Oliorelaatiotietokannan käyttö energianhallintajärjestelmässä

Empower Oy on energia-alan palveluja tarjoava yritys. Energianhallintajärjestelmää käytetään energiatietojen hallintaan ja ylläpitoon sekä tietojen esittämiseen loppukäyttäjille. Palvelun näytöt ja raportit on toteutettu web-pohjaisen käyttöliittymän kautta. Yhtiössä käynnistyi suurprojekti vanhan energianhallintajärjestelmän korvaamiseksi. Vanha järjestelmä otettiin käyttöön vuonna 1995 ja EMS-projekti käynnistettiin vuonna 2001. Diplomityö tehtiin osana EMS-projektia ja työn tavoitteina oli selvittää perusjärjestelmän käyttämän tietokantaratkaisun toimivuutta ja soveltuvuutta tehtävään sekä tutkailla eri tietokantamalleja teoreettisesti. Lisäksi työhön kuului erillisten haku- ja muutoskomponenttien ja rajapintojen toteuttaminen. Näiden avulla voidaan hakea ja muuttaa tietoa perusjärjestelmän pohjalla toimivasta oliorelaatiotietokannasta. Perusjärjestelmän DOR-tietokannaksi (Domain Object Repository) kutsuttu kokonaisuus on olioläheinen tietovarasto, josta tietoa haetaan ilmoittamalla haettavan olion tyyppi ja siihen liitoksissa olevat tyypit. Hakutulokseen mukaan haluttavat ominaisuudet ilmoitetaan kultakin tyypiltä erikseen. Haettaessa ja muutettaessa oliopohjaista DOR-tietoa, tulee noudattaa järjestelmän käyttämiä tietomalleja. Haku- ja muutoskomponentit toteutettiin Microsoftin kehittämällä .NET-teknologialla. Tietokantamallien teoreettinen tarkastelu auttoi ymmärtämään järjestelmän pohjalla toimivaa tietokantaratkaisua. Työssä selvisi, että perusjärjestelmän hyödyntämä oliorelaatiotietokanta soveltuu varsin hyvin tarkoitukseensa. Haku- ja muutoskomponenttien toteutus onnistui ja ne toimivat helppokäyttöisenä rajapintana energianhallintajärjestelmän tietokantaan.

Oliopohjaisen ohjelmiston kehitysprosessi CASE: Sonera TradeXpress Mapper

Työ kartoittaa yleisemmin ohjelmistonkehitysprosesseille asetettavia vaatimuksia ja selvittää yksityiskohtaisemmin niiden soveltamista ja vaikutusta uusien ominaisuuksien suunnittelussa Soneran TradeXpress Mapper ohjelmistoon. Kyseinen työkalu mahdollistaa muun muassa EDI-viestien muokkaamisen graafisesti. Työn tuloksena syntyi selvitys ohjelmistonkehitysprosessien perusteista ja niiden soveltamisessa oliopohjaiseen systeemityöhön. Prosessin avulla voitiin ohjelma tehdä tarkemmin asiakkaan vaatimusten mukaiseksi ja uusien ominaisuuksien lisääminen onnistui helposti.

Adaptive Protocol Stacks for Mobile Devices

Tulevaisuudessa siirrettävät laitteet, kuten matkapuhelimet ja kämmenmikrot, pystyvät muodostamaan verkkoyhteyden käyttäen erilaisia yhteysmenetelmiä eri tilanteissa. Yhteysmenetelmillä on toisistaan poikkeavat viestintäominaisuudet mm. latenssin, kaistanleveyden, virhemäärän yms. suhteen. Langattomille yhteysmenetelmille on myös ominaista tietoliikenneyhteyden ominaisuuksien voimakas muuttuminen ympäristön suhteen. Parhaan suorituskyvyn ja käytettävyyden saavuttamiseksi, on siirrettävän laitteen pystyttävä mukautumaan käytettyyn viestintämenetelmään ja viestintäympäristössä tapahtuviin muutoksiin. Olennainen osa tietoliikenteessä ovat protokollapinot, jotka mahdollistavat tietoliikenneyhteyden järjestelmien välillä tarjoten verkkopalveluita päätelaitteen käyttäjäsovelluksille. Jotta protokollapinot pystyisivät mukautumaan tietyn viestintäympäristön ominaisuuksiin, on protokollapinon käyttäytymistä pystyttävä muuttamaan ajonaikaisesti. Perinteisesti protokollapinot ovat kuitenkin rakennettu muuttumattomiksi niin, että mukautuminen tässä laajuudessa on erittäin vaikeaa toteuttaa, ellei jopa mahdotonta. Tämä diplomityö käsittelee mukautuvien protokollapinojen rakentamista käyttäen komponenttipohjaista ohjelmistokehystä joka mahdollistaa protokollapinojen ajonaikaisen muuttamisen. Toteuttamalla esimerkkijärjestelmän, ja mittaamalla sen suorituskykyä vaihtelevassa tietoliikenneympäristössä, osoitamme, että mukautuvat protokollapinot ovat mahdollisia rakentaa ja ne tarjoavat merkittäviä etuja erityisesti tulevaisuuden siirrettävissä laitteissa.

Data Collection Agent Framework

Ohjelmistoteollisuudessa pitkiä ja vaikeita kehityssyklejä voidaan helpottaa käyttämällä hyväksi ohjelmistokehyksiä (frameworks). Ohjelmistokehykset edustavat kokoelmaa luokkia, jotka tarjoavat yleisiä ratkaisuja tietyn ongelmakentän tarpeisiin vapauttaen ohjelmistokehittäjät keskittymään sovelluskohtaisiin vaatimuksiin. Hyvin suunniteltujen ohjelmistokehyksien käyttö lisää suunnitteluratkaisujen sekä lähdekoodin uudelleenkäytettävyyttä enemmän kuin mikään muu suunnittelulähestymistapa. Tietyn kohdealueen tietämys voidaan tallentaa ohjelmistokehyksiin, joista puolestaan voidaan erikoistaa viimeisteltyjä ohjelmistotuotteita. Tässä diplomityössä kuvataan ohjelmistoagentteihin (software agents) perustuvaa ohjelmistokehyksen suunnittelua toteutusta. Pääpaino työssä on vaatimusmäärittelyä vastaavan suunnitelman sekä toteutuksen kuvaaminen ohjelmistokehykselle, josta voidaan erikoistaa erilaiseen tiedonkeruuseen kykeneviä ohjelmistoja Internet ympäristöön. Työn kokeellisessa osuudessa esitellään myös esimerkkisovellus, joka perustuu työssä kehitettyyn ohjelmistokehykseen.

Design Patterns in EPOC Software Development

Työssä tutkittiin oliosuunnittelumalleja EPOC-käyttöjärjestelmässä. Työssä tutkittiin sekä yleisiä suunnittelumalleja että EPOC-ympäristössä esiintyviä oliorakenteita, niiden aiheuttamia vaatimuksia sovelluksille sekä niiden käyttämisestä saatavia hyötyjä. Työssä toteutettiin EPOC-ohjelmiston suunnittelu hyödyntäen suunnittelumalleja ja periaatteita. Oliosuunnittelumallit ovat yleistyneet huomattavasti viime vuosina. Suunnittelumallien lähtökohtana ovat sekä yleiset että ympäristökohtaiset suunnitteluperiaatteet ja säännöt. Suunnittelumallit ovat osa isompaa rakennekokonaisuutta, joka käsittää sekä prosessi-, analyysi-, arkkitehtuuri- ym. malleja. Oliosuunnittelumallit nopeuttavat ja helpottavat suunnittelua sekä parantavat uudelleenkäytettävyyttä korkeammalla abstraktiotasolla. EPOC on tulevaisuuden mobiililaitteiden yleisimpiä käyttöjärjestelmiä. EPOC on kokonaisuudessaan oliopohjainen ja sisältää lukuisia oliorakenteita, joiden ymmärtäminen on sovelluskehityksen kannalta elintärkeää. Koska ympäristöt, joissa EPOC-käyttöjärjestelmää käytetään, ovat yleensä resurssien puolesta rajoittuneita, on yleisten suunnittelumallien käytössä oltava tarkkana. EPOC vaatii yleisiin suunnittelumalleihin muutoksia ja estää joidenkin käytön kokonaan.

Oliopohjaisen sähköisen kaupankäynnin järjestelmän suunnittelu ja mallinnus

Sähköinen kaupankäynti (electronic commerce, EC) on jatkuvasti ja nopeasti kasvava liiketoiminnan muoto. Suurten yritysten välistä sähköistä kaupankäyntiä, EDI:ä, on harjoitettu jo noin kaksikymmentä vuotta, mutta aivan viime vuosina sähköisen kaupankäynnin suosio on kokenut räjähdysmäisen kasvun sen siirryttyä yhä kevyemmille markkinoille, pienyritysten ja jopa yksityisten kuluttajien käytettäväksi. Perinteisen EDI:n järjestelmät ovat kuitenkin suuria, raskaita ja ne kykenevät huonosti tarjoamaan nykyaikaisen sähköisen kaupankäynnin vaatimia toimintoja. Tässä on tarkoituksena esittää malli uudelle, tehokkaammalle järjestelmälle. Tavoitteena on luotettava, helposti ylläpidettävä ja suorituskyvyltään sekä ominaisuuksiltaan skaalautuva järjestelmä. Koko järjestelmä toteutetaan käyttäen oliokeskeisiä menetelmiä. Järjestelmän perustana käytetään yleistä hajautettua komponentti-arkkitehtuuria. Työn tuloksena esitetään periaatteeltaan toteuttamiskelpoinen malli nykyaikaisesta sähköisen kaupankäynnin järjestelmästä. Malli mahdollistaa tehokkaan toiminnallisuuden hajauttamisen ja tehokkaan, hyvin määritellyn liitynnän eri sovellusjärjestelmien kanssa. Tämä toteutetaan rakentamalla koko järjestelmä CORBA-arkkitehtuurin ympärille.

Development of the Simulation Environment for the Mobile Phone User Interfaces

Diplomityössä käsitellään Nokia Mobile Phonesin matkapuhelimien käyttöliittymäohjelmistojen suunnittelu-ja testausympäristön kehitystä. Ympäristöön lisättiin kaksi ohjelmistomodulia avustamaan simulointia ja versionhallintaa. Visualisointityökalulla matkapuhelimen toiminta voidaan jäljittää suunnittelu- kaavioihin tilasiirtyminä, kun taas vertailusovelluksella kaavioiden väliset erot nähdään graafisesti. Kehitetyt sovellukset parantavat käyttöliittymien suunnitteluprosessia tehostaen virheiden etsintää, optimointia ja versionhallintaa. Visualisointityökalun edut ovat merkittävät, koska käyttöliittymäsovellusten toiminta on havaittavissa suunnittelu- kaavioista reaaliaikaisen simuloinnin yhteydessä. Näin virheet ovat välittömästi paikannettavissa. Lisäksi työkalua voidaan hyödyntää kaavioita optimoitaessa, jolloin sovellusten kokoja muistintarve pienenee. Graafinen vertailutyökalu tuo edun rinnakkaiseen ohjelmistosuunnitteluun. Eri versioisten suunnittelukaavioiden erot ovat nähtävissä suoraan kaaviosta manuaalisen vertailun sijaan. Molemmat työkalut otettiin onnistuneesti käyttöön NMP:llä vuoden 2001 alussa.

A Generic Framework Architecture for Portal Front End

A modem software development requires quick results and excellent quality, which leads to high demand for reusability in design and implementation of software components. The purpose of this thesis was to design and implement a reusable framework for portal front ends, including common portal features, such as authentication and authorization. The aim was also to evaluate frameworks as components of reuse and compare them to other reuse techniques. As the result of this thesis, a goo'd picture of framework's life cycle, problem domain and the actual implementation process of the framework, was obtained. It was also found out that frameworks fit well to solve recurrent and similar problems in a restricted problem domain. The outcome of this thesis was a prototype of a generic framework and an example application built on it. The implemented framework offered an abstract base for the portal front ends, using object-oriented methods and wellknown design patterns. The example application demonstrated the speed and ease of the application development based on the application frameworks.

Yrityksen tuoterakenteen määrittäminen olioparadigmalla

Tässä työssä tutkitaan yrityksen tuoterakenteen toteuttamista olioparadigmalla osana vanhenevan tuotannonohjausjärjestelmän uudistamista. Työssä on tunnistettu olioparadigman keskeiset rakenteet sekä tarkasteltu suunnittelumalleja, joita hyödyntämällä voidaan määrittää ja toteuttaa monimutkaisia sekä laajennettavia tuoterakenteita. Työn tavoitteena oli muodostaa tuoterakenteen runko, jota muokkaamalla on mahdollista toteuttaa erityyppisiä tuoterakenteita. Työ on rajattu siten, että todellista tuoterakennetta ei toteuteta. Tutkimuksen tuloksena havaittiin, että oliokeskeisyydellä voidaan toteuttaa tuoterakenteita, joita on mahdollista tulevaisuudessa muokata yrityksen tarpeisiin mukauttaen siten, että tuoterakenteen runkoon ei tarvitse tehdä suuria muutoksia. Olioperusteisella lähestymisellä voidaan mallintaa hyvin erityyppisiä ja ymmärrettäviä käsitteitä. Oliokeskeisellä lähestymistavalla voidaan toteuttaa myös muut vanhenevan tuotannonohjausjärjestelmän osa-alueet.

How Lean Six Sigma and Agile principles optimize ITIL-based processes

Imagine the potential implications of an organization whose business and IT processes are well aligned and are capable of reactively and proactively responding to the external and internal changes. The Philips IT Infrastructure and Operations department (I&O) is undergoing a series of transformation activities to help Philips business keeping up with the changes. I&O would serve a critical function in any business sectors; given that the I&O’s strategy switched from “design, build and run” to “specify, acquire and performance manage”, that function is amplified. In 2013, I&O’s biggest transforming programme I&O Futures engaged multiple interdisciplinary departments and programs on decommissioning legacy processes and restructuring new processes with respect to the Information Technology Internet Library (ITIL), helping I&O to achieve a common infrastructure and operating platform (CI&OP). The author joined I&O Futures in the early 2014 and contributed to the CI&OP release 1, during which a designed model Bing Box and its evaluations were conducted through the lens of six sigma’s structured define-measure-analyze-improve-control (DMAIC) improvement approach. This Bing Box model was intended to firstly combine business and IT principles, namely Lean IT, Agile, ITIL best practices, and Aspect-oriented programming (AOP) into a framework. Secondly, the author implemented the modularized optimization cycles according to the defined framework into Philips’ ITIL-based processes and, subsequently, to enhance business process performance as well as to increase efficiency of the optimization cycles. The unique of this thesis is that the Bing Box model not only provided comprehensive optimization approaches and principles for business process performance, but also integrated and standardized optimization modules for the optimization process itself. The research followed a design research guideline that seek to extend the boundaries of human and organizational capabilities by creating new and innovative artifacts. The Chapter 2 firstly reviewed the current research on Lean Six Sigma, Agile, AOP and ITIL, aiming at identifying the broad conceptual bases for this study. In Chapter 3, we included the process of constructing the Bing Box model. The Chapter 4 described the adoption of Bing Box model: two-implementation case validated by stakeholders through observations and interviews. Chapter 5 contained the concluding remarks, the limitation of this research work and the future research areas. Chapter 6 provided the references used in this thesis.

Implementation of CORBA interface in a wireless device

CORBA (Common Object Request Broker Architecture) on laajalle levinnyt ja teollisuudessa yleisesti käytetty hajautetun tietojenkäsittelyn arkkitehtuuri. CORBA skaalautuu eri kokoisiin tarpeisiin ja sitä voidaan hyödynntää myös sulautetuissa langattomissa laitteissa. Oleellista sulautetussa ympäristössä on rakentaa rajapinnat kevytrakenteisiksi, pysyviksi ja helposti laajennettaviksi ilman että yhteensopivuus aikaisempiin rajapintoihin olisi vaarassa. Langattomissa laitteissa resurssit, kuten muistin määrä ja prosessointiteho, ovat hyvin rajalliset, joten rajapinta tulee suunnitella ja toteuttaa optimaalisesti. Palveluiden tulee ottaa huomioon myös langattomuuden rajoitukset, kuten hitaat tiedonsiirtonopeudet ja tiedonsiirron yhteydettömän luonteen. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin CORBA-rajapinta GSM-päätelaitteeseen, jonka on todettu täyttävän sille asetetut tavoitteet. Rajapinta tarjoaa kaikki yleisimmät GSM-terminaalin ominaisuudet ja on laajennettavissa tulevia tuotteita ja verkkotekniikoita varten. Laajennettavuutta saavutetaan esimerkiksi kuvaamalla terminaalin ominaisuudet yleisellä kuvauskielellä, kuten XML:lla (Extensible Markup Language).

Evolutionary computing in search-based software engineering

This master’s thesis aims to study and represent from literature how evolutionary algorithms are used to solve different search and optimisation problems in the area of software engineering. Evolutionary algorithms are methods, which imitate the natural evolution process. An artificial evolution process evaluates fitness of each individual, which are solution candidates. The next population of candidate solutions is formed by using the good properties of the current population by applying different mutation and crossover operations. Different kinds of evolutionary algorithm applications related to software engineering were searched in the literature. Applications were classified and represented. Also the necessary basics about evolutionary algorithms were presented. It was concluded, that majority of evolutionary algorithm applications related to software engineering were about software design or testing. For example, there were applications about classifying software production data, project scheduling, static task scheduling related to parallel computing, allocating modules to subsystems, N-version programming, test data generation and generating an integration test order. Many applications were experimental testing rather than ready for real production use. There were also some Computer Aided Software Engineering tools based on evolutionary algorithms.

Computing the persistent homology of range images with alpha shapes

Laser scanning is becoming an increasingly popular method for measuring 3D objects in industrial design. Laser scanners produce a cloud of 3D points. For CAD software to be able to use such data, however, this point cloud needs to be turned into a vector format. A popular way to do this is to triangulate the assumed surface of the point cloud using alpha shapes. Alpha shapes start from the convex hull of the point cloud and gradually refine it towards the true surface of the object. Often it is nontrivial to decide when to stop this refinement. One criterion for this is to do so when the homology of the object stops changing. This is known as the persistent homology of the object. The goal of this thesis is to develop a way to compute the homology of a given point cloud when processed with alpha shapes, and to infer from it when the persistent homology has been achieved. Practically, the computation of such a characteristic of the target might be applied to power line tower span analysis.

Bag-of-Features Approach to Unsupervised Visual Object Categorisation

The large and growing number of digital images is making manual image search laborious. Only a fraction of the images contain metadata that can be used to search for a particular type of image. Thus, the main research question of this thesis is whether it is possible to learn visual object categories directly from images. Computers process images as long lists of pixels that do not have a clear connection to high-level semantics which could be used in the image search. There are various methods introduced in the literature to extract low-level image features and also approaches to connect these low-level features with high-level semantics. One of these approaches is called Bag-of-Features which is studied in the thesis. In the Bag-of-Features approach, the images are described using a visual codebook. The codebook is built from the descriptions of the image patches using clustering. The images are described by matching descriptions of image patches with the visual codebook and computing the number of matches for each code. In this thesis, unsupervised visual object categorisation using the Bag-of-Features approach is studied. The goal is to find groups of similar images, e.g., images that contain an object from the same category. The standard Bag-of-Features approach is improved by using spatial information and visual saliency. It was found that the performance of the visual object categorisation can be improved by using spatial information of local features to verify the matches. However, this process is computationally heavy, and thus, the number of images must be limited in the spatial matching, for example, by using the Bag-of-Features method as in this study. Different approaches for saliency detection are studied and a new method based on the Hessian-Affine local feature detector is proposed. The new method achieves comparable results with current state-of-the-art. The visual object categorisation performance was improved by using foreground segmentation based on saliency information, especially when the background could be considered as clutter.

Memristive Computing

Memristive computing refers to the utilization of the memristor, the fourth fundamental passive circuit element, in computational tasks. The existence of the memristor was theoretically predicted in 1971 by Leon O. Chua, but experimentally validated only in 2008 by HP Labs. A memristor is essentially a nonvolatile nanoscale programmable resistor — indeed, memory resistor — whose resistance, or memristance to be precise, is changed by applying a voltage across, or current through, the device. Memristive computing is a new area of research, and many of its fundamental questions still remain open. For example, it is yet unclear which applications would benefit the most from the inherent nonlinear dynamics of memristors. In any case, these dynamics should be exploited to allow memristors to perform computation in a natural way instead of attempting to emulate existing technologies such as CMOS logic. Examples of such methods of computation presented in this thesis are memristive stateful logic operations, memristive multiplication based on the translinear principle, and the exploitation of nonlinear dynamics to construct chaotic memristive circuits. This thesis considers memristive computing at various levels of abstraction. The first part of the thesis analyses the physical properties and the current-voltage behaviour of a single device. The middle part presents memristor programming methods, and describes microcircuits for logic and analog operations. The final chapters discuss memristive computing in largescale applications. In particular, cellular neural networks, and associative memory architectures are proposed as applications that significantly benefit from memristive implementation. The work presents several new results on memristor modeling and programming, memristive logic, analog arithmetic operations on memristors, and applications of memristors. The main conclusion of this thesis is that memristive computing will be advantageous in large-scale, highly parallel mixed-mode processing architectures. This can be justified by the following two arguments. First, since processing can be performed directly within memristive memory architectures, the required circuitry, processing time, and possibly also power consumption can be reduced compared to a conventional CMOS implementation. Second, intrachip communication can be naturally implemented by a memristive crossbar structure.