Diapositiva 1

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ITALIAN NATIONAL AGENCY
FOR NEW TECNOLOGY, ENERGY
AND THE ENVIRONMENT
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Programma Operativo Nazionale 2000-2006 Ricerca
Scientifica, Sviluppo Tecnologico, Alta
Formazione Misura II.2 Società
dellInformazione per il Sistema Scientifico
Meridionale Azione a Sistemi di calcolo e
simulazione ad alte prestazioni
CRESCO Centro Computazionale di RicErca sui
Sistemi Complessi
www.cresco.enea.it
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Il Progetto CRESCOCentro 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 RS di punta
  dellENEA che richiedano lutilizzo 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

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Macrostruttura del progetto
Prof. Jack Dongarra Prof. Umberto Ferrari Prof.
Agostino Mathis Prof. Salvatore Tucci Prof.
Samuel Varnado
Direttore CAMO
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Situazione finanziaria al 14/11/07
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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.

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Ripartizione delle risorse per macrocategoria (K)
Valore complessivo del Progetto ca. 9.300.000
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ICT SCENARIO EVOLUTIVO
ENEA (CRESCO 180)
ENEA
Previsione 500
Evoluzione nel tempo dei computer ad alte
prestazioni
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ENEA CRESCO SupercomputerN 180 Top500 Novembre
2007
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Cronogramma1 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 dellintera infrastruttura                                  
Tutti gli altri Sottoprogetti                                    
Progettazione delle attività di RS nella tematica applicativa                                  
Sviluppo di modelli e codici, realizzazione di Software applicativi                                  
Implementazione di modelli, codici, ecc. per lutilizzo sulla piattaforma                                  
Produzione, elaborazione e pubblicazione dei risultati di RS                                  
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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

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LA I Realizzazione del Polo di calcolo e
sviluppo di nuove funzionalità di GRID
Computing

• Sottoprogetti
• SP I.1 Realizzazione dellinfrastruttura HPCN
• SP I.2 Sviluppo ed integrazione
  dellarchitettura GRID e di grafica 3D
• SP I.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici
  applicativi in settori di RS di punta
• SP I.4 Progettazione e sviluppo di librerie per
  limplementazione efficiente e parallela di
  nuclei computazionali su dispositivi FPGA
  integrati in un ambiente GRID
• SP I.5 Web archives

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SP I.1 Realizzazione dellinfrastruttura 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 levoluzione a 1 Gbit/s
  entro Giugno.
• Acquisizione Supercalcolatore
• In fase di installazione

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SP I.1 Realizzazione dellinfrastruttura HPCN

• Sala Calcolo CRESCO (ENEA-Portici)

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SPI.2 Sviluppo ed integrazione
dellarchitetturaGRID 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, sullENEA-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.

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SPI.2 Struttura generale dati CRESCO(operativa)
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WARC amministratori super e di Sito
SPI.2
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AMACA (AFS Memorize And Check Application)?
SPI.2

• Strumento integrato di monitoraggio, controllo e
  storicizzazione di componenti ed eventi di Andrew
  File System (cardine dellinfrastruttura
  ENEA-Grid)?
• Realizzato nellambito 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 dellamministratore

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Integrazione nella GRID ENEA di sistemi
Windows
SPI.2

• 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

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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
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SPI.2 Sviluppo ed integrazione dellarchitettura
GRID e di grafica 3D

• Tools per analisi immagine
• Sono stati sviluppati e sono in corso di
  sviluppo tools per lanalisi delle immagini dei
  plasmi termonucleari provenienti dalle
  telecamere FTU ( Frascati Tokamack Upgrade).
  Linsieme 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
  nellambiente di visualizzazione VegaPrime, in
  rete sia locale che geografica.
• RV Customizing tools
• E in corso lintegrazione in AFS
  dellapplicativo sviluppato, nellambito
  dellattività 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 lesecuzione
  della scena virtuale. Si dovrà procedere alla sua
  installazione nella GRID-ENEA, nellarea del
  progetto CRESCO, e quindi configurare e testare
  lapplicativo 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. Lobiettivo è quello di creare contenuti
  dimostrativi, delle applicazione e dei dati
  sviluppati, tramite filmati, anche in modalità
  stereoscopica, in modo da non utilizzare
  direttamente lapplicativo.

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

• Sono stati sviluppati tools per lanalisi 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

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SPI.2 Analisi ed ottimizzazione di strumenti
Software per l'utilizzo di IDL sulla GRID ENEA
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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 allinterno della Grid
  Enea.

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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.

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SPI.2.3 Integrazione del controllo remotodi un
microscopio TEM

• Realizzata lintegrazione di base, è in corso
  unattività di ricerca e sviluppo per realizzare
  un laboratorio virtuale per la microscopia TEM

Videocomunicazione
New In fase di completamento il sistema di
controllo locale e laumento di banda a presso
lENEA di Brindisi
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SPI.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici
applicativi in settori di RS 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
  dellENEA-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

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SPI.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici
applicativi in settori di RS 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.

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Programmazione parallela in ambiente Matlab
(Libreria MatlabMPI del M.I.T)
SPI.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici
applicativi in settori di RS di punta

• E stata installata su AFS per la versione
  7.0.1 (R14) di Matlab.
• Permette lattivazione 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.
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SPI.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici
applicativi in settori di RS di punta

• Realizzata unanalisi 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

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SPI.5 Web archive

• Sono continuati i test di UbiCrawler sviluppato
  ed integrato in ENEA-GRID è iniziata lattività
  di installazione definitiva in previsione
  dellarrivo dello storage necessario e della
  connettività GARR opportuna.

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LA II Riassunto attività
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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

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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.

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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.

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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.

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SP II.2 Bioinformatica per la creazione di
modelli di reti metaboliche e genetiche
E stato messo a punto il database sullattivita
di sintesi dei PHA che è ora disponibile al sito
http//www.ylichron.it/PHA_Pseudomonas_DB/ Il
sito verra migrato, appena possibile, sulle
macchine del progetto.
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SP II.2
Simulazione del metabolismo degli acidi grassi
Biosynthetic pathway for mcl-PHA from fatty acid
Fatty acid b-oxydation
Il tool E-Cell (simulatore delle reazioni
biochimiche cellulari) è stato inserito
allinterno di un codice di ottimizzazione
(basato su algoritmi genetici) per la
determinazione di parametri cinetici non noti nel
pathway di produzione dei PHA
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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
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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
  allaccoppiamento 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
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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 lutilizzo 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 luso 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 sullinfrastruttura ENEA GRID
(CPMD, Siesta.)
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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

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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 unattività 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 delladozione di
  algoritmi di riconfigurazione per far fronte a
  certe modifiche topologiche della rete.
• Partner
• Università di Catania

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Analisi e misura delle differenze
prestazionalitra una Internet Network ed una
Random Network.
SPIII.1 Fisica delle reti complesse
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
• Lutilizzo del simulatore permette la ricerca del
  punto di congestione delle due diverse tipologie
  di rete, attraverso lanalisi 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.

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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). Lobiettivo
  sarà perseguito attraverso
• Formulazione di nuove teorie, investigazione di
  codici di analisi, realizzazione di un ambiente
  di modellazione. Lambiente 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 lanalisi 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

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SPIII.2
Uso del simulatore NS2

• NS2 (Network Simulator 2) è installato sul
  GRID-ENEA
• Lanciatori
• NS2 ? netsim2
• NAM (Network AniMator) ? ns2namtool
• Xgraph ? ns2xgraph
• Larea progettuale di riferimento è
  cresco/LA3/cresco_sp32_enea ed è raggiungibile
• /afs/enea.it/project/cresco/LA3/cresco_sp32_enea
• http//www.cresco.enea.it/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

Cluster Frascati Frascati Casaccia Brindisi Portici trisaia
Hosts bw305-1 lin4p feronix0 campus03 lazarus campus03

• Molto presto sarà disponibile anche la
  versione parallela di NS2
• PDNS (Parellel Distribuited NS2)

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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

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SPIII.2
Rete di telecontrollo di ACEA distribuzione
(SCADA)

• Riferimento al black out del 1gennaio 2004
  avvenuto a TorPagnotta.

• Implementazione del protocollo IEC870 -5-101/105
  specifico per le reti di telecontrollo delle reti
  di distribuzione dellenergia 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.

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Network Reliability Analyzer (NRA) una prima
approssimata modellazione della rete elettrica
SPIII.2

• 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 laffidabilità.

Binary Decision Diagram
Schema rete
elettrica
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SPIII.3 Modelli e strumenti di supporto alla
ottimizzazione e riconfigurazione delle reti

• Obiettivi
• Progettazione e sviluppo di un package per
  lottimizzazione 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

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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 (02/04/2007 -
  31/03/2008) 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
  (01/05/2007 - 30/05/2008) 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
  (01/05/2007 - 30/05/2008) 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 (01/05/2007 -
  30/05/2008) Analisi su come garantire l
  equilibrio tra la richiesta di utilizzo ed il
  livello di servizio del sistema stesso.
• Implementazione degli algoritmi (01/10/2007 -
  30/10/2008) Implementazione di due algoritmi che
  consentono di modellare e simulare il
  comportamento del carico sulla rete utilizzando
  due differenti tipologie di routing

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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, http//erg4146.casaccia.en
ea.it/SC-CRESCO/index00.html 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
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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

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SPIII.5
CAMPUS BIOMEDICO
Tor Vergata
MIDDLEWARE INTERFACCIAMENTO SIMULATORI
CRIAI
SIMULATORE RETE ELETTRICA
SIMULATORE RETE TELECOM
SIMULATORE Infrastruttura n
ENEA
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SPIII.5
CRIAI
Protocollo proprietario
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Stato di avanzamento dei lavori
SPIII.5
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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
  dellanalisi 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 .
  Lobiettivo primario di tale strumento consiste
  nel localizzare elementi o siti territoriali
  vulnerabili, ricercandoli secondo criteri di
  vulnerabilità espressi di volta in volta
  dallutilizzatore 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.
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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
  dallutilizzatore)
• 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
lesecuzione di indagini di dettaglio su siti
pilota vulnerabili rispetto a specifici fenomeni
o eventi avversi.
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Componente elaborativa SISI AnalyzeTool
E in corso lo sviluppo e limplementazione,
mediante specifici ambienti di programmazione, di
innovativi Moduli SW per la ricerca e
lindividuazione 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 luno
  dallaltro)
• 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 dacqua 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 luno sullaltro, ecc)

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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. Nellesempio
• Aree Urbane
• Reticolo Idrografico
• Rete Ferroviaria
• Rete stradale
• Contemporaneamente essi sono incrociati con la
  Carta della Vulnerabilità idrogeologica.

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CRESCO Centro Computazionale di RicErca
sui Sistemi Complessi www.cresco.enea.it