttamente, usufruendo dei servizi innovativi messi a disposizione dalla Smart City, e sia indirettamente, tramite il miglioramento della qualità della vita che lo sviluppo della città comporta. Si tratta di un processo che, basandosi sull’intelligenza collettiva della comunità e sulle interconnessioni sociali tra i cittadini, richiama la filosofia del Web 2.0 e il fenomeno del social networking, e che prende il nome di Open Government. 1.4.2 Open government Tim O’Reilly, fondatore della nota casa editrice O’Reilly Media, conia nel 2005 il termine “Web 2.0” [ORE05] per indicare la profonda trasformazione che stava attraversando, e attraversa tuttora, la piattaforma web in quegli anni, e per sottolineare la sostanziale differenza che lo contraddistingue dal web classico, il cosiddetto “Web 1.0”. Se nella concezione tradizionale del web l’utente è fruitore passivo, che può esclusivamente visionare contenuti statici, nel “Web 2.0” questa prospettiva è ribaltata, in quanto si trasforma nel costruttore attivo e nel generatore dei contenuti che costituiscono il web stesso. Il nuovo web è caratterizzato dalla condivisione interattiva delle informazioni, dall’interoperabilità, dalle interfacce user-friendly per facilitare l’interazione dell’utente col sistema, e infine dalla collaborazione, tra i sistemi
  19. 19. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   20 software e tra gli utenti, per la costruzione del web stesso. Altro concetto essenziale alla base del Web 2.0 è l’intelligenza collettiva, il cosidetto “crowdsourcing”, cioè la capacità di risoluzione dei problemi e di generazione di conoscenza a partire dall’interazione di individui appartenenti ad una “folla” (dall’inglese “crowd”). In questo senso gli utenti generano contenuti sul web che sono a loro volta integrati da altri utenti, secondo un processo di miglioramento continuo basato appunto sulla “saggezza della folla”. Ancora una volta, è l’utente a fornire il valore aggiunto, e all’aumentare del numero di utenti coinvolti aumenta il valore dei servizi. Infine, elemento fondamentale del web 2.0 è rappresentato dalla socialità. Servizi quali i social network (Facebook), Blog e Microblog (Twitter è un esempio di microblog) costituiscono enormi piattaforme di interazione, all’interno delle quali i legami tra gli utenti contribuiscono alla disseminazione e alla veicolazione delle informazioni e dei contenuti. Nello scenario dell’e-government inoltre si aggiunge un altro elemento fondamentale: l’Open Data, cioè la disponibilità dei dati pubblici in formati accessibili e interoperabili, predisposti alla fruizione e all’elaborazione, liberamente accessibili a tutti sul web. L’Open Data promuove quindi il principio di trasparenza della PA, rendendo l’amministrazione più aperta e affidabile. Tutti questi elementi sono determinanti e indispensabili per la nuova concezione di e-government, orientato alla partecipazione, che promuove lo sviluppo di una città costruita dai cittadini stessi sfruttando l’intelligenza collettiva, e che agisce da piattaforma di scambio di contenuti in continua evoluzione. Michele Vianello, attivo sostenitore dello scenario Smart City e direttore generale del Vega Parco Scientifico e Tecnologico di Venezia, dove lavora a diversi progetti di ricerca e sviluppo ICT, definisce la città intelligente “un luogo dove le persone hanno a disposizione in modo diffuso, condividendola e implementandola, la conoscenza” [VIA12]. E afferma che la conoscenza è il prodotto delle attività degli individui in rete: quando utilizzano Twitter o Facebook per parlare della loro città, o caricano un video su Youtube, o contribuiscono alla stesura di una voce su Wikipedia, generano conoscenza. Così la città intelligente diventa il luogo dove i cittadini usano consapevolmente le infrastrutture ICT per attingere e generare conoscenza condivisa. Vianello parla inoltre della città intelligente come un “social cloud”, una piattaforma di crowdsourcing che mette in relazione dati provenienti da fonti diverse per creare valore aggiunto, dove ad esempio i dati sensoriali rilevati tramite smartphone sono mescolati ai dati cartografici, per poi essere ulteriormente arricchiti con i commenti provenienti dai social network. Il nuovo contesto partecipativo rappresenta per la pubblica amministrazione una sfida impegnativa, che necessita un cambiamento radicale verso una visione trasparente e collaborativa. È necessario inoltre creare una comunità online pervasiva, secondo la visione sociale tipica dei social network e dei social media in cui tutto viene scritto, filmato, registrato e poi condiviso, che stimoli la collaborazione e la cooperazione dei singoli soggetti coinvolti nella creazione di un valore condiviso. Naturalmente un approccio di questo tipo richiede che i cittadini della Smart City siano in grado confrontarsi con i nuovi canali messi a disposizione dall’amministrazione, sia in termini di abilità nel relazionarsi con le tecnologie
  20. 20. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   21 d’informazione e comunicazione, sia in termini di mentalità responsabilizzata e partecipativa. Sono necessari quelli che potremmo in breve definire dei “Cittadini 2.0”, o anche degli “Smart Citizen”. Ricapitolando, possiamo caratterizzare il nuovo modello di e-government proposto dalla Smart City, rinominato da alcuni open government facendo riferimento al principio di Open Data, secondo le seguenti caratteristiche: 1. Trasparenza: la trasparenza favorisce la responsabilizzazione del cittadino, poiché gli fornisce le informazioni sull’attività dell’amministrazione, rendendola più controllata, aperta e affidabile; 2. Partecipazione: i cittadini devono essere partecipi delle scelte decisionali dell’azione amministrativa al fine di migliorare le qualità delle decisioni dell’amministrazione, anche grazie al ricorso delle ICT. 3. Collaborazione: è necessario ripensare i modelli organizzativi al fine di garantire la costante collaborazione dei cittadini nelle attività della pubblica amministrazione, attraverso il supporto degli strumenti offerti dal Web 2.0. Riteniamo inoltre che, nella visione proposta di comunità pervasiva connessa e partecipata, i dispositivi mobili quali smartphone e tablet presentino un potenziale molto elevato, in quanto permettono agli utenti di interagire con la piattaforma Smart City continuamente ed in qualunque punto si trovino, e procederemo quindi con l’analisi degli scenari concernenti l’utilizzo di questa tecnologia nel campo dell’e- government. 1.4.3 Il ruolo dei dispositivi mobili Nello scenario dei servizi partecipativi i dispositivi mobili giocano un ruolo fondamentale come tecnologia abilitante. Tramite i dispositivi mobili, non solo è possibile l’accesso ubiquo degli utenti ai servizi offerti dalla città intelligente, ma i cittadini si trasformano in generatori di contenuti dislocati all’interno del territorio urbano, a formare una rete sociale pervasiva e abilitando così forme di partecipazione innovative. I dispositivi mobili non sono nuovi nello scenario dell’e-government. Il termine “mobile-government”, abbreviato “m-government”, risale al lontano 2003 e sta a indicare l’estensione dell’e-government ai dispositivi mobili, e cioè l’insieme di servizi amministrativi resi possibili solo tramite questa tecnologia. Tuttavia, fino alla recente diffusione di smartphone e tablet, l’ambito del m-government era limitato a pochi casi applicativi, principalmente basati sull’invio di SMS. Naturalmente lo sviluppo dei dispositivi mobili moderni quali smartphone e tablet ha sconvolto questo scenario, date le grandissime potenzialità e la miriade di possibilità offerte da queste piattaforme computazionali. La strategia generale delle pubbliche amministrazioni di fronte a questo fenomeno è stata improntata ai principi di Open Data, intelligenza collettiva e partecipazione: prima di tutto l’impegno alla produzione e alla condivisione in modo interoperabile e aperto delle informazioni a disposizione dell’infrastruttura della Smart City, dall’altra l’istituzione di grandi contest per la realizzazione di applicazioni per
  21. 21. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   22 dispositivi mobili, delle sessioni di brainstorming collettive aperte a tutti. Si tratta delle cosiddette civic hackathons, dove la parola “hackathon”, a volte sostituita dai sinonimi “hack day” o “hack fest” sta a indicare un evento in cui individui con competenze nell’ambito dello sviluppo di software collaborano intensivamente a un progetto incentrato su uno specifico focus. Ne sono un esempio il BigApps di New York, sicuramente uno dei più rilevanti e, in territorio italiano “Apps For Italy 2012” a livello nazionale, il progetto “TAPPER – Top Apps per l’Emilia-Romagna” a Bologna, e “Let Your App Be” a Roma. Altra iniziativa degna di nota è quella del governo federale statunitense, che già nel 2009 aveva creato un market-place governativo per le applicazioni in ambito PA, il sito “apps.gov”. Nel dicembre 2012, però, il sito è stato notevolmente ridimensionato anche a causa di problemi di gestibilità e fruibilità, dato l’elevato numero e l’eterogeneità delle applicazioni presenti [WIL12]. Nonostante ciò, una ricerca dell’IDC Government Insights, società specializzata in ricerche di mercato proprio per il settore pubblico, prevede per il 2013 il vero boom delle applicazioni mobili in ambito PA [SLA12]. Il potenziale della tecnologia mobile nel settore dell’e-government è rilevato anche dalla ricerca di mercato “m-Government in Europe: Services for Citizens and Opportunities for the Mobile Industry” condotta da Frost & Sillivan, secondo cui l’ambito applicativo del m-government si rivelerà trainante per il settore mobile. L’analisi prende in considerazione per l’appunto lo spostamento verso un modello partecipativo di amministrazione pubblica, e fa in particolare riferimento al contesto europeo dove la penetrazione della tecnologia mobile raggiunge in alcuni paesi, come l’Italia, il 100% [CAR11]. La tecnologia mobile presenta evidenti vantaggi, poiché consente di creare un canale di comunicazione diretto con il singolo individuo, coinvolgendolo attivamente, e permette forme di fruizione di servizi e di creazione di contenuti innovative, a maggior ragione in un paese come l’Italia, che si pone tra i primi al mondo per diffusione dei dispositivi mobili, con circa 32 milioni di smartphone nel 2012 e la previsione di crescita a 50 milioni nel 2015 [ANS12]. Permettendo l’accesso ubiquo alla rete, il fenomeno dei dispositivi mobili ha dato vita a nuove pratiche e nuovi usi sociali che devono essere opportunamente valorizzate e sfruttate dalle pubbliche amministrazioni come mezzo per l’erogazione di servizi multicanale e orientati al cittadino. Alla luce delle potenzialità evidenziate da questa tecnologia, e considerando che gli aspetti tecnologici relativi allo scenario mobile saranno trattati nel Capitolo 2, vogliamo ora presentare alcuni casi concreti di soluzioni, afferenti all’ambito del m- government e orientate a scenari di tipo partecipativo e collaborativo, che sono state dispiegate in diverse città di tutto il globo. 1.4.4 Esempi di servizi partecipativi Dopo aver enunciato i principi e le potenzialità che contraddistinguono il contesto dell’e-government orientato alla partecipazione del cittadino, vogliamo ora presentare una serie di casi reali ritenuti particolarmente significativi e caratterizzanti. Abbiamo quindi effettuato un’analisi dello scenario delle applicazioni partecipative, prendendo in considerazione città considerate “intelligenti” appartenenti sia al contesto
  22. 22. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   23 europeo che statunitense. L’estrema varietà di soluzioni presenti rende tuttavia difficile creare una categorizzazione esaustiva delle tipologie di servizio esistenti, anche perché s’incorrerebbe nell’errore di creare un rigido incasellamento in uno scenario ancora in fase di evoluzione e pertanto molto mutevole. Preferiamo pertanto presentare alcuni esempi ritenuti significativi, ognuno dei quali si differenzia per particolari caratteristiche in merito alla modalità di coinvolgimento del cittadino e alla finalità del processo partecipativo. È bene precisare inoltre che molte di queste soluzioni rientrano nell’ambito dell’area di ricerca del cosiddetto sensing partecipativo, che consiste cioè nell’utilizzo di sensori quali microfono, fotocamera, GPS, e accelerometro, presenti su dispositivi mobili che possono essere sia gli smartphone dei cittadini sia dispositivi hardware realizzati ad-hoc in dotazione agli utenti, per raccogliere rilevazioni sull’ambiente circostante l’utente, e aggregarle a livello di comunità per elaborare informazioni su larga scala. Tuttavia, nell’ambito di questa sezione ci limiteremo ad analizzare prettamente l’aspetto funzionale del sensing partecipativo, al fine di coglierne le potenzialità applicative all’interno scenario dell’e-government, rimandando al capitolo successivo l’analisi dettagliata degli aspetti tecnologici. 1.4.4.1 E-­‐part   Si tratta di una piattaforma web che permette la segnalazione di criticità come ad esempio manto stradale dissestato, segnaletica mancante, rifiuti abbandonati o cassonetti pieni, e altri disservizi legati al territorio urbano. Permette di documentare le segnalazioni con immagini, oltre che con descrizioni testuali, e di associarle a una posizione geografica per far sì che sia possibile localizzare il punto esatto in cui è registrato il disservizio. Sono gestite diverse tipologie di segnalazione, ognuna delle quali fa riferimento a una particolare categoria di problematica (es. dissesto stradale, problemi idrici, barriere architettoniche etc.). Oltre ad essere accessibile via web, è fornita inoltre un’applicazione per dispositivi mobili, in cui l’immagine e la posizione che documentano la segnalazione sono catturate con i sensori del dispositivo, rispettivamente la fotocamera e il GPS. È importante tenere in considerazione che il servizio è sviluppato, gestito, ed erogato da un’azienda privata, e che le amministrazioni accedono al servizio come entità assolutamente esterne (tant’è che devono registrarsi per usufruirne). È il gestore della piattaforma che s’impegna a ridirigere le segnalazioni verso le autorità competenti, cioè le amministrazioni. Il basso livello d’integrazione e di accoppiamento con le autorità si riflette nel fatto che non vi è nessuna garanzia sull’intervento delle autorità competenti in merito alle segnalazioni. Come altro esempio di servizio di questo genere segnaliamo l’applicazione Decoro Urbano. 1.4.4.2 Fix  my  street   Si tratta di un servizio molto simile al caso precedente, giacché permette di segnalare problematiche riguardanti il territorio urbano quali dissesti nel manto stradale, malfunzionamenti nel sistema d’illuminazione pubblico, graffiti, etc. Ciò che differenzia FixMyStreet dal caso precedente, rendendola degna di nota, sta nel fatto che è stata sviluppata contestualmente a un progetto della cittadina di Edimburgo, in
  23. 23. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   24 Inghilterra. Ne consegue una forte integrazione tra il servizio e l’amministrazione locale, e quindi un elevato impegno e una maggiore garanzia d’intervento da parte di quest’ultima. Infatti, gli utenti ricevono sempre almeno una risposta dall’amministrazione, e sono notificati non appena la criticità è risolta. Da contro, per FixMyStreet non è ancora stata sviluppata un’applicazione per dispositivi mobili. Facendo riferimento al territorio italiano, il comune di Venezia ha sviluppato il servizio IRIS che, nonostante sia ancora in versione beta, vanta già più di diecimila segnalazioni risolte, a testimonianza del maggiore livello di coinvolgimento da parte dell’amministrazione che contraddistingue questa tipologia di applicazioni. Paradossalmente, anche per IRIS non è ancora disponibile un’applicazione per dispositivi mobili. 1.4.4.3 ImproveSF   ImproveSF, la cui sigla sta per “Improve San Francisco”, letteralmente “migliora San Francisco”, è una piattaforma online realizzata dalla famosa città americana con l’obiettivo di risolvere le sfide cittadine attraverso la capacità di problem-solving dell’intera comunità. Il funzionamento della piattaforma è strutturato secondo una precisa sequenza di passi. Alla base vi è la creazione, da parte di un’organizzazione o di una comunità, di creare un progetto su una tematica riguardante l’area urbana, che può essere un risultato da raggiungere o un aspetto da migliorare. Rispetto ai casi precedenti si tratta quindi di argomenti di respiro più ampio, come ad esempio il miglioramento della sicurezza stradale. All’interno del progetto sono poi creati diversi topic a cui i singoli cittadini possono contribuire con le proprie idee, documentandole anche con foto. Il processo si conclude quando i “community leader”, cioè i responsabili del progetto, vagliano le idee presentate e la implementano. Si tratta quindi di un servizio di condivisione delle idee, una piattaforma di crowdsourcing partecipativa orientata alla risoluzione delle problematiche urbane che coinvolge i cittadini nei processi decisionali della città. Un’altra iniziativa in questo senso è rappresentata da Participatory Chinatown, sviluppato all’interno di un progetto di pianificazione per il quartiere Chinatown di Boston. Si tratta sostanzialmente di una piattaforma di video-gaming online in tre dimensioni, che permette ai cittadini di impersonare il ruolo di uno dei 15 personaggi del gioco con l’obiettivo di completare un incarico assegnato, come trovare lavoro o un posto per socializzare. Attraverso l’esperienza di gioco l’utente può confrontarsi e sensibilizzarsi rispetto a una serie di problematiche che gli sono sottoposte, come ad esempio le differenze linguistiche, e che costituiscono l’argomento di sviluppo urbano su cui l’amministrazione intende ottenere il contributo dei cittadini. Ciò permette quindi la partecipazione dei cittadini alla discussione dei temi d’interesse in maniera più consapevole e responsabilizzata. 1.4.4.4 Smart  Citizen   “Smart Citizen”, progetto realizzato dal centro di ricerca Fab Lab Barcelona, e attualmente in via di sperimentazione all’interno della città spagnola, rappresenta una
  24. 24. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   25 piattaforma su scala metropolitana per il sensing partecipativo. Tramite lo “Smart Citizen Kit”, una scheda elettronica basata sulla piattaforma hardware open-source Arduino ed equipaggiata con sensori per misurare qualità dell’aria, temperatura, suoni, umidità e luminosità, ogni cittadino può trasformarsi in un “sensore mobile” divenendo parte integrante di una rete disseminata in tutto il territorio urbano. I dati rilevati dai sensori, geolocalizzati, sono poi inviati via wireless alla piattaforma, dove sono elaborati per costruire indicatori ambientali che contribuiscono a guidare lo sviluppo cittadino. Come nel caso di ImproveSF, il contributo degli utenti non è utilizzato per indirizzare un intervento a breve termine. Tuttavia, trattandosi di dati sensoriali, è possibile estrarre numerose informazioni aggregando i dati in chiave collaborativa e construendo quindi una mappa della conoscenza, sulla base della quale indirizzare i processi decisionali e gli sforzi di miglioramento della vivibilità urbana, quali ad esempio la creazione di aree verdi o lo smistamento del traffico. 1.4.4.5 WeGo   Il progetto “WeGo” si sviluppa all’interno dell’iniziativa Amsterdam Smart City, e fa in particolare riferimento al piano per la mobilità sostenibile della capitale olandese. WeGo è una piattaforma di car-sharing che permette ai chi non possiede un’auto di noleggiarla da un proprietario che si trova all’interno dello stesso quartiere, per un periodo limitato all’arco di una giornata. Sfrutta quindi la sovra-capacità del mercato privato delle automobili per fornire un mezzo di trasporto conveniente a chi non lo possiede e aiutare i proprietari di automobili a ridurre i costi di mantenimento dei veicoli stessi, il tutto in maniera comoda per gli utenti e sostenibile per l’ambiente in quanto le transazioni avvengono all’interno di una stessa località di residenza. La piattaforma si occupa di abilitare questo modello di condivisione e collaborazione fornendo la garanzia e la tecnologia per rendere le transazioni semplici, sicure, affidabili e convenienti. Riteniamo questo caso particolarmente interessante poiché presenta, in aggiunta ai precedenti, l’elemento di collaborazione diretta tra i cittadini. In tutti i casi analizzati prima l’interazione dei cittadini, sia essa costituita dall’invio di una segnalazione, di dati sensoriali o di proposte di miglioramento, era diretta verso l’amministrazione, un’entità centrale che si occupava di gestire opportunamente il contributo del singolo individuo. Nel caso di WeGo, invece, questa entità centrale esiste solo in funzione di supporto e di garante delle interazioni, che s’instaurano invece direttamente tra gli utenti stessi. In questo modo i cittadini possono organizzarsi e collaborare mettendo in atto in prima persona comportamenti intelligenti, realizzando così nel modo più compiuto l’ideale del cittadino “intelligente” della Smart City. 1.5 - Conclusioni Abbiamo visto come la Smart City non consista solo nel dispiegamento di soluzioni tecnologiche innovative, ma sia costituita in modo imprescindibile anche dal suo capitale sociale, una rete di conoscenza e d’interazione che promuove il flusso
  25. 25. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   26 d’idee tra gli individui e le istituzioni e l’innovazione continua. I cittadini stessi rappresentano quindi una risorsa fondamentale per la Smart City, che deve impegnarsi nel valorizzarli, coinvolgendoli all’interno dei processi decisionali che guidano lo sviluppo della città intelligente. In questo senso gli strumenti di e-government hanno seguito un processo evolutivo orientato alla partecipazione, ricalcando il percorso del Web 2.0 con i principi di socialità, intelligenza collettiva, e il ribaltamento del ruolo dell’utente da fruitore passivo a creatore attivo. Questo processo ha portato alla nascita dell’open government, un modello di e-government basato sui principi di trasparenza, collaborazione e partecipazione. All’interno di questo modello i dispositivi mobili giocano un ruolo fondamentale poiché abilitano un ampio spettro di servizi di stampo partecipativo, che stanno emergendo nelle città intelligenti di tutto il mondo. Si tratta di piattaforme altamente innovative che, elaborando il contributo dei cittadini e promuovendone la collaborazione, permettono la piena realizzazione del modello Smart Citizen.
  26. 26. 2 - Sistemi mobili e mobile sensing L’ambito applicativo del mobile computing risale originariamente alla nascita dei telefoni portatili, dispositivi per definizione non vincolati a una particolare posizione fisica, ma inizialmente caratterizzati da notevoli limitazioni in termini di potenza di elaborazione e capacità di comunicazione. È piuttosto con l’avvento dei palmari, e ancora di più con gli smartphone e i tablet, che il mobile computing rivela le sue reali potenzialità, permettendo una varietà infinita di servizi e applicazioni innovative che l’utente può fruire in qualunque momento, luogo, e perfino in movimento. Per questi motivi i dispositivi mobili hanno cambiato le abitudini e la vita delle persone, registrando un notevole successo e una grandissima diffusione. Basti pensare che se nel 1991 la penetrazione media a livello mondiale del settore mobile era pari allo 0.4%, nel 2010 questa arriva al 91% (dati Royal Pingdom) [RUS12]. Inoltre, nel corso del tempo si sono trasformati da dispositivi con funzionalità abbastanza limitate, come il poter effettuare telefonate e inviare brevi messaggi testuali, a vere e proprie piattaforme di elaborazione, con potenza di calcolo quasi equiparabile a quelle dei desktop computer, quali sono gli smartphone odierni. Proprio questi ultimi, gli smartphone, rappresentano un’innovazione radicale nell’ambito del mobile tanto che, secondo i dati dell’International Data Corporation, nel secondo trimestre 2011 i volumi di vendita in Europa hanno raggiunto i 21,8 milioni di unità, superando i cosiddetti “featured phone”, cioè i tradizionali telefoni cellulari [GIA11]. Non solo, Juniper Research prevede che nel 2015 i volumi di vendita degli smartphone di fascia bassa raggiungeranno a livello mondiale i 185 milioni di unità, con prezzi medi che scenderanno dagli attuali 150 a circa 80 dollari [COX11]. Il successo registrato da questo tipo di dispositivi è indubbiamente legato alle possibilità e funzionalità avanzate offerte da un dispositivo così piccolo e compatto da entrare in tasca ed essere comodamente trasportato ovunque. Tali funzionalità sono permesse dalla disponibilità di un hardware con performance sempre crescenti: processori più potenti, display con maggiore risoluzione, diversi sistemi di connettività
  27. 27. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   28 e per finire una vasta gamma di sensori integrati quali GPS, bussola, accelerometro, microfono e così via. Su una piattaforma di elaborazione di questo genere è possibile costruire un vasto spettro di applicazioni molto attrattive che vanno dalla navigazione Internet tramite browser, alla riproduzione di dati multimediali, alle applicazioni di realtà aumentata, al social networking, alle applicazioni geo-localizzate, e altre ancora. Se da un lato questi dispositivi offrono notevoli potenzialità e vantaggi, dall’altro gli scenari che caratterizzano il mobile computing presentano alcune criticità che devono essere opportunamente affrontate e gestite per rendere la fruizione delle applicazioni soddisfacente. Consideriamo ad esempio le particolari forme d’interazione uomo-macchina (schermi ridotti, dispositivi di input lenti e/o imprecisi), la limitatezza di banda rispetto alle infrastrutture fisse e le possibili interferenze di trasmissione, i problemi di consumo e non meno importante la necessità di garantire adeguata sicurezza in ambienti pubblici e affollati. La stessa modalità di fruizione dei contenuti e delle applicazioni è radicalmente diversa. Il contesto di utilizzo dei dispositivi desktop vede l’utente accedere da una comoda postazione di lavoro e concentrarsi sulle attività da svolgere con l’obiettivo e la necessità di trarne il maggior contenuto informativo possibile. Un utente mobile invece molto probabilmente utilizza il dispositivo distrattamente, mentre si sta muovendo o svolgendo altre attività, in un ambiente affollato e dispersivo, con un’elevata probabilità di essere interrotto da una telefonata o da una mail, e preferisce di conseguenza ottenere informazioni puntuali e contestuali. Tutte queste criticità devono essere opportunamente affrontante per realizzare sistemi efficienti, funzionali e usabili. Lo studio dei temi della mobilità e della connettività ubiqua precede l’avvento di tablet e smartphone, e ha portato all’esplorazione di scenari con caratteristiche molto simili a quelle del mobile computing e con diverse arre di sovrapposizione. In particolare, gli ambiti dell’ubiquitous computing e del pervasive computing fanno riferimento all’integrazione dei sistemi di elaborazione all’interno dell’ambiente fisico e degli oggetti di vita quotidiana. La necessità di integrare tra loro i diversi dispositivi e di adattare i contenuti ai diversi scenari di fruizione permettono di fronteggiare l’estrema eterogeneità che contraddistingue lo scenario dei dispositivi mobili. D’altra parte, il mobile computing affronta anche altre sfide legate principalmente alla mobilità come ad esempio la capacità di mantenere attive le sessioni in atto durante uno spostamento. Un modo per distinguere facilmente queste due aree è considerare che se l’obiettivo del mobile computing è offrire contenuti “in qualunque luogo e momento”, l’ubiquitous e il pervasive computing mirano ad assistere l’utente “sempre e dappertutto” [SAH03]. Un altro ambito ritenuto di notevole interesse è rappresentato dal mobile sensing. I dispositivi mobili sono infatti equipaggiati con un notevole numero di sensori che li rendono capaci di effettuare rilevazioni sull’utente e sull’ambiente che lo circonda, aprendo nuovi e interessanti scenari. Sfruttando le informazioni rilevate dai sensori e dalle altre informazioni che ne caratterizzano il contesto di esecuzione, è possibile inoltre progettare logiche che si adattano all’ambiente che caratterizza l’utente, secondo il paradigma della context-awareness. Nel corso del capitolo procederemo inizialmente a delineare le caratteristiche generali che contraddistinguono lo scenario del mobile computing. In seguito presenteremo le tecnologie di connessione wireless usate in ambito mobile più diffuse
  28. 28. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   29 al giorno d’oggi. Vedremo poi come la mobilità introduca alcune problematiche rispetto alla comunicazione in rete tradizionale e analizzeremo alcune soluzioni che sono state adottate per risolverle. In merito alla comunicazione i dispositivi mobili richiedono particolari caratteristiche di disaccoppiamento per l’accesso alla rete e ai servizi Internet. I sistemi di messaging rappresentano una risposta a queste necessità, e analizzeremo quindi le caratteristiche di questi sistemi ed alcuni esempi ritenuti particolarmente interessanti. Per queste sezioni del capitolo si faccia riferimento alle fonti [TAR09] [GAR12] e [ZHE05] Infine, procederemo ad esplorare lo scenario del mobile sensing, sia descrivendo i sensori hardware a disposizione sia effettuando uno studio dello stato dell’arte e delle soluzioni che sono state sviluppate nell’ambito della ricerca. Entreremo poi nel merito dei servizi location-based e dei sistemi e delle tecnologie di posizionamento disponibili. 2.1 - Generalità Il fenomeno Smart Phone, come discusso dagli autori di [ABO05], rappresenta uno dei mezzi tramite il quale si è più concretizzato il paradigma dell’ubiquitous computing: costituiscono dei compagni quasi inseparabili di una significativa percentuale della popolazione mondiale, sempre accesi e sempre connessi. Per questi diposistivi, i miglioramenti tecnologici quali durata della batteria, copertura di rete, prestazioni del processore, e le sempre maggiori funzionalità della piattaforma nel suo complesso, forniscono nuove importanti opportunità per l’implementazione di servizi su questi dispositivi. Tuttavia, se da una parte lo scenario dei dispositivi mobili offre un ampio spettro di possibilità, dall’altra è caratterizzato da alcune criticità che devono essere opportunamente considerate. 2.1.1 Servizi e applicazioni mobile È possibile caratterizzare le applicazioni e i servizi in ambito mobile distinguendo quattro diverse generazioni. In questo modo sarà possibile analizzare l’evoluzione dello scenario delle applicazioni in ambito mobile e identificare i trend significativi. La nascita dei dispositivi mobili risale agli anni ‘80 con i primi cellulari. Questi dispositivi non supportavano alcun tipo di applicazione, ma fornivano esclusivamente i servizi di conversazione vocale. La prima generazione di applicazioni e servizi mobili, introdotta intorno al 1991, era strettamente legata ad aspetti tecnologici: lo sviluppo della tecnologia Short Messages Service (SMS) e la possibilità quindi di scambio di dati fu un evento molto importante nel percorso verso i servizi mobili. La seconda generazione di applicazioni mobili è rappresentata dai browser built-in, basati principalmente sul protocollo Wireless Application Protocol (WAP). Questa seconda generazione è caratterizzata inoltre dall’introduzione, intorno al 2001, di un nuovo servizio di messaggistica che supportava messaggi con contenuto
  29. 29. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   30 multimediale, chiamato Multimedia Messaging Service (MMS). La tecnologia MMS permetteva agli utenti di comporre messaggi che includevano immagini, contenuti audio e video. La terza generazione di applicazioni, di cui stiamo assistendo allo sviluppo, è supportata da un ambiente molto più sofisticato rispetto ai semplici servizi di messaggistica e browsing elementare che contraddistinguevano la generazione precedente. In questo caso, infatti, le applicazioni sono costruite sulla base di una piattaforma che offre molteplici servizi complessi quali supporto alla localizzazione, adattamento dei contenuti, archiviazione, caching, etc. Sono esempi di queste piattaforme J2ME, Android, iOS per iPhone, o Windows Mobile. I dispositivi che appartengono a questa categoria sono quindi detti smart phone in quanto capaci di supportare applicazioni e servizi più complessi. Secondo alcuni, gli smartphone possono essere considerati il risultato della congiunzione della sfera dei telefoni cellulari con quella dei PDA (Personal Digital Assistance). Mentre la caratteristica peculiare dei primi è la capacità di connettività, i secondi possono essere considerati dei calcolatori di dimensioni e capacità computazionali ridotte che integrano funzionalità di gestione delle informazioni personali (calendario, agenda, fogli di lavoro etc.). Lo sviluppo di funzionalità sempre più avanzate da parte dei PDA, e l’integrazione delle capacità di connettività mutuate dalla sfera della telefonia mobile, hanno dato origine alla classe di dispositivi oggi denominati smart phone. Un browser web che è stato adattato o creato per dispositivi mobili è tipicamente chiamato un micro-browser nel caso in cui l’insieme di funzionalità offerte è considerevolmente ristretto, a causa delle limitazioni imposte dal dispositivo in merito alla potenza di elaborazione e alle capacitò di visualizzazione. Oggigiorno un elevato numero di dispositivi mobili presenti sul mercato supportano web browser con funzionalità avanzate quali CSS 2.1, JavaScript e Asynchronous Javascript (AJAX). Si assiste quindi ad una convergenza di due scenari prima separati: quello delle telecomunicazioni wireless e quello della rete Internet. La quarta generazione di applicazioni non è ancora nata, ma sulla base dei recenti progetti delle comunità di ricerca e di standardizzazione è possibile ipotizzare approssimativamente le caratteristiche attese: connettività continua, comunicazione multi-modale, reti cooperative, e uso adattativo delle interfacce di rete e dei mezzi fisici di comunicazione possono essere importanti proprietà dei futuri sistemi mobili. 2.1.2 L’ambiente mobile L’ambiente dei dispositivi mobili è caratterizzato da notevoli differenze rispetto a quello delle reti fisse, che generalmente si contraddistingue per una bassa latenza, maggiore larghezza di banda, e in generale maggiore affidabilità nella comunicazione. L’ambiente mobile è invece soggetto a frequenti disconnessioni e problemi di raggiungibilità di rete che è necessario tenere in considerazione. In aggiunta, i dispositivi mobili hanno tipicamente una batteria limitata, capacità di elaborazione e memoria inferiori, e molteplici interfacce di comunicazione che devono essere opportunamente utilizzate.
  30. 30. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   31 Le capacità e le limitazioni del dispositivo dettano i vincoli su come e quali servizi l’utente è in grado di accedere, e quali tipologie di contenuti gli sono fornite. Sostanzialmente è possibile dividere le capacità di un dispositivo in tre gruppi: capacità di elaborazione, di visualizzazione, e di comunicazione. Le caratteristiche di elaborazione definiscono la tipologia di risorse che il dispositivo mette a disposizione per fornire servizi. Alcuni dispositivi sono in grado di agire solo come interfacce verso l’utente di servizi che sono ospitati all’interno della rete, come nel caso dei web browser, mentre altri dispositivi più potenti potrebbero eseguire loro stessi i servizi o parte di essi. La capacità di visualizzazione determina il modo in cui il servizio è mostrato all’utente finale. Ad esempio, uno smartphone ha capacità inferiori di visualizzare immagini e video rispetto a un tablet. Con capacità di comunicazione indichiamo invece l’insieme di interfacce di rete e di standard supportati dal dispositivo. Sul mercato esistono infatti numerosi standard, da quelli della famiglia IEEE 802 come il Wi-Fi a quelli tipici della telefonia mobile come l’UMTS, passando gli standard di comunicazione a corto raggio quali Bluetooth o ZigBee. Ognuno di questi standard offre una banda di ampiezza diversa, e da questa dipende fortemente la natura dei servizi e dei contenuti di cui l’utente può fruire agevolmente. 2.1.3 Mobilità L’elemento più caratterizzante del mobile computing è, per definizione, la mobilità. I dispositivi connessi tramite una rete wireless non sono stazionari e possono muoversi da una rete a un’altra. Ciò può costituire un problema nel caso in cui l’utente stia svolgendo delle operazioni cui è associata una sessione, come ad esempio una telefonata, poiché le operazioni di disconnessione da una rete e la riconnessione all’altra potrebbero compromettere il normale svolgimento delle operazioni e provocare la perdita delle informazioni di sessione. Per ovviare a questo tipo di situazioni è necessario ricorrere a particolari protocolli che offrano il supporto necessario sia sul dispositivo sia nell’infrastruttura di rete. In generale, è detta terminal mobility la capacità di mantenere attiva una sessione mentre il dispositivo si sposta da una rete all’altra. La terminal mobility non è l’unico tipo di mobilità. Secondo la user mobility, ad esempio, l’utente deve poter fruire degli stessi servizi indipendentemente dal luogo, dal tempo e dal dispositivo che sta utilizzando, mentre la logical mobility fa riferimento a cambiamenti riguardanti attributi dell’utente quali il contesto o le sue preferenze. La terminal mobility è resa possibile fondamentalmente dalla disponibilità di tecnologie di connettività wireless. Procederemo quindi di seguito a presentare diverse tecnologie molto diffuse nell’ambito dei dispositivi mobili. 2.2 - Comunicazione wireless Il termine wireless fa riferimento alla comunicazione tra dispositivi elettronici che non fa uso di cavi, generalmente basata su onde radio e in rari casi su infrarossi. Alla base di tutte le comunicazioni wireless c’è lo spettro elettromagnetico, che comprende le diverse bande frequenziali usate per la comunicazione wireless. Le onde
  31. 31. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   32 radio appartengono a una porzione relativamente bassa dello spettro elettromagnetico, e sono largamente usate per la comunicazione in ambienti interni ed esterni. Hanno il vantaggio di essere omnidirezionali e di poter viaggiare per lunghe distanze, ma soffrono sono soggette a interferenze da altri dispositivi elettrici. Possiamo distinguere sostanzialmente due diverse forme di comunicazione wireless, quelle storicamente legate alla telefonia mobile, che sono basate su tecnologie a lungo raggio e permettono elevati livelli di mobilità, e quelle mutuate dal mondo delle reti in ambito personal computer, quali LAN, MAN e PAN, che utilizzano tecnologie di raggio più corto. Le Personal Area Network (PAN) forniscono la connettività tra un gruppo di dispositivi molto vicini tra loro, ad esempio nel caso in cui l’utente desideri collegare tra di loro una serie di dispositivi a lui vicini. Le Wireless Local Area Network (o Wi-Fi) forniscono invece connettività di rete all’interno di un’area più grande ma comunque circoscritta quale può essere un edificio, aggiungendo quindi una qualche forma di supporto alla terminal mobility. Infine, le Wireless Metropolitan Area Network (MAN) sono una tipologia di rete che si estende sull’intero territorio metropolitano. 2.2.1 Reti cellulari Le reti cellulari rappresentano l’insieme di standard e tecnologie sviluppate storicamente nell’ambito della telefonia mobile. Il termine cellulare fa riferimento al fatto che, non essendo tecnicamente possibile coprire un intero territorio con vasto bacino di utenza con una singola stazione radio, si ricorre al frazionamento del territorio da coprire in celle, o unità elementari di ricetrasmissione, con una propria stazione radio a potenza ridotta. Ogni cella utilizza un diverso insieme di frequenze, non usate dalle celle adiacenti. Questa organizzazione, schematizzata in Figura 3, permette il riuso delle frequenze in celle non adiacenti. All’interno di ogni cella troviamo una stazione di ricetrasmissione, detta Base Station (BS), che comunica direttamente con i dispositivi mobili. Ogni dispositivo mobile fa riferimento, in ogni momento, a un'unica stazione di trasmissione, in funzione della cella in cui si trova. Figura 3 - Organizzazione a celle delle reti cellulari. Nel momento in cui un dispositivo mobile esce fisicamente dalla cella in cui si trovava, la BS rileva l’attenuazione del segnale verso il dispositivo e innesca una procedura di ricerca tra le BS adiacenti di quella che sta ricevendo il segnale più potente dal dispositivo, a cui quest’ultimo andrà a collegarsi. Tale procedura di
  32. 32. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   33 passaggio da una BS ad un’altra è chiamata handoff o anche handover, e deve tenere conto di eventuali operazioni in corso sul dispositivo, come ad esempio una telefonata, che devono essere gestite opportunamente. Le tecnologie di rete cellulare sono solitamente divise in generazioni. La prima generazione faceva riferimento a tecnologie analogiche ed è stata attualmente dismessa in molte aree del pianeta. La seconda generazione fu la prima tecnologia digitale e, come era accaduto per la prima tecnologia, differenti aree del globo adottarono tecnologie diverse. In Europa, dove la prima generazione era stata frammentata da un paese all’altro, la seconda generazione porto all’adozione di uno standard unico per tutto il continente, chiamato GSM. In modo duale, gli Stati Uniti adottarono una tecnologia digitale frammentata tra i diversi stati, mentre la tecnologia analogica di prima generazione era stata unificata. Le reti cellulari di attuali appartengono alla terza generazione. A differenza della seconda generazione, che era a commutazione di circuito, le reti di terza generazione si sono spostate verso la commutazione di pacchetto, un approccio più scalabile usato tipicamente per il traffico di dati e tradizionalmente non per il traffico telefonico. Due differenti organi di standardizzazione, 3GPP e 3GPP2, proposero differenti standard tecnologici per questa terza generazione, rispettivamente UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) e CDMA2000. La seconda generazione era basata, per quanto riguarda l’accesso al mezzo di comunicazione, principalmente su FDMA (Frequency Division Multiple Access) o TDMA (Time Division Multiple Access), che fanno riferimento rispettivamente alla trasmissione su una specifica frequenza o in uno specifico intervallo di tempo. La terza generazione invece utilizza per l’accesso al mezzo fisico la tecnica CDMA (Code Division Multiple Access), in cui ogni dispositivo trasmette il suo segnale usando una sua specifica codifica. In questo modo i dispositivi possono trasmettere sulla stessa frequenza e nello stesso intervallo di tempo senza causare conflitti, dando luogo ad un migliore utilizzo della banda disponibile. Nonostante siano indicate come generazioni, le tecnologie utilizzate all’interno di ognuna delle generazioni non sono così statiche come la terminologia potrebbe far intendere. Già nella seconda generazione, caratterizzata dalla tecnologia GSM, ci sono state tecnologie chiamate generazioni 2.5 e 2.75, per indicare che le tecnologie utilizzate fornivano significativi miglioramenti in caratteristiche come larghezza di banda o latenza, pur mantenendo compatibilità con la tecnologia di riferimento. La tecnologia di generazione 2.5 è chiamata General Packet Radio Service (GPRS), e aveva il vantaggio di permettere l’accesso alla rete Internet, che è a commutazione di pacchetto, nonostante la tecnologia GSM fosse completamente basata sulla commutazione di circuito. Un ulteriore sviluppo, chiamato Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE), aumentava la velocità di trasferimento del GPRS ed è indicata come generazione 2.75 data la sua appartenenza alla famiglia GSM. In modo analogo, dalla tecnologia UMTS ha avuto origine una generazione 3.5, una tecnologia chiamata Hish Speed Packet Access (HSPA), che offre una velocità di trasferimento superiore.
  33. 33. Infrastruttura  di  supporto  a  scenari  Smart  City   34 La quarta generazione, ancora in fase di sviluppo, si muove nella direzione di una comunicazione basata su protocollo di rete IP. Nonostante la terza generazione supporti già la commutazione di pacchetto ed è compatibile con il protocollo IP, la quarta generazione presenterà una maggiore integrazione con il protocollo. Un esempio di tecnologia di quarta generazione è la Long Term Evolution (LTE), proposta da 3GPP. Nonostante si collochi formalmente ancora nel segmento Pre-4G, in quanto concepita come tecnologia di collegamento tra la terza e la quarta generazione, è stata presentata nel mercato come tecnologia 4G ed è attualmente in fase di diffusione in tutto il mondo come la più veloce tecnologia di rete cellulare disponibile. 2.2.2 Wireless LAN Una Local Area Network (LAN) è formata da un insieme di nodi che condividono tutti la stessa rete fisica. Una LAN si trova tipicamente ai margini della rete Internet, con host connessi ad una LAN, ed in cui è presente un router a sua volta connesso con la rete Internet. In aggiunta ad una normale LAN, una Wireless LAN (WLAN) permette agli host di connettersi senza l’aiuto di fili, purché si trovino all’interno del raggio di copertura del segnale radio. Dal punto di vista della standardizzazione, la maggior parte degli standard LAN appartiene alla famiglia IEEE 802, proposta dall’associazione Institute of Electrical and Electronics Engineers, di cui più famosi gruppi di standard sono l’802.3, per le reti LAN Ethernet, e l’802.11, per le Wireless LAN. Ai giorni d’oggi lo standard WLAN è tipicamente chiamato WiFi. Gli standard primari per il WiFi appartengono all’insieme 802.11, con le versioni a, b e g che permettono velocità di trasferimento dagli 11 Mbps ai 45 Mbps, e la versione n che vanta velocità fino ai 600 Mbps. Per quanto riguarda l’accesso alla rete Internet, il WiFi non deve essere considerato in competizione con le reti cellulari, ma piuttosto una tecnologia complementare. Il raggio effettivo di copertura in condizioni di uso comune, infatti, è talmente ridotto da non permetterne un uso diffuso in condizioni di mobilità, specialmente se confrontate con le velocità di movimento supportate dalle reti cellulari. L’approccio più sensato e accettato, invece, prevede l’uso delle reti cellulari per la mobilità negli ambienti esterni, e il passaggio al WiFi quando, ad esempio entrando in un edificio, la mobilità è più limitata, al fine di beneficiare della maggiore velocità di trasferimento. In aggiunta alla modalità “ad infrastruttura” tipicamente usata per l’accesso alla rete Internet, il WiFi supporta inoltre una modalità “ad-hoc” che, a differenza della precedente, non prevede una stazione centrale di configurazione e coordinamento. Una volta che tutti i dispositivi sono stati configurati per usare lo stesso canale WiFi e lo stesso prefisso di rete nei loro indirizzi, possono comunicare tra di loro senza intermediari. Una rete Questo tipo di interazione offre notevole potenziale all’interno delle applicazioni di stampo sociale, dato che permette ad esempio a due persone che si incontrano di collegarsi tra loro e condividere dati. Le due differenti modalità sono rappresentate in Figura 4.

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