Un framework teorico e tecnologico per sistemi ciberfisici intelligenti

I sistemi ciberfisici sono dei sistemi informatici capaci di operare in modo attivo ed interagire con l'ambiente in cui operano al fine di fornire un'applicazione o un servizio. Questi sistemi, che generalmente operano in condizioni reali (o anche ostili), possono soffrire di guasti o malfunzionamenti nel sistema (ad es. nell'hardware/software, nei sensori o negli attuatori) o le condizioni ambientali in cui il sistema opera possono cambiare andando ad influenzare le prestazioni dell'applicazione (o servizio) considerata. Per questo motivo, negli ultimi anni, si stanno sviluppando dei sistemi ciberfisci dotati di meccanismi di adattatività che permettono al sistema stesso di adattarsi a nuove condizioni di funzionamento. In questa tesi viene presentato un framework teorico e tecnologico per la progettazione di sistemi ciberfisici intelligenti capaci di operare in un ambiente che cambia e adattandosi a nuove condizioni di funzionamento (andando a gestire guasti o malfunzionamenti nel sistema o cambiamenti nell'ambiente in cui il sistema opera). Per raggiugere questo scopo è necessario dotare il sistema di meccanismi intelligenti sia a livello di singolo dispositivo che a livello di rete di dispositivi. A livello di singolo dispositivo (che è tipicamente dotato di una serie di sensori e capacità comunicativa) i meccanismi di intelligenza hanno come scopo quello di modellare il fenomeno fisico sotto osservazione ed andare ad identificare cambiamenti nei dati acquisisti. Per fare questo ci si appoggerà a tecniche di identificazione di sistemi, meccanismi di analisi del residuo, change detection test (che sono tecniche statistiche per rilevare variazioni nel comportamento statistico di un processo generante i dati) ed analisi statistiche (per ridurre l'occorrenza di falsi positivi). Quando viene rilevata una variazione da parte di un dispositivo, si attiva un livello di intelligenza di rete (gestito da un coordinatore di rete) che ha come scopo quello di sfruttare le relazioni spaziali e temporali nei dati acquisiti per validare il cambiamento a livello di rete e distinguere tra cambiamento nell'ambiente o guasto in un singolo dispositivo. Successivamente, dopo aver identificato la causa del cambiamento, si attiva una fase di adattamento al cambiamento sfruttando informazioni riguardanti il cambiamento (ad es. una stima dell'istante di tempo in cui il cambiamento è iniziato). Oltre alla formulazione teorica, in questa tesi viene proposto un framework tecnologico per sistemi ciberfisici intelligenti basato su quanto proposto che si appoggia a schede Nucleo ST con le relative schede di espansione per i dispositivi del sistema e che saranno connessi tramite Bluetooth Low Energy ad uno smartphone Android nel ruolo di coordinatore della rete. Il sistema realizzato è stato testato con efficacia in un'ampia campagna sperimentale.