Ministero dell'Universita' e della Ricerca scientifica e tecnologica
Dipartimento Affari Economici
Programmi di Ricerca scientifica - richiesta di cofinanziamento
 (DM del 23 aprile 1997)
PROGETTO DI UNA UNITA' DI RICERCA - MODELLO B
Anno 1997 - prot. 9709A77351_012

1. Programma di Ricerca di tipo: interuniversitario


Area Scientifico Disciplinare: Ingegneria industriale dell'informazione
Per programmi inter-area:
 Area: Scienze matematiche (35%)

2. Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
ATZENI
(Cognome) 		PAOLO
(Nome)
(Cognome acquisito - facoltativo)
IIIa Università
(Università)		 INGEGNERIA
(Facoltà)
DIP INFORMATICA E AUTOMAZIONE
(Dipartimento/Istituto)

3. Titolo del Programma di Ricerca Metodologie e tecnologie per la gestione di dati e processi su reti Internet e Intranet

4. Responsabile Scientifico dell'Unità di Ricerca
DI STEFANO
(Cognome) 		ANTONELLA
(Nome)
(Cognome acquisito - facoltativo)
Professore Associato
(Qualifica)		 15/12/59
(Data di nascita)		 DSTNNL59T55C351V
(Codice di identificazione personale)
CATANIA
(Università)		 INGEGNERIA
(Facoltà)
Istituto di Informatica e Telecomunicazioni
(Dipartimento/Istituto)		 3002.3 16900.3 10.74
(Codice conto Tesoreria Unica del Dip/Ist.)
095/ 339449
(Prefisso e telefono)		 095/ 338280
(Numero fax)		 ad@iit.unict.it , adistefa@iit.unict.it
(Indirizzo di posta elettronica)

5. Settori disciplinari interessati dal Programma di Ricerca
K05A

6. Titolo specifico del programma svolto dall'Unità di Ricerca
Metodologie di progetto di basi di dati distribuite in ambiente Internet e Intranet

7. Descrizione del Programma dell'Unità di Ricerca
Nell'ambito di questo tema, l'Unita’ di ricerca intende sviluppare dei modelli di gestione di basi di dati in grado di supportare in modo consistente le transazioni distribuite sui diversi nodi di una rete Internet o Intranet.
Le metodologie da seguire dipendono fortemente dall'area applicativa e dai relativi vincoli di consistenza. Questa Unita' di Ricerca, in particolare, intende rivolgere la propria attivita' ai seguenti temi. - Gestione di Basi di Dati Real-Time Distribuite su Intranet.
Scopo di questo progetto e' studiare e sviluppare un modello operativo che permetta di supportare transazioni real-time distribuite su Intranet. La ricerca mira alla specifica di un Data Base Repository distribuito in grado di coordinare e gestire le attivita' di singoli Management Information Base distribuiti su un'Intranet mantenendo la consistenza spaziale, logica e temporale.
I vincoli di tempo reale impongono la scelta di meccanismi di controllo di concorrenza e schedulazione omogenei per i singoli nodi in Intranet.
Il programma di ricerca prevede la specifica di un'architettura distribuita e di un modello transazionale in grado di supportare le esigenze dell'accesso real-time.
Si prevede di seguire un approccio object-oriented e coerente con lo standard CORBA.
Il primo anno studieremo un'architettura distribuita ed il relativo ambiente operativo tali da supportare transazioni real-time distribuite in ambiente Intranet, rispettandone i vincoli di consistenza.
In particolare, nel primo semestre intendiamo identificare i tipi di vincoli di un'applicazione real-time ed il loro effetto sui soggetti (processi, agenti, transaction manager..) e sugli oggetti (dati) del Data Base distribuito. Nel secondo semestre intendiamo specificare l'ambiente distribuito in grado di supportare transazioni real-time.
Il secondo anno sara' rivolto allo studio di modelli di transazioni distribuite che, nell'architettura precedentemente delineata, siano in grado di rispettare i vincoli temporali locali dei singoli Management Information Base e quelli globali del Data Base Repository.
In particolare, nel terzo semestre svilupperemo il modello transazionale object-based, mentre nel quarto semestre studieremo e valuteremo gli algoritmi di scheduling locale e di allocazione distribuita utilizzabili nel suddetto schema. Nel valutare le soluzioni proposte faremo riferimento alla gestione dei Data Base tipici dell'ambiente del real-time process control. - Modello transazionale ad agenti mobili per Basi di Dati eterogenee distribuite.
In questa ricerca intendiamo analizzare come utilizzare il paradigma ad agenti mobili per la gestione di Basi di Dati Distribuite su reti Internet. In particolare intendiamo studiare come integrare in un unico Data Base Distribuito una collezione di Data Base locali eterogenei (sia relazionali che object oriented), distribuiti in una rete di ampie dimensioni. Prevediamo a tal fine di sviluppare una metodologia di progetto object-oriented, basata su una architettura ad agenti mobili, capace di gestire un nuovo modello di transazioni distribuite non piu' basato su Remote Procedure Call e su uno schema rigidamente client/server. L'uso di agenti mobili permette di realizzare in modo efficiente l'opportuno strato di interfaccia in grado di uniformare le differenze di rappresentazione dei dati fra i vari Data Base ed i meccanosmi di controllo di concorrenza. Inoltre gli agenti mobili si prestano al disconnected computing tipico di ambienti in cui gli utenti sono dotati di terminali mobili o comunque non rimangono connessi permanentemente alla rete.
Nel primo anno studieremo una metodologia per l'integrazione di una collezione di Data Base locali eterogenei, distribuiti in rete, in un unico Data Base Distribuito. In particolare nel primo semestre verranno studiate le problematiche relative all'integrazione di Basi di Dati eterogenee e le modalita' di utilizzo degli agenti mobili per la progettazione in ambiente distribuito.
Nel secondo semestre intendiamo applicare la metodologia sviluppata per produrre la specifica del modello di transazione distribuita ad agenti mobili per l'ambiente su delineato.
Il progetto continua nel secondo anno con lo sviluppo dell'ambiente ad agenti mobili per l'integrazione di basi di dati distribuite eterogenee.
Per lo sviluppo, pensiamo di utilizzare la piattaforma degli aglet realizzata dall'IBM in linguaggio Java, anche se essa e' a tutt'oggi in fase di sviluppo.
Nel terzo semestre verra' prodotta una prima implementazione che verra' completata e valutata nel quarto semestre.
Sintesi dei contributi previsti:
1o semestre:
- rapporto tecnico: studio di una metodologia ad agenti mobili per l'integrazione di basi di dati eterogenee in Internet
- rapporto tecnico: analisi della problematica delle transazioni real-time distribuite ed identificazione dei loro vincoli di consistenza spaziale,logica e temporale.
2o semestre:
- rapporto tecnico: specifica di un modello di transazioni distribuite basato su agenti mobili. -rapporto tecnico: specifica dei moduli di un'architettura distribuita, object-oriented e coerente con lo standard CORBA, in grado di supportare transazioni real-time distribuite su un'Intranet.
3o semestre:
- prototipo: realizzazione di un ambiente ad agenti mobili in grado di supportare la gestione di transazioni di basi di dati eterogenee distribuite in Internet.
- rapporto tecnico:specifica di un modello transazionale real-time object-based per l'architettura definita nel secondo semestre.
4o semestre:
- seconda versione del prototipo dell'ambiente ad agenti mobili per l'integrazione di Basi di Dati sviluppato nel semestre precedente. - rapporto tecnico: proposta di algoritmi di scheduling di transazioni real-time distribuite.

8. Obiettivo del programma dell'Unità di Ricerca
Obiettivo dell'Unita’ di ricerca e' lo sviluppo di metodologie di gestione delle transazioni in basi di dati distribuite su diverse tipologie di reti di comunicazione.
Il primo tema di ricerca concerne la gestione delle transazioni in Basi di Dati real-time distribuite, proprio per la loro criticita' temporale, su un'Intranet, e si pone come obiettivi:
- l'identificazione dei vincoli di consistenza spaziale, logica e temporale che condizionano le transazioni real-time distribuite e delle loro relazioni con i vincoli delle singole transazioni locali;
- la specifica dei moduli funzionali di un'architettura in grado di supportare le transazioni real-time distribuite;
- la proposta e la valutazione di un opportuno modello di schedulazione globale.
Il secondo tema, che riguarda la gestione di transazioni che interessano diversi siti di Basi di Dati, tipicamente eterogenei, distribuiti nell'Internet, si pone come obiettivo la ricerca di un nuovo modello ad agenti mobili in grado di supportarne efficientemente la gestione. Intendiamo cosi' dimostrare come il paradigma degli agenti mobili si candidi come un potente strumento di progettazione del software per la cooperazione e la condivisione dell'informazione in ambiente Internet.

9. Base di partenza scientifica
L’Unita’ di Catania negli ultimi anni si e’ occupata di temi inerenti le basi di dati tempo-reali, ampiamente utilizzate in quelle applicazioni (come, ad esempio, ambienti di gestione delle vendite, sistemi di controllo, gestione delle reti, automated manufacturing), in cui operazioni caratterizzate da vincoli temporali piu' o meno stringenti (deadline) richiedono l'accesso a dati aventi essi stessi una natura temporale, ossia che perdono la loro validita' dopo un certo tempo (Ramamrithan, 1993)(Kim e Son, 1995). Nelle basi di dati real-time non basta che una transazione completi entro un certo tempo, occorre anche garantire che essa operi sempre su dati ancora validi. La schedulazione delle transazioni real-time e' tuttora un problema aperto (Haritsa et al., 1991).
Poiche' l'esigenza di rispettare le deadline delle transazioni e' primaria, si pone in secondo piano la serializzabilita', normalmente utilizzata come vincolo di correttezza nelle Basi di Dati tradizionali.
Inoltre, nella schedulazione delle transazioni real-time occorre garantire la consistenza temporale dei dati, sia assoluta che relativa (Lee e Son, 1994). La ricerca svolta dall’unita’ di Catania ha mosso i suoi primi passi nell’ambiente del controllo di processo (Cavalieri et al., 1993) (Di Stefano et al., 1993)(Di Stefano et al., 1997). In particolare, nel recente passato, e’ stato affrontato lo studio delle Basi di Dati real-time a supporto delle applicazioni di process control ed e’
stato individuato un modello di Base di Dati Distribuita Real-Time adatto a rappresentare i vincoli temporali dei dati e delle transazioni di un ambiente di process control a livello di campo. Qui, i vari dispositivi di campo, cioe’ sensori, attuatori ed unita’ di controllo, sono collegati tra loro attraverso delle reti a bus, dette bus di campo, che hanno soppiantato i vecchi collegamenti punto-punto.
Le transazioni distribuite che interessano i vari Management Information Base (MIB) dei dispositivi di campo sono fortemente tempo-critiche. Il sottosistema di comunicazione rappresenta un punto cruciale nelle basi di Dati Distribuite Real-Time: infatti, l'uso di un protocollo di comunicazione non deterministico, ossia incapace di garantire la consegna di un dato entro un certo istante, contribuisce a rendere il tempo di completamento di una transazione real-time non predicibile. L'Unita' di Ricerca di Catania ha valutato l'applicabilita' di un ben noto bus di campo, il Fieldbus IEC, a supporto delle transazioni distribuite a livello di campo. Si e' trovato che il Fieldbus, essendo un protocollo sincrono e provvisto di meccanismi per la verifica delle timeliness, puo' essere utilizzato per supportare questo tipo di transazioni. Relativamente ai grossi Data Base che si interfacciano tramite Internet, una delle caratteristiche ricorrenti e' l'eterogeneita' non solo in termini di rappresentazione dei dati (oggi vediamo ampiamente presenti i Data Base relazionali e quelli ad oggetti), ma anche di meccanismo di serializzazione degli accessi (i singoli Data Base possono essere caratterizzati da diverse soluzioni di controllo della concorrenza). La tecnologia mira alla ricerca di soluzioni efficienti e robuste per la gestione delle transazioni distribuite. Un contributo importante per la progettazione di basi di dati distribuite viene dalla specifica CORBA, che offre un "framework" di confronto per le soluzioni che si vogliano proporre in quest'area. D'altra parte l'avvento di linguaggi code independent, come Java , e delle tecniche di Remote programming offre la possibilita' di produrre nuove soluzioni, di per se' orientati all'integrazione di attivita' in rete, che gia' dimostrano grosse potenzialita' ed a cui la comunita' scientifica rivolge grande interesse.
Riferimenti
- K.Ramamritham, "Real Time Databases", International Journal of Distributed and Parallel Databases,1(2), 1993.
- J.Lee and S.H. Son, "Performance of Concurrency Control Algorithms for Real-Time Database Systems", Tech. Report, Dept. of Computer Science, University of Virginia, Charlottesville, 1994.
- Y.Kim and S.H.Son, Predictability and consistency in real-time database systems, in S.H.Son, editor, Advances in Real-
Time Systems, pp.509-531, Prentice Hall, New York, NY, 1995.
- J.R.Haritsa, M. Livny, M.J. Carey, "Earliest Deadline Scheduling for Real-Time Database Systems", Proceedings of the IEEE Real-Time System Symposium, pp.232-242, 1991.
- S.Cavalieri, A.Di Stefano, O.Mirabella, "Optimization of Acyclic Bandwidth Allocation Exploiting the Priority Mechanism in the FieldBus Data Link Layer", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 40, No.3, June 1993, pp.297-306.
- S.Cavalieri, A.Di Stefano, O.Mirabella, "Pre-Run-Time Scheduling to Reduce Schedule Length in the FieldBus Environment ", IEEE Transactions on Software Engineering, vol.21, no.11, pp.865-880, November 1995.
- A.Di Stefano, L. Lo Bello, "Distributed Allocation of Real-time Function Blocks in an IPCMS", Proceedings IEEE 23rd Annual International Conference on Industrial Electronics, Control and Instrumentation (IECON'97), 9-14 November 1997, New Orleans, Louisiana.

10. Durata del Programma di Ricerca 24 (mesi)

11. Pubblicazioni scientifiche più significative del Responsabile dell'Unità di Ricerca
  1. S.Cavalieri, A.Di Stefano, O.Mirabella, "Optimization of Acyclic Bandwidth Allocation Exploiting the Priority Mechanism in the FieldBus Data Link Layer", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 40, No.3, June 1993, pp.297-306.
  2. S.Cavalieri, A.Di Stefano, O.Mirabella, "Pre-Run-Time Scheduling to Reduce Schedule Length in the FieldBus Environment ", IEEE Transactions on Software Engineering, vol.21, no.11, pp.865-880, November 1995.
  3. A.Di Stefano, L. Lo Bello, O. Mirabella.,"Some issues concerning FieldBus design by means of an expert system", Computers in Industry, March 1997.
  4. A.Di Stefano, L. Lo Bello, O. Mirabella "Assessment of job allocation on heterogeneous computer network, Advances in Engineering Software incorporating Computing Systems in Engineering, Jan. 1997.
  5. S.Cavalieri, A.Di Stefano, O.Mirabella, "Impact of FieldBus Communication Systems on Robotic Applications", IEEE Transactions on Robotics and Automation, Febr. 1997.

12. Risultati ottenibili con fondi propri
PRIMO ANNO
- rapporto tecnico: studio delle caratteristiche degli agenti mobili per l'integrazione di basi di dati in Internet;
- rapporto tecnico: studio della problematica della gestione di transazioni real-time distribuite su un'Intranet: analisi dei vincoli spaziali, logici e temporali delle transazioni real-time distribuite e identificazione dei moduli funzionali che caratterizzano un Data base repository distribuito, facendo riferimento esclusivamente ad un ambiente applicativo di real_time process control.
SECONDO ANNO
- rapporto tecnico: specifica di un modello ad agenti mobili per la gestione di transazioni distribuite su Basi di Dati Eterogenee.
- rapporto tecnico: studio di algoritmi di scheduling di transazioni real-time distribuite.

13. Risorse umane impegnabili nel Programma dell'Unità di Ricerca
(un docente-ricercatore può far parte di una sola Unità di Ricerca)

13.1 Personale universitario dell'Università sede dell'Unità di Ricerca


No. Cognome Nome Dipart./Istituto Qualifica Mesi uomo
1. Di Stefano Antonella Istituto di Informatica e TLC Professore Associato 8
2. Mirabella Orazio Istituto di Informatica e TLC Professore Ordinario 8
3. Cavalieri Salvatore Istituto di Informatica e TLC Ricercatore 12

13.2 Personale universitario di altre Università:

No. Cognome Nome Università Dipart./Istituto Qualifica Mesi uomo

13.3 Titolari di borse ex L. 398/89 art. 4 (post-dottorato e specializzazioni)

No. Cognome Nome Dipart./Istituto Mesi uomo

13.4 Titolari di borse per dottorato di ricerca

No. Cognome Nome Università sede amm. Dipart./Istituto Ciclo Mesi uomo
1. Lo Bello Lucia Palermo Ist.Informatica e TLC(CATANIA) X 12

13.5 Personale extrauniversitario - aggregabile al programma senza oneri aggiuntivi

No. Cognome Nome Ente Qualifica Mesi uomo

13.6 Personale a contratto

No. Cognome Nome Qualifica Costo previsto Mesi uomo
1. X X X 3200000 8

14. Risorse finanziarie a sostegno del Programma già disponibili all'atto della domanda
(tutte le cifre sono espresse in milioni)

QUADRO RD

Provenienza anno di assegnazione importo disponibile nome Resp. Naz.
Universita'  1995  5,200
Dipartimento    
MURST (ex 40%)  antecedente 1995  
MURST (ex 40%)  1995    
MURST (ex 40%)  1996  6,000  Paolo Atzeni
CNR    
Unione Europea    
Altro    
TOTALE    11,200

14.1 Altro (origine e importi dettagliati):

15. Risorse finanziarie acquisibili in data successiva a quella della domanda e utilizzabili a sostegno del Programma
(tutte le cifre sono espresse in milioni)

QUADRO RA

Provenienza anno della domanda o stipula del contratto stato di approvazione disponibilità per il programma
Università  1997  accettato  27,200
Dipartimento      
CNR      
Unione Europea      
Altro      
TOTALE      27,200

15.1 Disponibilità per il programma(articolare negli anni di durata del programma)

15.2 Altro (origine e importi dettagliati)

16. Apparecchiature o grandi attrezzature

16.1 Disponibili ed utilizzabili per la ricerca proposta
(tutte le cifre sono espresse in milioni)

descrizione anno di acquisizione valore all'acquisto finanziamenti ottenuti dal MURST % di utilizzo per la ricerca proposta
         
         
         

L'uso delle attrezzature disponibili richiede, per la ricerca proposta, interventi di adeguamento?

Quota necessaria per l'adeguamento:

16.2 Descrizione sintetica dell'adeguamento richiesto

16.3 Richiesta di grandi attrezzature (GA)
(tutte le cifre sono espresse in milioni)
  1. Descrizione:


    Valore presunto (milioni):    

  2. Descrizione:


    Valore presunto (milioni):    

  3. Descrizione:


    Valore presunto (milioni):    

17. Certifico la disponibilità e l'utilizzabilità dei fondi si



Firma ________________________________ (per la copia da depositare presso l'Ateneo)

18. Costo complessivo del Programma dell'Unità di Ricerca (in milioni di lire)

Costo complessivo

di cui: 		 96,000

Voce importo
Materiale inventariabile - (Voce A)  0,000
Spese generali - (Voce B)  96,000
Grandi attrezzature - (Voce GA)  


Risorse disponibili all'atto della domanda (RD)  11,200
Risorse acquisibili (RA)  27,200
Cofinanziamento richiesto al MURST  57,600
Costo minimo per garantire
la possibilità di verifica dei risultati 		 64,000

Occorre precisare che la quota di cofinanziamento massimo del Programma di Ricerca deve essere pari a:
(Totale RD + Totale RA) x 1.5 per progetti Interuniversitari e
(Totale RD + Totale RA) x 0.66 per progetti Intrauniversitari

(per la copia da depositare presso l'Ateneo e per l'assenso alla divulgazione via Internet delle informazioni riguardanti i programmi finanziati; legge del 31.12.96 n° 675 sulla "Tutela dei dati personali")



Firma ____________________________________ Data 25/7/97
Ora  10:45:10