Analisi di metodologie basate su informazioni di contesto per la gestione di chiamate di emergenza su IMS

Cap. 1 - Introduzione
Capitolo 1
Introduzione Il problema della pubblica sicurezza è più che mai attuale, dato che tutt'oggi incidenti 
e catastrofi naturali sono all’ordine del giorno, presentando problemi di gestione non 
indifferenti.
All'interno di queste situazioni problematiche sono di fondamentale importanza le 
comunicazioni, che devono essere il più efficienti possibile per permettere la 
coordinazione delle operazioni di soccorso. Questo problema è ovviamente oggetto 
di interesse nel settore delle telecomunicazioni. In particolare, il Cefriel di Milano sta 
partecipando, in collaborazione al Politecnico di Torino, al progetto PICO, il cui 
scopo è la creazione di una piattaforma di controllo e distribuzione di servizi in uno 
scenario NGN
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(Next Generation Network)  e ambisce a fornire servizi di 
1Con la locuzione NGN si indica la futura evoluzione delle reti di telecomunicazioni verso una 
tipologia di rete che consenta il trasporto di tutte le informazioni ed i servizi (voce, dati, 
comunicazioni multimediali) incapsulando le stesse in pacchetti: nella maggior parte dei casi le reti di 
tipo NGN sono infatti basate su protocollo IP. La ITU-T (International Telecommunication Union - 
Telecommunication Standardization Bureau, ovvero il settore della Unione Internazionale delle 
Telecomunicazioni che si occupa di regolamentare le telecomunicazioni, fornendo delle specifiche 
standard riconosciute a livello internazionale) stessa la definisce come rete a commutazione di 
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Cap. 1 - Introduzione
telecomunicazione innovativi per utenti differenziati in situazioni d’emergenza, 
relativamente sia alla prevenzione che all’intervento in caso di necessità, sfruttando 
le potenzialità offerte dalle Internet Technologies (IT) [2].
All'interno del progetto PICO si colloca questo lavoro di tesi, il cui scopo è quello di 
individuare metodi di gestione delle chiamate d'emergenza che possano aumentare 
l'efficacia della comunicazione. Sfruttando nel modo adeguato le opportunità offerte 
dalle IT, è possibile instaurare canali di comunicazione che non si limitino alla 
comunicazione vocale, ma che possano coinvolgere l'uso di applicazioni ad-hoc volte 
ad arricchire il flusso di informazioni scambiate tra il chiamante (richiedente 
l'intervento di soccorso) al centro di smistamento delle chiamate, per raggiungere lo 
scopo di un'associazione client – server ottimale, che permetta di sfruttare appieno le 
potenzialità di entrambe le parti.
Più precisamente, si intende sfruttare la possibilità di trasportare più informazioni 
usando l’architettura di rete NGN di quanto sia possibile fare usando la tradizionale 
PSTN
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 (Public Switched Telephone Network) nello stesso intervallo di tempo.
Obiettivo di questo lavoro di tesi di ricerca è quindi la creazione di un algoritmo 
efficiente per la selezione del server più idoneo rispetto alle caratteristiche dell'utente 
che richiede il servizio. 
Per svolgere il lavoro, si è partiti dalla considerazione di ciò che già esisteva. In 
particolare, sapendo dell'esistenza di gruppi di lavoro dedicati allo studio della 
gestione delle chiamate d'emergenza in NGN (in particolare ECRIT, facente parte di 
IETF) si sono studiati i protocolli già esistenti riguardanti il problema (in particolare 
LoST, di cui si parlerà nel capitolo 2, standardizzato appunto da ECRIT) e il sistema 
IMS, che si usa per l'implementazione del sistema ideato.
Per cominciare, si è analizzato con particolare attenzione l'aspetto di 
“contextawareness”, poiché in base agli aspetti ritenuti caratterizzanti del contesto in 
cui si trova l'utente, per la scelta del server verrà elaborato l'algoritmo di selezione. In 
particolare, quali caratteristiche aggiuntive oltre all'informazione di localizzazione 
pacchetto che fornisce servizi ed è in grado di far uso di tecnologie a banda larga multipla e di 
trasporto basato sulla QoS (Quality of Service, qualità del servizio percepito dall’utente), nella quale 
le funzionalità correlate alla fornitura dei servizi siano indipendenti dalle tecnologie di trasporto 
utilizzate. Offre un accesso non limitato agli utenti a diversi service provider, e supporta una mobilità 
generalizzata consentendo la fornitura consistente ed ubiqua di servizi agli utenti. [1]
2  La PSTN è la rete telefonica pubblica, la più grande rete per le telecomunicazioni esistente al 
mondo, che copre l’intero pianeta e alla quale chiunque può accedere.
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Cap. 1 - Introduzione
possono risultare interessanti al fine di un instradamento più mirato delle chiamate 
d'emergenza. 
Una volta stabiliti questi indicatori determinanti, sono state formulate alcune varianti 
di algoritmi decisionali, che verranno poi implementati su una piattaforma reale e 
funzionante. Si passerà infine alla fase di test per verificare la funzionalità dei metodi 
proposti. Sarà importante anche stabilire quali aspetti sono da tenere in 
considerazione per realizzare una valutazione realistica ed accurata delle prestazioni 
del sistema, che permetta di decidere quale metodo usare per soddisfare le proprie 
esigenze.
Nel Capitolo 2 verrà esposto lo stato dell'arte, spiegando più dettagliatamente il 
progetto PICO, ed illustrando gli organi esistenti, e i relativi protocolli prodotti, che 
stanno lavorando al problema della gestione delle chiamate d'emergenze nelle NGN.
Il progetto PICO prevede di lavorare in ambiente IMS (IP Multimedia Subsystem), 
un’architettura di rete per la convergenza di tutti i dispositivi di telecomunicazione 
(fissi e mobili) in un’unica rete IP, per offrire servizi voce e multimediali. Nel 
Capitolo 3 viene affrontata l'analisi del sistema IMS, compresa la sua 
implementazione OpenIMSCore, usata per creare l'apparato di simulazione che 
servirà a costruire la piattaforma di test di simulazione del progetto di tesi.
Nel Capitolo 4 Si passerà all'esposizione degli algoritmi formulati per risolvere il 
problema, mentre il Capitolo 5 tratta l'implementazione del sistema e l'analisi dei 
risultati ottenuti dalle simulazioni.
Nel Capitolo 6 vengono tratte le conclusioni, con alcune considerazioni sugli 
sviluppi futuri.
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Cap. 2 – Stato dell’arte: PICO, ECRIT e LoST
Capitolo 2
Stato dell’arte:
PICO, ECRIT e LoST In questo capitolo introduttivo si analizzerà lo stato dell’arte, presentando il progetto 
PICO, all’interno del quale si inserisce il lavoro di tesi, e ciò che già esisteva in 
relazione all’argomento di chiamate d’emergenza in ambiente IP, i lavori di ricerca e 
i protocolli prodotti.
2.1 Introduzione al problema della pubblica sicurezza La pubblica sicurezza è sempre stata un punto cruciale per ogni nazione. 
Attualmente, lo sviluppo delle tecnologie di comunicazione permette di rendere 
l’intero apparato dedicato a questo scopo più efficiente sfruttando le potenzialità dei 
sistemi di ultima generazione. 
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Cap. 2 – Stato dell’arte: PICO, ECRIT e LoST
Il progetto PICO
3
, nato dalla collaborazione di CEFRIEL e Politecnico di Torino, ha 
come obiettivoil raggiungimento di questa maggior efficienza sfruttando le IT 
(Internet Technologies).  PICO ambisce a creare una piattaforma di controllo e 
distribuzione di servizi in uno scenario NGN
4
(Next Generation Network)  e ambisce 
a fornire servizi di telecomunicazione innovativi per utenti differenziati in situazioni 
d’emergenza, relativamente sia alla prevenzione che all’intervento in caso di 
necessità [2].
In questo lavoro, l’attenzione volge in particolare alla gestione delle chiamate 
d’emergenza usando comunicazioni SIP
5
 (Session InitiationProtocol, [3]) in diversi 
scenari, quali emergenza medica, incidente stradale, incendio, o simili. Lo scopo del 
lavoro è quello di realizzare un sistema di comunicazione che, traendo vantaggio 
dalle possibilità offerte dalle IT, riesca a facilitare le operazioni di soccorso.
Più precisamente, si intende sfruttare la possibilità di trasportare più informazioni 
usando l’architettura di rete NGN di quanto sia possibile fare usando la tradizionale 
PSTN
6
(Public Switched Telephone Network, [4]) nello stesso intervallo di tempo.
L’utilizzo del protocollo SIP in situazioni di emergenza è una tematica che viene 
3 Il sito ufficiale del progetto, all’interno del quale si possono trovare l’elenco dei documenti stilati e i 
contatti dei responsabili all’interno di CEFRIEL e Politecnico di Torino, è 
http://softeng.polito.it/pico/index.html.
4 Con la locuzione NGN si indica la futura evoluzione delle reti di telecomunicazioni verso una 
tipologia di rete che consenta il trasporto di tutte le informazioni ed i servizi (voce, dati, 
comunicazioni multimediali) incapsulando le stesse in pacchetti: nella maggior parte dei casi le reti di 
tipo NGN sono infatti basate su protocollo IP. La ITU-T (International Telecommunication Union - 
Telecommunication Standardization Bureau, ovvero il settore della Unione Internazionale delle 
Telecomunicazioni che si occupa di regolamentare le telecomunicazioni, fornendo delle specifiche 
standard riconosciute a livello internazionale) stessa la definisce come rete a commutazione di 
pacchetto che fornisce servizi ed è in grado di far uso di tecnologie a banda larga multipla e di 
trasporto basato sulla QoS (Quality of Service, qualità del servizio percepito dall’utente), nella quale 
le funzionalità correlate alla fornitura dei servizi siano indipendenti dalle tecnologie di trasporto 
utilizzate. Offre un accesso non limitato agli utenti a diversi service provider, e supporta una mobilità 
generalizzata consentendo la fornitura consistente ed ubiqua di servizi agli utenti.
5 SIP è un protocollo basato su IP, definito dalla RFC 3261, impiegato principalmente per 
applicazioni di telefonia su IP, ovvero VoIP (Voice over IP).
6 La PSTN è la rete telefonica pubblica, la più grande rete per le telecomunicazioni esistente al 
mondo, che copre l’intero pianeta e alla quale chiunque può accedere.
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Cap. 2 – Stato dell’arte: PICO, ECRIT e LoST
analizzata anche da un gruppo di lavoro di IETF 
7
(Internet Engineering Task Force, 
[5]), ECRIT
8
 (Emergency Context Resolution with Internet Technologies [6]), 
adibito allo studio delle chiamate d’emergenza in ambiente VoIP, che ha prodotto 
LoST, il protocollo descritto nel RFC 5222 [7],e che ha lo scopo di fornire una 
descrizione dei casi in cui è adeguato usare IT e come sfruttarle per gestire il routing 
delle chiamate d’emergenza.
LoST è l’acronimo di Location-to-Service Translation Protocol, un protocollo basato 
su XML che ha la funzione di effettuare il mapping tra identificativi di servizio e 
informazioni di localizzazione geografica o tramite indirizzo civico su contatti URI 
di servizio. In particolare, lo si usa per determinare la centrale telefonica adeguata da 
associare all’utente che effettua la chiamata d’emergenza.
2.2 Il progetto PICO L’idea progettuale alla base di tutto il sistema PICO è la realizzazione di sistemi di 
telecomunicazione innovativi a larga banda per utenze differenziate in materia di 
sicurezza, prevenzione e intervento in caso di catastrofi naturali. 
L’obiettivo del progetto è lo studio e sperimentazione della distribuzione di servizi 
innovativi in un ambiente IMS
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(IP Multimedia Subsystem, [8]), all’interno del quale 
la struttura della piattaforma architetturale IMS deve essere adattata ed estesa per 
adeguarsi al contesto di lavoro. Gli obiettivi specifici consistono 
nell’implementazione di prototipi e nell’analisi delle prestazioni dei servizi offerti 
7 La IETF è una comunità aperta di tecnici, specialisti e ricercatori interessati all’evoluzione tecnica e 
tecnologica di Internet. Ciò che la differenzia dagli enti di standardizzarne più tradizionali è la sua 
struttura aperta: il lavoro viene svolto da gruppi di lavoro (workinggroups, come appunto ECRIT) che 
operano soprattutto tramite Mailing list (sistema organizzato per la partecipazione di più persone in 
una discussione asincrona tramite email), aperte alla partecipazione di chiunque sia interessato [5].
8 Tutta la documentazione e i contatti di questo gruppo di lavoro sono reperibili all’indirizzo internet 
http://www.ietf.org/dyn/wg/charter/ecrit-charter.html.
9 IMS è un’architettura di rete per la convergenza di tutti i dispositivi telecomunicazione (fissi e 
mobili) in un’unica rete IP, per offrire servizi e voce multimediali. Di IMS parleremo 
approfonditamente all’interno del cap. 2 [8].
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Cap. 2 – Stato dell’arte: PICO, ECRIT e LoST
dal sistema IMS in termini di streaming applicativo con proprietà di “context-
awareness” 10
 che, più in generale, si traducono nella disponibilità di applicazioni 
fruibili da remoto tramite infrastrutture virtuali in termini di protocolli, requisiti 
necessari, caratteristiche di compatibilità.  Si dovrebbe quindi giungere 
all’allestimento di raccomandazioni e linee guida per la previsione delle prestazioni 
sulla piattaforma di distribuzione del servizio. 
Lo svolgimento del lavoro è organizzato in fasi successive. La prima di queste 
prevede la studio degli scenari applicativi del progetto, con particolare attenzione ai 
dettagli tecnici che andranno ad influenzare le scelte progettuali all’interno 
dell’architettura di rete. E’ da ricordare, infatti, che un aspetto fondamentale del 
progetto è proprio il “context-awareness”. Questo aspetto verrà largamente sfruttato 
nello step successivo, che studia le problematiche relative alla fornitura di servizi che 
si adattino in modo continuo e trasparente al contesto dell’utente, definito in termini 
di locazione, dispositivo in uso, ed altre variabili da stabilire in sede progettuale. Il 
passo successivo sarà la realizzazione di un prototipo del sistema, per poi effettuare 
test che permettano di valutare le prestazioni della piattaforma realizzata. 
In Fig.2.1 si ha un esempio schematico delle principali parti in gioco nel sistema di 
gestione delle situazioni d’emergenza.
10 Con la locuzione “context-awareness” si indica una modalità di computing che tenga conto dei 
cambiamenti dell’ambiente all’interno del quale si trova il sistema, che altrimenti è statico.
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Cap. 2 – Stato dell’arte: PICO, ECRIT e LoST
Fig.2.1: Panoramica delle entità in gioco 2.2.1 Scenari applicativi Come si è accennato in precedenza, la prima fase del progetto consisteva nello studio 
degli scenari applicativi, ovvero nella stesura di descrizioni di situazioni reali 
all’interno delle quali sarebbe stato necessario effettuare interventi d’emergenza. 
Dalla descrizione minuziosa delle operazioni di soccorso da compiere per agire nel 
modo più efficiente possibile vengono estratti i dettagli che serviranno a stabilire le 
caratteristiche tecniche che il sistema di comunicazione dovrà possedere per 
costituire  effettivamente un apparato che migliori la funzionalità dell’intervento. 
Nello specifico, all’interno del progetto PICO sono state considerate tre entità adibite 
alla gestione della pubblica sicurezza: vigili del fuoco (internazionalmente conosciuti 
come Fire Fighter, e quindi denominati FF nella documentazione del progetto), forze 
di polizia (Law Enforcement, LE) e operatori di servizi di emergenza medica 
(Emergency Medical Services, EMS).
E’ necessario tenere presente alcuni aspetti fondamentali per il funzionamento 
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Cap. 2 – Stato dell’arte: PICO, ECRIT e LoST
efficiente della piattaforma di comunicazione: velocità di connessione, 
interoperabilità, funzionalità, sicurezza delle operazioni, fornendo larga banda per 
permettere il trasferimento di contenuti multimediali. 
Prima di spiegare con maggiori dettagli gli scenari applicativi considerati, è 
necessario accennare alle caratteristiche che i dispositivi in uso dovrebbero 
possedere, per poter fare una stima realistica delle applicazioni implementabili. 
I dispositivi devono avere diverse interfacce per adattarsi all’utente che li sta 
impiegando e per interagire con i sistemi di comunicazione già esistenti, e devono 
essere resistenti alle condizioni ambientali, spesso ostiche, all’interno delle quali 
verranno usati. Oltre all’uso di questi particolari apparati, si può ipotizzare la 
presenza sul luogo dell’emergenza di diversi sensori, il cui compito potrebbe essere il 
rilevamento delle condizioni atmosferiche, il monitoraggio di zone a rischio,la 
misurazione dei parametri vitali dei soccorritori, e così via. Tutti i dispositivi in uso, 
comunque, devono essere in grado di interfacciarsi con la piattaforma NGN che si 
intende implementare.
Per rendere realistici gli scenari si sono immaginate delle situazioni concrete, 
tenendo in considerazione in particolare le necessità e le capacità degli operatori di 
soccorso. Verranno descritti il caso di emergenza medica, incendio domestico, stop 
del traffico, e, per simulare un caso di interoperabilità tra tutte le forze di pubblica 
sicurezza, esplosione.
Prima di avere una panoramica delle diverse situazioni esemplificative, è necessario 
puntualizzare che ogni utente in possesso di PSCD (Public Safety Communication 
Device), ovvero il dispositivo che permette di comunicare con la centrale di 
soccorso, deve effettuare una determinata procedura di autenticazione all’accensione 
dell’apparato. Per motividi sicurezza, infatti, sarà necessario autenticarsi, fornendo il 
proprio profilo alla centrale operativa. Inoltre, è doveroso accennare al fatto che si 
suppone un’organizzazione gerarchica delle reti. 
In Fig. 2.2 si ha una rappresentazione schematica dell’organizzazione gerarchica 
delle reti usate, che sono:
- PAN (Personal Area Network): è la rete formata dal dispositivo dell’operatore 
(anche più di uno, se presenti, dipende dal tipo di operatore) e dall’apparecchiatura a 
bordo del proprio mezzo di soccorso.
- IAN (Incident Area Network): è la rete formata sul luogo dell’incidente (con 
“incidente” si intende la situazione critica generica alla quale si sta prestando 
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