ITALIAN NATIONAL AGENCY

Presentazione sul tema: "ITALIAN NATIONAL AGENCY"— Transcript della presentazione:

1 ITALIAN NATIONAL AGENCY
FOR NEW TECNOLOGY, ENERGY AND THE ENVIRONMENT

2 www.cresco.enea.it CRESCO – Centro Computazionale di
Programma Operativo Nazionale “Ricerca Scientifica, Sviluppo Tecnologico, Alta Formazione” Misura II.2 “Società dell’Informazione per il Sistema Scientifico Meridionale” Azione a – Sistemi di calcolo e simulazione ad alte prestazioni CRESCO – Centro Computazionale di RicErca sui Sistemi Complessi

3 Il Progetto CRESCO Centro computazionale di RicErca sui Sistemi COmplessi
Obiettivi infrastrutturali Realizzazione di un Polo di calcolo di eccellenza presso il Centro ENEA di Portici Sviluppo di una nuova classe di funzionalità innovative di GRID Computing Obiettivi applicativi Implementazione di soluzioni innovative di GRID computing per le attività di R&S di punta dell’ENEA che richiedano l’utilizzo di risorse computazionali estremamente importanti. Studio di oggetti biologici dal punto di vista “sistemico” e di sistemi naturali secondo il paradigma dei sistemi complessi Studio di sistemi tecnologici e sociali complessi e delle loro mutue interazioni, realizzazione di strumenti per il modelling, la simulazione e il controllo

4 Macrostruttura del progetto
Prof. Jack Dongarra Prof. Umberto Ferrari Prof. Agostino Mathis Prof. Salvatore Tucci Prof. Samuel Varnado Direttore CAMO

5 Situazione finanziaria al 14/11/07

6 Nuovo piano finanziario (nov. ’07)
Motivazioni: Riconoscimento effettivo delle spese generali in misura non superiore al 29% del costo del personale; Revisione al ribasso della previsione di rendicontazione di personale; Revisione di alcuni aspetti tecnici. Interventi: Incremento della voce “Attrezzature” (potenziamento del supercalcolatore ed attrezzature di rete); Incremento delle spese di software; Incremento spese opere edili e impianti (originariamente sottostimate); Incremento degli impegni sul personale non dipendente.

7 Ripartizione delle risorse per macrocategoria (K€)
Valore complessivo del Progetto: ca. €

8 ICT – SCENARIO EVOLUTIVO
ENEA (CRESCO 180°) ENEA Previsione 500° Evoluzione nel tempo dei computer ad alte prestazioni

9 ENEA CRESCO Supercomputer N° 180 Top500 Novembre 2007

10 Cronogramma 1 aprile 2006 – 31 dicembre 2008
Mesi 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 33 F SP I.1 “Realizzazione del Polo di calcolo” Progettazione degli interventi e definizione delle specifiche Acquisizione ed installazione di sistemi HW/SW Implementazione dei sistemi HW/SW, avvio sperimentazione Collaudo finale dell’intera infrastruttura Tutti gli altri Sottoprogetti Progettazione delle attività di R&S nella tematica applicativa Sviluppo di modelli e codici, realizzazione di Software applicativi Implementazione di modelli, codici, ecc. per l’utilizzo sulla piattaforma Produzione, elaborazione e pubblicazione dei risultati di R&S

11 Le tre linee di attività di CRESCO
LA I Realizzazione del Polo di calcolo e sviluppo di nuove funzionalità di GRID Computing LA II Sviluppo di tecnologie e modelli computazionali per la descrizione di sistemi complessi di origine biologica e di materiali innovativi LA III Sviluppo di modelli di simulazione ed analisi delle reti tecnologiche complesse e delle loro interdipendenze

12 LA I Realizzazione del Polo di calcolo e sviluppo di nuove funzionalità di GRID Computing
Sottoprogetti SP I.1 Realizzazione dell’infrastruttura HPCN SP I.2 Sviluppo ed integrazione dell’architettura GRID e di grafica 3D SP I.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici applicativi in settori di R&S di punta SP I.4 Progettazione e sviluppo di librerie per l’implementazione efficiente e parallela di nuclei computazionali su dispositivi FPGA integrati in un ambiente GRID SP I.5 Web archives

13 SP I.1 Realizzazione dell’infrastruttura HPCN
Allestimento sala Calcolo Alimentazione Elettrica predisposta 400 KVA Condizionamento Completato Ambienti accessori ultimati Allestimento Uffici nuovi ricercatori Operativi con i Ricercatori (Assegni di Ricerca) Adeguamento connessione GARR Connessione GARR operativa a 100 Mbit/s in prova 400 Mbit/s e programmata l’evoluzione a 1 Gbit/s entro Giugno. Acquisizione Supercalcolatore In fase di installazione

14 SP I.1 Realizzazione dell’infrastruttura HPCN
Sala Calcolo CRESCO (ENEA-Portici)

15 SPI.2 Sviluppo ed integrazione dell’architettura GRID e di grafica 3D
Compilazione multi-piattaforma di programmi seriali e paralleli (MPI). Lanciatori su GRID di programmi seriali e paralleli. Interfaccia Java alla GRID per la personalizzazione dell'ambiente di lavoro. Test RSH: E' stato realizzato un programma che permette di testare, sull’ENEA-GRID, il funzionamento del comando rsh. Network Monitoring: E' stato sviluppato un software (NeTWork RESPONSE TIME TEST) di supporto alle funzionalità di network dell'ENEA-GRID. Test HPL per misurare la potenza di calcolo di una macchina in termini di numero di operazioni floating point che si possono fare in un secondo.

16 SPI.2 Struttura generale dati CRESCO (operativa)

17 WARC: amministratori “super” e di Sito
SPI.2 WARC: amministratori “super” e di Sito

18 AMACA (AFS Memorize And Check Application)‏
SPI.2 Strumento integrato di monitoraggio, controllo e storicizzazione di componenti ed eventi di Andrew File System (cardine dell’infrastruttura ENEA-Grid)‏ Realizzato nell’ambito del contratto CRESCO di ricerca tra ENEA e CASPUR per “analisi e realizzazione di tool innovativi a supporto delle funzionalità GRID” (SPI.2)‏ Alessio Rocchi (CASPUR)‏ Ludovico Giammarino (CASPUR)‏ Sicuro: protezione delle informazioni tramite due layer dedicati in cascata (openSSL e libreria crittografica mcrypt)‏ Esecuzione di operazioni critiche concessa solo agli appartenenti a gruppi prestabiliti Integrato: accesso garantito tramite credenziali AFS. Accessibile: fornisce numerosi strumenti user-friendly di supporto ai task di amministrazione Adattativo: consente di concentrare la visualizzazione dello stato sul solo dominio di appartenenza dell’amministratore

19 Integrazione nella GRID ENEA di sistemi Windows
SPI.2 Integrazione nella GRID ENEA di sistemi Windows LSF NON offre supporto per AFS in ambiente Windows Per integrare sono state sviluppate gettok_win (visualizza sullo standard output il token AFS) puttok_win (scrive nel kernel il token prelevato dalla standard input) E’ in corso di installazione litegrazione completa con ENEA GRID Principali risultati: Interoperabilità delle routine prototipali con quelle fornite dal kit LSF per AFS Accesso al volume AFS su sistema operativo Windows con token originato da sistema UNIX Accesso al volume AFS su sistema operativo UNIX con token originato da sistema Windows

20 SPI.2.1 Integrazione ENEA-GRID con altre GRID
Interoperabilità 4 PON 1575 attività in corso Integrazione con EGEE GRID.IT Middleware LCG Integrazione con BEinGRID Middleware UNICORE

21 SPI.2 Sviluppo ed integrazione dell’architettura GRID e di grafica 3D
Tools per analisi immagine Sono stati sviluppati e sono in corso di sviluppo tools per l’analisi delle immagini dei plasmi termonucleari provenienti dalle telecamere FTU ( Frascati Tokamack Upgrade). L’insieme dei tools e la relativa documentazione è stata inserita nelle pagine web specifiche del sottoproggetto. Tutti gli applicativi sono stati sviluppati utilizzando il linguaggio ad alto livello IDL. Questi applicativi sono stati inseriti nella GRID ENEA e sono state sviluppate le procedure per sottometterli in modalità GRID ENEA. Integrazione librerie grafiche open-source Integrazione di un modulo per il Distributed Rendering Il modulo di Distributed Rendering consente di sviluppare ed eseguire applicazioni “multiple channel” sincronizzate che utilizzino più piattaforme di calcolo connesse in rete per il rendering e display multipli contigui o non contigui per la restituzione di una scena virtuale. Allo stato attuale è in fase di test un applicativo della Multigen-Paradigm, integrato nell’ambiente di visualizzazione VegaPrime, in rete sia locale che geografica. RV Customizing tools E’ in corso l’integrazione in AFS dell’applicativo sviluppato, nell’ambito dell’attività di progettazione e sviluppo di Customizing tools per applicazioni di Realta’ Virtuale che basandosi su d una architettura Client-Server, è in grado di comunicare con una scena grafica a run-time e modificarne i parametri di navigazione (path e sincronismo con file audio), senza interrompere l’esecuzione della scena virtuale. Si dovrà procedere alla sua installazione nella GRID-ENEA, nell’area del progetto CRESCO, e quindi configurare e testare l’applicativo per la distribuzione agli utenti. Applicazioni per visualizzazione scientifica 3D Film dati Le immagini e i filmati prodotti mediante applicazioni di visualizzazione scientifica saranno raccolti in un archivio visivo delle attivita’ svolte e saranno diffusi tramite pagine Web. L’obiettivo è quello di creare contenuti dimostrativi, delle applicazione e dei dati sviluppati, tramite filmati, anche in modalità stereoscopica, in modo da non utilizzare direttamente l’applicativo.

22 SPI.2 Analisi ed ottimizzazione di strumenti Software per l'utilizzo di IDL sulla GRID ENEA
Sono stati sviluppati tools per l’analisi delle immagini dei plasmi termo- nucleari  provenienti dalle telecamere FTU (Frascati Tokamack Upgrade). Tools Applicazioni IDL realizzate in ENEA (Falsecolor, Brightzone, Volume rendering, Database). Tutorial IDL: gestione di batch files e esecuzione di programmi in modalità non interattiva IDL: gestione di programmi in broadcasting attraverso

23 SPI.2 Analisi ed ottimizzazione di strumenti Software per l'utilizzo di IDL sulla GRID ENEA

24 SPI.2.2 Sviluppo ed integrazione dell'architettura GRID e di grafica 3D
Questa prima fase del sottoprogetto è stata articolata in tre punti fondamentali: Individuazione di tools per la grafica virtuale ed immersiva che consentano la visualizzazione remota 3d con motori di calcolo in rete ovvero consentano di sfruttare le potenzialità di calcolo messa a disposizione dalla griglia Enea per poi visualizzare il risultato su un qualsiasi dispositivo presente in rete: dal sistema 3d, alla workstation, al portatile; Adattamento dei tools individuati alla struttura della Grid Enea; Studio del comportamento e delle potenzialità dei Tools individuati all’interno della Grid Enea.

25 SPI.2.2 OpenSceneGraph sulla Grid Enea
Individuazione delle OpenSceneGraph (OSG) come librerie grafiche adatte agli obiettivi del sottoprogetto. Configurazione e installazione su ENEA-GRID delle OSG. Visualizzazione, tramite le OSG, di una nuvola di punti ottenuta da una scansione di un sito archeologico con Laser Scanner 3D.

26 SPI.2.3 Integrazione del controllo remoto di un microscopio TEM
Realizzata l’integrazione di base, è in corso un’attività di ricerca e sviluppo per realizzare un laboratorio virtuale per la microscopia TEM Visualizzazione delle Immagini TEM Visualizzazione Ambientale Videocomunicazione Accesso remoto per il controllo Tool di allineamento dati locali/dati AFS New: In fase di completamento il sistema di controllo locale e l’aumento di banda a presso l’ENEA di Brindisi

27 SPI.3: Sviluppo ed ottimizzazione di codici applicativi in settori di R&S di punta
Simulazioni Fluidodinamiche: l'uso di Fluent è stato necessario per studiare l'evoluzione dei fenomeni di combustione di diversi combustibili. Viene portato avanti uno studio di ottimizzazione delle prestazioni dell’ENEA-GRID per condurre questo tipo di analisi E' in corso uno studio di condizionamento termico della configurazione finale della sala di calcolo CRESCO in Portici. Tale studio riguarda sia la modellistica geometrica della sala calcolo sia la fenomenologia di scambio termico nella stessa attraverso i sistemi di refrigerazione presenti

28 SPI.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici applicativi in settori di R&S di punta
MpCCI (Mesh-based parallel Code Coupling Interface): Viene utilizzato per affrontare problemi di interazione fluido-struttura accoppiando diversi tipi di codici presenti in ENEA-GRID; I codici da accoppiare sono attualmente Fluent per l'analisi fluidodinamica e Ansys per l'analisi strutturale. OpenFOAM: software opensource di analisi fluidodinamica. E' in corso uno studio di OpenFOAM ed in particolare: compatibilità  di installazione sulle diverse macchine della GRID confronto con Fluent (software commerciale generalmente impiegato sia nel settore industriale che di ricerca) in termini di accuratezza dei risultati. Per MpCCI si è ancora in una fase embrionale di studio, mentre per OpenFOAM siamo concentrati sul primo punto;il confronto con Fluent è ancora agli inizi: il confronto verte sulle potenzialità in termini di tipologie di case trattabili, sulla qualità dei risultati ottenuti da OpenFOAM e sulle prestazioni delle macchine della GRID.

29 SPI.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici applicativi in settori di R&S di punta
Programmazione parallela in ambiente Matlab (Libreria MatlabMPI del M.I.T) E’ stata installata su AFS per la versione (R14) di Matlab. Permette l’attivazione parallella di diverse sessioni Matlab su più processori. I nodi coinvolti eseguono parallelamente lo stesso programma (SPMD). Lo scambio dei dati viene fatto tramite operazioni di lettura e scrittura da/su file. Per il funzionamento sulle macchine linux della griglia la modalità di lancio remoto (rsh/ssh) è stata sostituita con lsrun. Di seguito sono riportati i risultati di un test effettuato con le funzioni della libreria MatlabMPI che misura la velocità di comunicazione, al variare delle dimensioni dei pacchetti inviati, tra le macchine ‘Bw305-2’ e ‘Lin4p’.

30 SPI.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici applicativi in settori di R&S di punta
Realizzata un’analisi dei codici di massimo interesse di tipo commerciale Individuato come prioritari: FLUENT** Fluidodinamica ANSYS,ABACUS ** Strutturale MpCCI ** Interazione fluido struttura LS-DYNA Strutturale (** Installati in modalità ENEA-GRID) Iniziati i test e personalizzazioni

31 SPI.5 Web archive Sono continuati i test di UbiCrawler sviluppato ed integrato in ENEA-GRID: è iniziata l’attività di installazione definitiva in previsione dell’arrivo dello storage necessario e della connettività GARR opportuna.

32 LA II : Riassunto attività

33 LA II Sviluppo di tecnologie e modelli computazionali per la descrizione di sistemi complessi di origine biologica e di materiali innovativi Sottoprogetti SP II.1 Simulazioni di reti biochimiche SP II.2 Bioinformatica per la creazione di modelli di reti metaboliche e genetiche SP II.3 Ricerca polimorfismi SP II.4 Sviluppo di modelli numerici per analisi strutturali complesse e processi di sinterizzazione SP II.5 Modelling molecolare

34 SPII.1 Biochemical networks simulation
General Activity Description The subproject SP II.1 concerns the study of biochemical networks. The main aims are: modeling through thee use of the principal up-to-date software (E-cell, Copasi) of complex biochemical network dynamics; installation of the tools on Enea Grid and tweak to be compliant with LSF resource manager. analysis, through simulations, of possible modifications of genome or metabolic pathways in order to increase the achieve a better efficiency in the production of a specific molecule of interest; modeling of cellular main pathways with the aim to reproduce a simple living cell in silico.

35 SP II.1 Steps Implemented
installation of the software E-Cell, for biochemical network simulations, on Enea Grid. Two new Classes have been implemented to allow the software to submit batch jobs on LSF queues; implementation of a model for the PolyHydroxyAlcanoate(PHA, a candidate for biodegradable plastic) production by Pseudomonas; implementation of a procedure to analyze the sensibility of a biochemical network with respect to the kinetic parameters involved; implementation of a procedure based on the genetic algorithm for kinetic parameters estimation in a biochemical network.

36 SP II.1 Next Steps analysis of Pseudomonas metabolism to study possible metabolic alterations to incresase PHA production. setting up of further software tools for biochemical network analysis and parameter estimation(COPASI and matlab SBMLToolbox); installation of new tools for gene network analysis from microarray data.

37 SP II.2 Bioinformatica per la creazione di modelli di reti metaboliche e genetiche
E’ stato messo a punto il database sull’attivita’ di sintesi dei PHA che è ora disponibile al sito Il sito verra’ migrato, appena possibile, sulle macchine del progetto.

38 Simulazione del metabolismo degli acidi grassi
SP II.2 Simulazione del metabolismo degli acidi grassi 1 2 3 4 5 Biosynthetic pathway for mcl-PHA from fatty acid Fatty acid b-oxydation Il tool E-Cell (simulatore delle reazioni biochimiche cellulari) è stato inserito all’interno di un codice di ottimizzazione (basato su algoritmi genetici) per la determinazione di parametri cinetici non noti nel pathway di produzione dei PHA

39 SP II.4 Sviluppo di modelli numerici per analisi strutturali complesse e processi di sinterizzazione
SP II.4.1 Simulazioni strutturali complesse Modellazione di strutture complesse costituite da materiali a comportamento non lineare quali i materiali compositi e le leghe a memoria di forma (SMA - Shape Memory Alloy) SP II.4.2 Simulazione del processo di sinterizzazione di ceramici tradizionali Sviluppo di modelli comportamentali di materiali ceramici per la simulazione numerica del processo produttivo

40 In fase di installazione i codici di interesse sul ENEA-GRID
SP II.4.1 Simulazioni strutturali complesse Modellazione di strutture composite con filamenti in SMA (shape memory alloy) Le difficoltà principali nel modellare strutture composite con filamenti in SMA sono di diverso tipo: difficoltà nel descrivere il comportamento termomeccanico del materiale SMA; introduzione di fenomeni di interfaccia dovuti all’accoppiamento con la restante parte della struttura (ad esempio interfaccia filamento SMA-matrice); necessità di modellare contemporaneamente fenomeni fisici di tipo diverso: fisico, termico e meccanico (ad esempio nella simulazione di attuatori attivati attraverso riscaldamento per effetto joule dei filamenti SMA). In fase di installazione i codici di interesse sul ENEA-GRID

41 Modelling ab-initio di materiali funzionali
SP II.5 Modelling molecolare Modelling ab-initio di materiali funzionali (2) Interfaccia organico-inorganico (3) Proprietà strutturali ed elettroniche del nitruro di Platino Tutte le attività vengono svolte attraverso l’utilizzo di codici di simulazione numerica ab-initio della classe Density Functional Car-Parrinello. Tali codici di simulazione sono particolarmente onerosi sul piano computazionale e richiedono l’uso di grandi piattaforme di calcolo. I codici di calcolo verranno progressivamente ricompilati ed eseguiti sulle piattaforme di calcolo del progetto essendo i codici disponibili in versione Open Source. Alcuni codici sono stati implemetati ed iniziano aessere usati sull’infrastruttura ENEA –GRID (CPMD, Siesta.)

42 LA III Sviluppo di modelli di simulazione ed analisi delle Reti Tecnologiche complesse e delle loro interdipendenze Sottoprogetti SP III.1 Fisica delle reti complesse SP III.2 Analisi di vulnerabilità delle reti complesse SP III.3 Modelli e strumenti di supporto alla ottimizzazione e riconfigurazione delle reti SP III.4 Modellistica delle reti complesse viste come aggregati socio-tecnologici SP III.5 Interdipendenza tra reti complesse SP III.6 Sistema informativo per la salvaguardia delle infrastrutture e della popolazione

43 SPIII.1 Fisica delle reti complesse
Obiettivo Studio delle proprietà di robustezza e di vulnerabilità delle reti complesse in base alla loro struttura topologica. Fasi di studio Cambiamento della performance della rete al variare del carico. Quantificare i parametri di robustezza, vulnerabilità, connettività, di una rete in modo da essere misurabili attraverso un’attività di modellazione e analisi. Variazione della connettività, vulnerabilità, robustezza, in seguito alla perdita e/o rimozione di alcuni parti della rete. Quale può essere il risultato dell’adozione di algoritmi di riconfigurazione per far fronte a certe modifiche topologiche della rete. Partner Università di Catania

44 SPIII.1 Fisica delle reti complesse
Analisi e misura delle differenze prestazionalitra una Internet Network ed una Random Network. Il lavoro consiste nel misurare la diversa capacità di instradamento dei flussi di pacchetti per le due tipologie di rete con le stesse caratteristiche in termini di banda passante per link, politica di gestione delle code, stessa capacità di generazione del traffico. In particolare si vuole capire per quale tipo di rete il tempo medio di consegna dei pacchetti sia minore a parità di traffico immesso nella rete. Simulatore NS2 L’utilizzo del simulatore permette la ricerca del punto di congestione delle due diverse tipologie di rete, attraverso l’analisi del tempo medio di consegna dei pacchetti al variare del rate di sorgente. GRID-ENEA Al variare del rate di sorgente le diverse simulazioni sono state lanciate per mezzo di uno script esterno al file di simulazione. Tale script ha consentito, sfruttando le potenzialità del GRID-ENEA, di sottomettere contemporaneamente i vari jobs, uno per ogni simulazione.

45 SPIII.2 Analisi di vulnerabilità delle reti complesse
Obiettivo Studiare la vulnerabilità di reti complesse in termini di affidabilità, sicurezza, qualità di servizio e prestazioni delle reti di telecomunicazione ed informatiche per la protezione ed il controllo (SCADA). L’obiettivo sarà perseguito attraverso: Formulazione di nuove teorie, investigazione di codici di analisi, realizzazione di un ambiente di modellazione. L’ambiente di modellazione consentirà di costruire modelli compositi ed eterogenei di reti complesse in funzionamento normale e degradato per eventi avversi (i.e. guasti, anomalie, intrusioni), seguendo tre direttrici principali: Simulatori di reti per l’analisi di reti di telecomunicazione e sistemi SCADA (congestione, sistemi di code, reazione agli eventi di guasto, prestazioni) e implementazione di nuovi protocolli e funzioni di rete Predizione stocastica degli indicatori di vulnerabilità tramite Reliability Block Diagrams, Reti di Attività Stocastiche, Analizzatori di affidabilità di Reti, basati su Binary Decision Diagrams)Bayes, Catene di Markov, Reti di Petri) Verifica formale automatica tramite model checking

46 SPIII.2 Uso del simulatore NS2
NS2 (Network Simulator 2) è installato sul GRID-ENEA Lanciatori NS2  netsim2 NAM (Network AniMator)  ns2namtool Xgraph  ns2xgraph L’area progettuale di riferimento è cresco/LA3/cresco_sp32_enea ed è raggiungibile /afs/enea.it/project/cresco/LA3/cresco_sp32_enea NS2, istallato per gli obiettivi di SPIII-2, concorre anche agli obiettivi di SPIII-1 ed SP III-5 E’ possibile eseguire NS2 dalla seguente classe di hosts Dopo aver effettuato i vari test di funzionamento sul grid con una versione di ns2 installata nella diblasi/home è stata effettuata la migrazione del tool verso l’area progettuale cresco_sp32_enea, facendo si che il simulatore sia a disposizione di tutti gli utenti del grid enea. I lanciatori netsim2 per ns, ns2namtool per il visualizzatore grafico delle topologie di rete, etc. sono stati implementati in ragione dei test di funzionamento ed attualmente è possibile eseguire job di ns2 sugli hosts elencati in tabella. PNDS consente di suddividere una rete di tlc in n sottoreti e di lanciare gli n jobs relativi su n hosts diversi. Cluster Frascati Casaccia Brindisi Portici trisaia Hosts bw305-1 lin4p feronix0 campus03 lazarus Molto presto sarà disponibile anche la versione parallela di NS2 PDNS (Parellel Distribuited NS2) 46

47 SPIII.2 Studio del BackBone Nazionale over IP di Telecom Italia
Analisi di vulnerabilità Reazione ad eventi di guasto singoli e in cascata Implementazione della funzione di traffic engineering per la riconfigurazione dinamica della rete La prima importante simulazione effettuata con ns2 consiste nello studio della bbn di telecom italia. Questa rete complessa è stata implementata con un script in tcl con lo scopo di analizzare la reazione della stessa ai fenomeni di congestione, il suo comportamento in caso failure e per verificare l’effettiva validità della funzione di traffic engineering per la configurazione dinamica della rete. 47

48 Rete di telecontrollo di ACEA distribuzione (SCADA)
SPIII.2 Rete di telecontrollo di ACEA distribuzione (SCADA) Implementazione del protocollo IEC /105 specifico per le reti di telecontrollo delle reti di distribuzione dell’energia elettrica Cabine primarie e secondarie collegate in up/down load via GPRS Verifica delle funzionalità in caso di guasto di uno dei nodi della rete telecom su cui si poggia. Riferimento al black out del 1°gennaio 2004 avvenuto a TorPagnotta. Altra importante simulazione, riguarda lo studio della rete di telecontrollo di ACEA distribuzione. Lo scopo è capire come, in seguito al guasto avvenuto sul PoP BBN Roma Inviolatella di Telecom Italia (Tor Pagnotta) , ACEA abbia perso il controllo della sede territoriale Flaminia e di conseguenza, il monitoraggio di quasi la metà delle cabine primarie e secondarie. Il collegamento up/down load per le cabine primarie e secondarie, avviene tramite GPRS, successivamente il traffico prodotto entra nella rete telecom e viene etichettato come VoIP, in modo tale da avere massima priorità. La sede territoriale Flaminia è collegata al centro di controllo principale Ostiense, tramite un link virtuale di tipo HDSL a 2 Mbps. 48

49 SPIII.2 Network Reliability Analyzer (NRA) una prima approssimata modellazione della rete elettrica la indisponibilità della rete elettrica in ciascun punto della rete telco e’ correlata alla indisponibilità della rete elettrica mediante NRA I Binary Decision Diagrams (BDD) forniscono una tecnica efficiente per codificare e manipolare funzioni booleane, per modellare la connettività di reti booleane e calcolarne l’affidabilità. Binary Decision Diagram Schema rete elettrica

50 SPIII.3 Modelli e strumenti di supporto alla ottimizzazione e riconfigurazione delle reti
Obiettivi Progettazione e sviluppo di un package per l’ottimizzazione delle azioni di configurazione di una rete elettrica in presenza di guasto attraverso la valutazione della loro capacità di incrementare la sostenibilità del servizio compatibilmente con i costi di attuazione. implementazione Algoritmo Genetico in versione sequenziale interazioni tra Algoritmo Genetico e il simulatore elettrico e-Agora test esclusivamente in locale in attesa di macchina Windows su GRID ENEA formulazione della funzione da ottimizzare (attualmente una funzione definita in accordo con quanto trovato in letteratura) definizione del tipo di vincoli che la configurazione di rete deve rispettare (ad esempio quali nodi devono essere necessariamente alimentati). Alternativamente si ricorre ad una penalizzazione della funzione obiettivo. codifica per esprimere i vincoli (stringhe XML e relativo parser) parallelizzazione dell'Algoritmo Genetico realizzazione di una ottimizzazione multiobiettivo

51 SPIII.3 Modelli e strumenti di supporto alla ottimizzazione e riconfigurazione delle reti
Obiettivi: ottimizzazione della qualità dei servizi erogati da una rete di telecomunicazione soggetta a guasti e/o attacchi deliberati a livello fisico, attraverso il raffinamento di un modello fluidodinamico Sviluppo schemi numerici (02/04/ /03/2008) Partendo da modelli numerici che descrivono spazi omogenei è in fase di definizione la realizzazione di schemi numerici robusti. Ottimizzazione delle performance. Ottimizzazione politiche di instradamento (01/05/ /05/2008) Politiche di instradamento dei pacchetti e della loro relativa ottimizzazione. E’ stato realizzato un algoritmo che permette di instradare i pacchetti, che giungono ad un determinato nodo, sui relativi link di uscita indipendentemente dallo loro destinazione. Ottimizzazione coefficienti di traffico (01/05/ /05/2008) Definizione di funzionali di costo per misurare la capacità di trasmissione di una rete di telecomunicazione e di rilevare il comportamento del traffico sulla rete. Ottimizzazione qualità di servizio (01/05/ /05/2008) Analisi su come garantire l’ equilibrio tra la richiesta di utilizzo ed il livello di servizio del sistema stesso. Implementazione degli algoritmi (01/10/ /10/2008) Implementazione di due algoritmi che consentono di modellare e simulare il comportamento del carico sulla rete utilizzando due differenti tipologie di routing

52 SPIII.4 Modellistica delle reti complesse viste come aggregati socio-tecnologici
Aggregati Socio-Cognitivo-Tecnologici sono reti di alta complessità e ancora poco conosciuti. Socio-cognitive systems are complex from their nature. They include humans and organizations, they are intelligence-based systems. Their study is a new domain of systemics and requires a meta-systemic approach, Obiettivo Analisi, modellazione e simulazioni sperimentali dei processi decisionali socio-cognitivi dell'alto rischio nelle organizzazioni umane interdipendenti e coinvolte nei processi di protezione socio-tecnologica delle grandi infrastrutture critiche  (LCCIs). Identificazione e analisi della loro vulnerabilità (fattori umani dominanti). Metodo A Metodologia sistemica per reti decisionali basata sul generico modello IPK (information, preferences, knowledge): meta-teoria TOGA Modellazione: Precautionary Principle in decision-making Contributo ENEA B - Analisi socio-cognitiva (un nodo) dei processi decisionali umani di tipo manageriale: due livelli: sub-simbolico e simbolico, dal punto di vista dei errori umani Contributo ECONA C - Analisi socio-tecnologica (rete organizzativa) dal punto di vista della comunicazione e degli errori organizzativi. Contributo Tor Vergata DII

53 SPIII. 5 Interdipendenza tra reti complesse
Obiettivi Lo scopo finale di SPIII5 è la realizzazione di una piattaforma di integrazione di diversi strumenti di simulazione eterogenei dove sia possibile eseguire in modo automatico scenari di guasto o attacco, per evidenziare le problematiche di “interdipendenza” fra differenti reti complesse La piattaforma risiederà su uno specifico nodo della GRID e dovrà poter fornire questi servizi ad utenti che risiedono su un nodo qualunque della GRID Partners CRIAI Un. Tor Vergata Un. Campus Biomedico

54 MIDDLEWARE GESTIONE RICHIESTE
SPIII.5 UTENTI/INTERFACCIA GIS MIDDLEWARE GESTIONE RICHIESTE Modello di Società ad Agenti Modello Entità - Risorse ENEA CRIAI CAMPUS BIOMEDICO Tor Vergata MIDDLEWARE INTERFACCIAMENTO SIMULATORI CRIAI SIMULATORE RETE ELETTRICA SIMULATORE RETE TELECOM SIMULATORE Infrastruttura n ENEA

55 Protocollo proprietario
SPIII.5 CRIAI Web Browser Application Server J2EE servlet container CLIENT ASSOCIA SIMULATORE 1 Wrapper 1 HTTP SIMULATORE 2 Wrapper 2 XML SOAP Modello di società ad Agenti Modello Entità Risorse XML/SOAP LOGIN SLA GET POST CONFIGURE SIMULATION SHOW Simulatori Legacy Protocollo proprietario

56 Stato di avanzamento dei lavori
SPIII.5 Stato di avanzamento dei lavori Middleware gestione richieste tra utente e modelli di simulazione (ASSOCIA): terminato e funzionante Simulatori delle interdipendenze di tipo Società ad Agenti (REPAST) e Entità-Risorse (CISIA): terminati e funzionanti ASSOCIA + REPAST: -settaggio parametri e avvio simulazione funzionante ASSOCIA + CISIA: -configurazione entità/relazioni funzionante -avvio simulazione in fase di elaborazione Modello ad Agenti integrato con Omnet: terminato e funzionante Modello ad Agenti integrato con e-Agora: in fase di conclusione Modello Entità-Risorse integrato con Omnet: in fase di elaborazione Modello Entità-Risorse integrato con e-Agora: in fase di elaborazione Middleware interfacciamento simulatori di dominio: in fase di eleborazione

57 SPIII.6 Sistema Informativo geografico per la Salvaguardia delle Infrastrutture e della popolazione (SISI) Ambito: LINEA DI ATTIVITA' III - Sviluppo di modelli di simulazione ed analisi delle Reti tecnologiche complesse e delle loro interdipendenze. SP.III.6 – SISI: Sistema Informativo per la Salvaguardia delle Infrastrutture e della popolazione (ENEA Dipart. ACS - Ambiente, Cambiamenti Globali e Sviluppo Sostenibile) Obiettivi: Il sistema SISI persegue un innovativo “approccio diagnostico” nei confronti dell’analisi della vulnerabilità del territorio, quale passo propedeutico ad efficaci misure di salvaguardia e/o opzioni di adattamento rispetto a fenomeni o eventi naturali o antropici . L’obiettivo primario di tale strumento consiste nel localizzare elementi o siti territoriali vulnerabili, ricercandoli secondo criteri di vulnerabilità espressi di volta in volta dall’utilizzatore e nel rispetto delle peculiarità del territorio. Quanti siti simili esistono sul territorio? E dove sono localizzati? I moduli elaborativi di SISI sono specificatamente progettati per scandire sistematicamente il territorio e rispondere a tali interrogazioni. Inoltre il sistema delimita e restituisce cartograficamente le aree vulnerabili identificate. 57

58 COMPONENTI E FASI ELABORATIVE
WEB_GIS Definizione ed inserimento dei criteri di vulnerabilità e di ricerca BANCA DATI GEOSPAZIALE MODULI SW DI DIAGNOSTICA: RICERCA, INDIVIDUAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI SITI VULNERABILI (secondo i criteri definiti dall’utilizzatore) DELIMITAZIONE DI AREE VULNERABILI RESTITUZIONE DI MAPPE DI AREE VULNERABILI Banca dati geospaziale Archivia e gestisce i livelli informativi necessari per la descrizione virtuale del territorio dettagliata ed aggiornata Componenti e fasi elaborative Innovativi metodi ed algoritmi di analisi e modellistica geospaziale in ambiente GIS WEB_GIS Accesso via internet ed utilizzo ai fini della definizione di misure per la salvaguardia delle infrastrutture e della popolazione Scala Nazionale SELEZIONE SITI PILOTA Scala di dettaglio MODULI SW DI SIMULAZIONE: Progettazione e sviluppo di modelli di simulazione per l’esecuzione di indagini di dettaglio su siti pilota vulnerabili rispetto a specifici fenomeni o eventi avversi. 58

59 Componente elaborativa “SISI AnalyzeTool”
E’ in corso lo sviluppo e l’implementazione, mediante specifici ambienti di programmazione, di innovativi Moduli SW per la ricerca e l’individuazione dei Siti Vulnerabili presenti sul territorio. I criteri di vulnerabilità sono interrogazioni al Sistema. Ad esempio: Selezionare i centri densamente abitati, gli insediamenti produttivi, le reti di trasporto, ecc. compresi entro un raggio assegnato (ad esempio 1 km) e caratterizzati da predefinite distanze reciproche (ad esempio a 200 m l’uno dall’altro) Localizzare le aree urbane nelle cui vicinanze sono presenti raffinerie, depositi di carburante, impianti di trattamento di reflui e rifiuti solidi, industrie, reti di trasporto e corsi d’acqua superficiali Selezionare, in base a caratteristiche morfologiche, le cosiddette “coste basse” (ossia le spiagge), che rappresentano la tipologia di coste potenzialmente vulnerabile a fenomeni di risalita del moto ondoso in occasione di eventi di mareggiata Selezionare le aree caratterizzate dalla presenza, in un dato raggio, di due o più possibili bersagli o fonti di rischio (ad es. intersezioni tra reti di trasporto e reticolo idrografico naturale o artificiale; contiguità tra diverse attività produttive che possono avere impatto negativo l’uno sull’altro, ecc…) 59

60 RISULTATO: Mappa delle Aree vulnerabili
Delimitazione delle Aree vulnerabili come aggregato di Siti Vulnerabili contigui Esempio di criterio di vulnerabilità e di ricerca di Siti Vulnerabili: Si vogliono individuare quei punti del territorio nel cui intorno di raggio 1 km coesistono una serie di elementi territoriali. Nell’esempio: Aree Urbane Reticolo Idrografico Rete Ferroviaria Rete stradale Contemporaneamente essi sono incrociati con la Carta della Vulnerabilità idrogeologica. 60

61 Centro Computazionale di RicErca sui
CRESCO Centro Computazionale di RicErca sui Sistemi Complessi