Navigare Sicuri: Come Ontologie e Reti MANET Stanno Rivoluzionando la Comunicazione Anti-Collisione in Mare

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi appassiona molto e che credo possa davvero fare la differenza nella sicurezza marittima. Navigare i mari è un’avventura incredibile, ma nasconde anche insidie. Sapete qual è una delle cause principali degli incidenti, specialmente le collisioni? L’errore umano. E molto spesso, questo errore si annida nella comunicazione tra le navi.

Abbiamo assistito a un aumento preoccupante degli incidenti marittimi negli ultimi anni. Le cause sono molteplici: traffico navale più intenso, rotte più complesse, nuove tecnologie come le navi autonome che aggiungono ulteriori strati di complessità. Ma un dato salta all’occhio: secondo l’Agenzia Europea per la Sicurezza Marittima (EMSA), tra il 2014 e il 2022, quasi il 60% degli incidenti è stato causato da azioni umane!

Il Problema: Quando la Comunicazione Fa Acqua

Pensateci: due navi in rotta di collisione, magari di notte o nella nebbia. Si affidano al VHF, il classico canale radio. Ma qui iniziano i problemi:

• Sovraccarico di comunicazione: Troppe chiacchiere inutili sullo stesso canale.
• Problemi linguistici: L’inglese marittimo non è sempre parlato fluentemente da tutti.
• Ambiguità: Messaggi poco chiari, fraintendimenti (“la nave… uhm… quella là davanti a te”… ma quale?).
• Mancanza di comunicazione: A volte, proprio quando servirebbe, non si comunica affatto.
• Eccessiva fiducia nel visivo: Ci si fida troppo di quello che si vede, anche quando la visibilità è scarsa.

Questi problemi possono trasformare una situazione potenzialmente gestibile in un disastro. Abbiamo analizzato diversi incidenti reali, come una collisione avvenuta nello Stretto di Gibilterra, un’area ad altissimo traffico, e abbiamo visto come una comunicazione inefficace sia stata un fattore determinante. È chiaro che serve un approccio nuovo, più strutturato e affidabile.

La Nostra Soluzione (Parte 1): Le Ontologie, il “Dizionario Intelligente” del Mare

Ed è qui che entra in gioco la nostra idea. Abbiamo pensato: e se potessimo creare un linguaggio comune, preciso e inequivocabile per le comunicazioni anti-collisione? La risposta l’abbiamo trovata nelle ontologie.

Cosa sono? Immaginatele come un vocabolario super-organizzato e formale, una sorta di “dizionario intelligente” condiviso. Un’ontologia definisce i concetti chiave di un dominio (nel nostro caso, la navigazione e la comunicazione marittima), le loro proprietà e le relazioni tra di essi. È una “specifica formale ed esplicita di una concettualizzazione condivisa”, come disse Gruber nel 1993.

Abbiamo sviluppato un modello ontologico specifico per la comunicazione marittima. Questo modello include:

• Classi di concetti (es. tipi di navi, manovre, intenzioni).
• Relazioni tra concetti (es. una nave “sta eseguendo” una manovra).
• Assiomi e regole logiche per garantire coerenza.
• Due funzioni chiave, che abbiamo chiamato f e g. La funzione f genera il messaggio in modo strutturato partendo dall’intenzione del mittente, mentre la funzione g interpreta il messaggio ricevuto in modo univoco dal destinatario.

L’obiettivo? Eliminare l’ambiguità. Invece di dire “Hey tu, nave a dritta, che fai?”, il sistema genera un messaggio standardizzato, chiaro e interpretabile senza errori da un altro sistema (o da un navigatore tramite un’interfaccia). Pensate a messaggi predefiniti ma contestualizzati, tipo “Nave [MMSI], Intenzione: Accosto a dritta per evitare collisione”. Molto più chiaro, no?

La Nostra Soluzione (Parte 2): Le Reti MANET, Comunicazione Diretta Nave-Nave

Ok, abbiamo il messaggio perfetto grazie all’ontologia. Ma come lo trasmettiamo in modo efficiente e affidabile? Il VHF ha i suoi limiti, l’AIS (Automatic Identification System) è ottimo per l’identificazione e la posizione, ma non è pensato per comunicazioni complesse e bidirezionali, ed è vulnerabile (si può “impersonare” un’altra nave!). Le comunicazioni satellitari sono costose e possono avere latenza.

Ecco perché abbiamo puntato sulle Reti Mobili Ad-hoc (MANET). Cosa sono? Immaginate una rete wireless che si crea spontaneamente tra dispositivi vicini (le nostre navi!), senza bisogno di antenne fisse o infrastrutture centralizzate. Ogni nave diventa un nodo della rete, capace di inviare, ricevere e ritrasmettere messaggi.

I vantaggi delle MANET per il nostro scopo sono enormi:

• Flessibilità: La rete si adatta dinamicamente ai movimenti delle navi.
• Robustezza: Se un collegamento si interrompe, il messaggio può trovare un’altra via.
• Efficienza: Comunicazione diretta, potenzialmente più veloce e meno costosa del satellite.
• Scalabilità: Possono gestire molte navi contemporaneamente.

Esistono diversi protocolli MANET (AODV, OLSR, DSDV, DSR, ZRP…). Noi abbiamo studiato le loro caratteristiche. Per trovare il percorso migliore all’interno di questa rete dinamica, algoritmi come quello di Dijkstra sono fondamentali: calcolano il cammino più breve (in termini di “salti” tra navi o qualità del segnale) per far arrivare il messaggio a destinazione. Abbiamo anche considerato aspetti tecnici come la capacità del canale (usando la formula di Shannon) e la perdita di segnale con la distanza (formula di Friis) per scegliere la tecnologia più adatta.

Nei nostri test, abbiamo optato per la tecnologia DigiMesh sulla banda ISM 868 MHz, che offre un buon compromesso tra portata, velocità e robustezza, utilizzando un approccio peer-to-peer molto efficiente e tecniche come il Frequency Hopping (FHSS) per ridurre le interferenze.

Mettere Tutto Insieme: Simulazioni e Test sul Campo

Bello sulla carta, ma funziona davvero? Per verificarlo, abbiamo fatto due cose.

Primo, abbiamo preso quel caso reale di collisione nello Stretto di Gibilterra e lo abbiamo ricreato in un simulatore ECDIS (Electronic Chart Display and Information System) super avanzato. Abbiamo chiesto a navigatori esperti (con qualifica di Comandante) di gestire la situazione usando la nostra interfaccia basata su ontologie. Risultato? La comunicazione è stata più rapida, chiara, e la manovra anti-collisione è stata eseguita correttamente e in tempo utile, evitando l’incidente simulato. Abbiamo visto come messaggi concisi e strutturati (“Domanda Intenzione”, “Risposta Intenzione: Mantengo rotta e velocità”) eliminano la confusione del VHF.

Secondo, siamo passati a test reali. Abbiamo usato delle piccole radio a bassa potenza (Digi SX868 a 32 mW) che implementano DigiMesh. Le abbiamo posizionate lungo il fiume Odra a Stettino (Polonia), simulando una rete di navi. Abbiamo verificato che i messaggi ontologici (codificati in formato digitale) venissero trasmessi correttamente da un “nodo” all’altro, trovando automaticamente il percorso migliore, proprio come previsto dalla teoria MANET. Abbiamo visto i pacchetti di dati viaggiare, essere confermati (ACK), e la rete auto-organizzarsi.

Il Futuro è Adesso (o Quasi): Verso Navi Autonome e Oltre

Questa combinazione di ontologie e MANET non è solo un modo per migliorare la sicurezza delle navi con equipaggio. È una tecnologia abilitante fondamentale per il futuro della navigazione, specialmente con l’avvento delle Navi Marittime Autonome di Superficie (MASS).

Immaginate un futuro (non troppo lontano) in cui navi autonome, semi-autonome e tradizionali con equipaggio dovranno coesistere e interagire in sicurezza. Una comunicazione standardizzata, automatica o semi-automatica, basata su ontologie e reti affidabili come le MANET, sarà indispensabile. Il nostro sistema permette proprio questo: una comunicazione M2M (Machine-to-Machine) e M2H (Machine-to-Human) chiara e affidabile.

Certo, le sfide non mancano:

• Servono standard globali e regolamentazioni.
• Le navi devono essere equipaggiate con la nuova tecnologia.
• Bisogna gestire la latenza e la sicurezza della rete (crittografia, protezione da spoofing e jamming).
• Gli equipaggi devono essere formati.

Ma i vantaggi potenziali sono enormi. E stiamo già guardando oltre: come l’Intelligenza Artificiale (AI) e il Machine Learning (ML) possono rendere queste reti ancora più intelligenti? Ad esempio, usando l’AI per prevedere i movimenti delle navi e ottimizzare dinamicamente le rotte di comunicazione, o per rilevare automaticamente comportamenti anomali o minacce alla sicurezza nella rete.

Conclusione: Una Rotta Verso Mari Più Sicuri

In conclusione, credo fermamente che l’approccio che stiamo sviluppando, combinando la precisione semantica delle ontologie con la flessibilità delle reti MANET, rappresenti un passo avanti significativo per la sicurezza marittima. Non si tratta di sostituire l’esperienza dei navigatori, ma di fornire loro strumenti migliori per comunicare in modo efficace, specialmente nelle situazioni critiche.

Ridurre l’ambiguità, velocizzare lo scambio di informazioni cruciali, identificare senza errori chi sta parlando: sono questi i benefici concreti che possono salvare vite umane e prevenire disastri ambientali ed economici. La strada è tracciata, e anche se richiede impegno e collaborazione a livello internazionale, sono convinto che sia quella giusta per navigare verso un futuro marittimo più sicuro per tutti.

Fonte: Springer