Defining Contexts in Context-Free Grammars

This thesis introduces an extension of Chomsky’s context-free grammars equipped with operators for referring to left and right contexts of strings.The new model is called grammar with contexts. The semantics of these grammars are given in two equivalent ways — by language equations and by logical deduction, where a grammar is understood as a logic for the recursive definition of syntax. The motivation for grammars with contexts comes from an extensive example that completely defines the syntax and static semantics of a simple typed programming language. Grammars with contexts maintain most important practical properties of context-free grammars, including a variant of the Chomsky normal form. For grammars with one-sided contexts (that is, either left or right), there is a cubic-time tabular parsing algorithm, applicable to an arbitrary grammar. The time complexity of this algorithm can be improved to quadratic,provided that the grammar is unambiguous, that is, it only allows one parsefor every string it defines. A tabular parsing algorithm for grammars withtwo-sided contexts has fourth power time complexity. For these grammarsthere is a recognition algorithm that uses a linear amount of space. For certain subclasses of grammars with contexts there are low-degree polynomial parsing algorithms. One of them is an extension of the classical recursive descent for context-free grammars; the version for grammars with contexts still works in linear time like its prototype. Another algorithm, with time complexity varying from linear to cubic depending on the particular grammar, adapts deterministic LR parsing to the new model. If all context operators in a grammar define regular languages, then such a grammar can be transformed to an equivalent grammar without context operators at all. This allows one to represent the syntax of languages in a more succinct way by utilizing context specifications. Linear grammars with contexts turned out to be non-trivial already over a one-letter alphabet. This fact leads to some undecidability results for this family of grammars

Adopting the Vaadin Java framework to rebuild VTT’s Web Interfaces and Database Applications

With the growth in new technologies, using online tools have become an everyday lifestyle. It has a greater impact on researchers as the data obtained from various experiments needs to be analyzed and knowledge of programming has become mandatory even for pure biologists. Hence, VTT came up with a new tool, R Executables (REX) which is a web application designed to provide a graphical interface for biological data functions like Image analysis, Gene expression data analysis, plotting, disease and control studies etc., which employs R functions to provide results. REX provides a user interactive application for the biologists to directly enter the values and run the required analysis with a single click. The program processes the given data in the background and prints results rapidly. Due to growth of data and load on server, the interface has gained problems concerning time consumption, poor GUI, data storage issues, security, minimal user interactive experience and crashes with large amount of data. This thesis handles the methods by which these problems were resolved and made REX a better application for the future. The old REX was developed using Python Django and now, a new programming language, Vaadin has been implemented. Vaadin is a Java framework for developing web applications and the programming language is extremely similar to Java with new rich components. Vaadin provides better security, better speed, good and interactive interface. In this thesis, subset functionalities of REX was selected which includes IST bulk plotting and image segmentation and implemented those using Vaadin. A code of 662 lines was programmed by me which included Vaadin as the front-end handler while R language was used for back-end data retrieval, computing and plotting. The application is optimized to allow further functionalities to be migrated with ease from old REX. Future development is focused on including Hight throughput screening functions along with gene expression database handling

Measuring software security from the design of software

The vast majority of our contemporary society owns a mobile phone, which has resulted in a dramatic rise in the amount of networked computers in recent years. Security issues in the computers have followed the same trend and nearly everyone is now affected by such issues. How could the situation be improved? For software engineers, an obvious answer is to build computer software with security in mind. A problem with building software with security is how to define secure software or how to measure security. This thesis divides the problem into three research questions. First, how can we measure the security of software? Second, what types of tools are available for measuring security? And finally, what do these tools reveal about the security of software? Measuring tools of these kind are commonly called metrics. This thesis is focused on the perspective of software engineers in the software design phase. Focus on the design phase means that code level semantics or programming language specifics are not discussed in this work. Organizational policy, management issues or software development process are also out of the scope. The first two research problems were studied using a literature review while the third was studied using a case study research. The target of the case study was a Java based email server called Apache James, which had details from its changelog and security issues available and the source code was accessible. The research revealed that there is a consensus in the terminology on software security. Security verification activities are commonly divided into evaluation and assurance. The focus of this work was in assurance, which means to verify one’s own work. There are 34 metrics available for security measurements, of which five are evaluation metrics and 29 are assurance metrics. We found, however, that the general quality of these metrics was not good. Only three metrics in the design category passed the inspection criteria and could be used in the case study. The metrics claim to give quantitative information on the security of the software, but in practice they were limited to evaluating different versions of the same software. Apart from being relative, the metrics were unable to detect security issues or point out problems in the design. Furthermore, interpreting the metrics’ results was difficult. In conclusion, the general state of the software security metrics leaves a lot to be desired. The metrics studied had both theoretical and practical issues, and are not suitable for daily engineering workflows. The metrics studied provided a basis for further research, since they pointed out areas where the security metrics were necessary to improve whether verification of security from the design was desired.

Ohjelmoinnin opetus peruskoulussa: toiminnallisuutta ja graafista ohjelmointikieltä hyödyntävien opetusmenetelmien vertailu

Ohjelmoinnin opettaminen yleissivistävänä oppiaineena on viime aikoina herättänyt kiinnostusta Suomessa ja muualla maailmassa. Esimerkiksi Suomen opetushallituksen määrittämien, vuonna 2016 käyttöön otettavien peruskoulun opintosuunnitelman perusteiden mukaan, ohjelmointitaitoja aletaan opettaa suomalaisissa peruskouluissa ensimmäiseltä luokalta alkaen. Ohjelmointia ei olla lisäämässä omaksi oppiaineekseen, vaan sen opetuksen on tarkoitus tapahtua muiden oppiaineiden, kuten matematiikan yhteydessä. Tämä tutkimus käsittelee yleissivistävää ohjelmoinnin opetusta yleisesti, käy läpi yleisimpiä haasteita ohjelmoinnin oppimisessa ja tarkastelee erilaisten opetusmenetelmien soveltuvuutta erityisesti nuorten oppilaiden opettamiseen. Tutkimusta varten toteutettiin verkkoympäristössä toimiva, noin 9–12-vuotiaille oppilaille suunnattu graafista ohjelmointikieltä ja visuaalisuutta tehokkaasti hyödyntävä oppimissovellus. Oppimissovelluksen avulla toteutettiin alakoulun neljänsien luokkien kanssa vertailututkimus, jossa graafisella ohjelmointikielellä tapahtuvan opetuksen toimivuutta vertailtiin toiseen opetusmenetelmään, jossa oppilaat tutustuivat ohjelmoinnin perusteisiin toiminnallisten leikkien avulla. Vertailututkimuksessa kahden neljännen luokan oppilaat suorittivat samankaltaisia, ohjelmoinnin peruskäsitteisiin liittyviä ohjelmointitehtäviä molemmilla opetus-menetelmillä. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää alakouluoppilaiden nykyistä ohjelmointiosaamista, sitä minkälaisen vastaanoton ohjelmoinnin opetus alakouluoppilailta saa, onko erilaisilla opetusmenetelmillä merkitystä opetuksen toteutuksen kannalta ja näkyykö eri opetusmenetelmillä opetettujen luokkien oppimistuloksissa eroja. Oppilaat suhtautuivat kumpaankin opetusmenetelmään myönteisesti, ja osoittivat kiinnostusta ohjelmoinnin opiskeluun. Sisällöllisesti oppitunneille oli varattu turhan paljon materiaalia, mutta esimerkiksi yhden keskeisimmän aiheen, eli toiston käsitteen oppimisessa aktiivisilla leikeillä harjoitellut luokka osoitti huomattavasti graafisella ohjelmointikielellä harjoitellutta luokkaa parempaa osaamista oppitunnin jälkeen. Ohjelmakoodin peräkkäisyyteen liittyvä osaaminen oli neljäsluokkalaisilla hyvin hallussa jo ennen ohjelmointiharjoituksia. Aiheeseen liittyvän taustatutkimuksen ja luokkien opettajien haastatteluiden perusteella havaittiin koulujen valmiuksien opetussuunnitelmauudistuksen mukaiseen ohjelmoinnin opettamiseen olevan vielä heikolla tasolla.

Tietokantaratkaisuehdotus pientasajännitesähköverkoston mittausdatavarastoksi

Lappeenrannan teknillinen yliopisto tutkii pientasajännitesähkön käyttöä. Yliopisto on rakennuttanut Järvi-Suomen Energia Oy:n ja Suur-Savon Sähkö Oy:n kanssa yhteistyössä kokeellisen pientasajännitesähköverkon, jolla pystytään tarjoamaan kenttäolosuhteet pienjännitetutkimukselle todellisilla asiakkailla ja todentaa LVDC-teknologiaa ja muita älykkään sähköverkon toimintoja kenttäolosuhteissa. Verkon tasajänniteyhteys on rakennettu 20 kV sähkönjakeluverkon ja neljän kuluttajan välille. 20 kV keskijännite suunnataan tasamuuntamolla ±750 V pientasajännitteeksi ja uudestaan 400/230 V vaihtojännitteeksi kuluttajien läheisyydessä. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on luoda yliopistolle tietokanta pientasajännitesähköverkosta kertyvälle tiedolle ja mittaustuloksille. Tietokanta nähtiin tarpeelliseksi luoda, jotta pienjänniteverkon mittaustuloksia pystytään myöhemmin tarkastelemaan yhdessä ja yhtenäisessä muodossa. Yhdeksi tutkimuskysymykseksi muodostui, kuinka järjestää ja visualisoida kaikki verkosta palvelimille kertyvä mittausdata. Työssä on huomioitu myös kolme tietokantaa mahdollisesti hyödyntävää käyttäjäryhmää: kotitalousasiakkaat, sähköverkkoyhtiöt ja tutkimuslaboratorio, sekä pohdittu tietokannan hyötyä ja merkitystä näille käyttäjille. Toiseksi tutkimuskysymykseksi muodostuikin, mikä kaikesta tietokantaan talletetusta datasta olisi oleellisen tärkeää ottaa talteen näiden asiakkaiden kannalta, ja kuinka nämä voisivat hakea tietoa tietokannasta. Työn tutkimusmenetelmät perustuvat jo valmiiksi olemassa olevaan mittausdataan. Työtä varten on käytetty sekä painettua että sähköisessä muodossa olevaa kirjallisuutta. Työn tuloksena on saatu luotua tietokanta MySQL Workbench -ohjelmistolla, sekä mittausdatan keräys- ja käsittelyohjelmat Python-ohjelmointikielellä. Lisäksi on luotu erillinen MATLAB-rajapinta tiedon visualisoimista varten, jolla havainnollistetaan kolmen asiakasryhmän mittausdataa. Tietokanta ja sen tiedon visualisointi antavat kuluttajalle mahdollisuuden ymmärtää paremmin omaa sähkönkäyttöään, sekä sähköverkkoyhtiöille ja tutkimuslaboratorioille muun muassa tietoa sähkön laadusta ja verkon kuormituksesta.

Online MBPeT dashboard : enabling performance testing as a service in the cloud

In this thesis, tool support is addressed for the combined disciplines of Model-based testing and performance testing. Model-based testing (MBT) utilizes abstract behavioral models to automate test generation, thus decreasing time and cost of test creation. MBT is a functional testing technique, thereby focusing on output, behavior, and functionality. Performance testing, however, is non-functional and is concerned with responsiveness and stability under various load conditions. MBPeT (Model-Based Performance evaluation Tool) is one such tool which utilizes probabilistic models, representing dynamic real-world user behavior patterns, to generate synthetic workload against a System Under Test and in turn carry out performance analysis based on key performance indicators (KPI). Developed at Åbo Akademi University, the MBPeT tool is currently comprised of a downloadable command-line based tool as well as a graphical user interface. The goal of this thesis project is two-fold: 1) to extend the existing MBPeT tool by deploying it as a web-based application, thereby removing the requirement of local installation, and 2) to design a user interface for this web application which will add new user interaction paradigms to the existing feature set of the tool. All phases of the MBPeT process will be realized via this single web deployment location including probabilistic model creation, test configurations, test session execution against a SUT with real-time monitoring of user configurable metric, and final test report generation and display. This web application (MBPeT Dashboard) is implemented with the Java programming language on top of the Vaadin framework for rich internet application development. The Vaadin framework handles the complicated web communications processes and front-end technologies, freeing developers to implement the business logic as well as the user interface in pure Java. A number of experiments are run in a case study environment to validate the functionality of the newly developed Dashboard application as well as the scalability of the solution implemented in handling multiple concurrent users. The results support a successful solution with regards to the functional and performance criteria defined, while improvements and optimizations are suggested to increase both of these factors.

Raspberry Pi-pohjainen dataloggeri

Dataloggerit ovat tärkeitä mittaustekniikassa käytettäviä mittalaitteita, joiden tarkoituksena on kerätä talteen mittausdataa pitkiltä aikaväleiltä. Dataloggereita voidaan käyttää esimerkiksi teollista prosessia osana olevien toimilaitteiden tai kotitalouden energiajärjestelmän seurannassa. Teollisen luokan dataloggerit ovat yleensä hinnaltaan satojen tai tuhansien eurojen luokkaa. Työssä pyrittiin löytämään teollisen luokan laitteille halpa ja helppokäyttöinen vaihtoehto, joka on kuitenkin riittävän tehokas ja toimiva. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin dataloggeri Raspberry Pi-alustalle ja testattiin sitä oikeaa teollista ympäristöä vastaavissa olosuhteissa. Kirjallisuudesta ja internet artikkeleista etsittiin samankaltaisia laite- ja ohjelmistoratkaisuja ja niitä käytettiin dataloggausjärjestelmän pohjana. Raspberry Pi-alustalle koodattiin yksinkertainen Python-kielinen data-loggausohjelma, joka käyttää Modbus-tiedonsiirtoprotokollaa. Testien perusteella voidaan todeta, että toteutettu dataloggeri on toimiva ja kykenee kaupallisten dataloggereiden tasoiseen mittaukseen ainakin pienillä näytteistystaajuuksilla. Toteutettu dataloggeri on myös huomattavasti kaupallisia dataloggereita halvempi. Helppokäyttöisyyden näkökulmasta dataloggerissa havaittiin puutteita, joita käydään läpi jatkokehitysideoiden muodossa.

Thick XML client and technology of its construction

Nykyään kolmeen kerrokseen perustuvat client-server –sovellukset ovat suuri kinnostuskohde sekä niiden kehittäjille etta käyttäjille. Tietotekniikan nopean kehityksen ansiosta näillä sovelluksilla on monipuolinen käyttö teollisuuden eri alueilla. Tällä hetkellä on olemassa paljon työkaluja client-server –sovellusten kehittämiseen, jotka myös tyydyttävät asiakkaiden asettamia vaatimuksia. Nämä työkalut eivät kuitenkaan mahdollista joustavaa toimintaa graafisen käyttöliittyman kanssa. Tämä diplomityö käsittelee client-server –sovellusten kehittamistä XML –kielen avulla. Tämä lähestymistapa mahdollistaa client-server –sovellusten rakentamista niin, että niiden graafinen käyttöliittymä ja ulkonäkö olisivat helposti muokattavissa ilman ohjelman ytimen uudelleenkääntämistä. Diplomityö koostuu kahdesta ostasta: teoreettisesta ja käytännöllisestä. Teoreettinen osa antaa yleisen tiedon client-server –arkkitehtuurista ja kuvailee ohjelmistotekniikan pääkohdat. Käytannöllinen osa esittää tulokset, client-server –sovellusten kehittämisteknologian kehittämislähestymistavan XML: ää käyttäen ja tuloksiin johtavat usecase– ja sekvenssidiagrammit. Käytännöllinen osa myos sisältää esimerkit toteutetuista XML-struktuureista, jotka kuvaavat client –sovellusten kuvaruutukaavakkeiden esintymisen ja serverikyselykaaviot.

Liiketoimintasovelluksen integraatioratkaisu J2EE:n ja XML:n avulla

Työssä esitellään sovellusintegraation osia ja merkitystä sähköisessä liiketoiminnassa sekä toteutetaan toiminnanohjausjärjestelmän tietoja yrityksen asiakkaalle välittävä palvelu. Yritykset yhdistävät järjestelmänsä asiakkaiden ja liiketoimintakumppanien kanssa integroimalla. Työn teoriaosassa määritellään verkkoliiketoiminta, integraatioratkaisun osa-alueet ja integroinnin merkitys yrityksen kannalta sekä esitellään integrointiin käytettäviä perusteknologioita. Soveltavassa osassa toteutetaan paperiteollisuusyrityksen tilaus- ja toimitustietoja XML:n avulla lähettävä Java-pohjainen järjestelmä. Työssä tarkastellaan integraation merkitystä perusteknologian yrityksille ja integraation käytännön toteutusta. Tarkastelun tuloksena todetaan, että liiketoimintajärjestelmien integrointi on välttämätöntä yritysten kannattavuuden ja tehokkuuden kannalta. Integraatioprosessi on monimutkainen, joten sen toteutus vaatii tarkkaa suunnittelua, hallintaa ja aikaa.

XML-based content transformation in converged service development

Tele- ja dataviestinnän yhdistyminen digitaaliseen sisältöön luo uusia palveluideoita sekä mobiili- että internetverkkoihin. Nämä palvelut kehitetään usein erikseen, jolloin saman sisällön käyttäminen eri pääsymenetelmin ei ole mahdollista. Sisältömuunnos on mahdollista sisällön ja muotoilun eriyttämisellä, joka puolestaan vaatii informaatioyksiköiden merkkauksen sisältöä kuvaavilla lisätiedoilla. Tässä diplomityössä tutkitaan Extensible Markup Languagen (XML) käyttöä yhdistyneiden palvelujen sisältömuunnoksessa. Nykyisiä ja tulevia palveluita ja verkkoja tarkastellaan sekä sisällön että liiketoiminnan kannalta. Lisäksi esitellään lyhyesti omia ajatuksia ja käsityksiä yhdistyneistä palveluista ja informaation täsmällisyydestä. Työn käytännön osuudessa kuvataan itse suunniteltu palvelualusta sekä esitellään sen avulla rakennettuja sovelluksia

Dynamic application development in Symbian OS

Diplomityössä tutkitaan, kuinka Symbian-sovelluskehitystä voitaisiin tehostaa. Työssä esitellään Symbian-käyttöjärjestelmä, sekä pohditaan haasteita ja rajoitteita joita Symbian sovelluskehityksessä kohdataan. Myöskin jo olemassa olevia kehitystapoja pohditaan työn tavoitteen kannalta. Symbian-sovelluskehityksessä tehdään toistuvasti samoja asioita. Koska Symbian on avoin käyttöjärjestelmä, sovelluskehittäjiä on paljon. Tehokkaamman kehitystavan löytäminen säästäisi paljon resursseja. Tällä hetkellä perinteiset ohjelmointitavat näyttävät olevan suosituin tapa kehittää sovelluksia. Kuitenkin on jo olemassa useita ratkaisuja, jotka pyrkivät tehostamaan sovelluskehitystä, mikä todistaa tarpeen kehittää tehokkuutta. Työssä toteutettu systeemi ajaa Symbian sovelluksia XML-määrityksen pohjalta. Kun käytetään XML-määritystä C++-koodin sijasta, sovelluskehitys muuttuu. Näiden muutosten täytyy kuitenkin olla myönteisiä, eivätkä ne saa haitata ohjelmiston laatua tai käytettävyyttä.

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).

Heterogeenisen palveluverkon kuvaus ja käyttö XML-kielen avulla

Tämän diplomityön tarkoituksena on käydä läpi XML:n tarjoamia mahdollisuuksia heterogeenisen palveluverkon integroinnissa. Työssä kuvataan XML-kielen yleistä teoriaa ja perehdytään etenkin sovellusten välisen kommunikoinnin kannalta tärkeisiin ominaisuuksiin. Samalla käydään läpi sovelluskehitysympäristöjen muuttumista heterogeenisemmiksi ja siitä seurannutta palveluarkkitehtuurien kehittymistä ja kuinka nämä muutokset vaikuttavat XML:n hyväksikäyttöön. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin luonnollisen kielen palvelukehitykseen Fuse-palvelualusta. Työssä kuvataan palvelualustan arkkitehtuuri ja siinä tarkastellaan XML:n hyödyntämistä luonnollisen kielen tulkin ja palvelun integroinnissa. Samalla arvioidaan muita XML:n käyttömahdollisuuksia Fuse-palvelualustan parantamiseksi.

XML-tekniikoihin perustuva ajurimalli LabView-pohjaiseen testausympäristöön

XML-muotoista tiedonesitystapaa hyödynnetään yhä enemmän esitettäessä rakenteellista tietoa. Tarkoituksena on antaa yleishyödyllinen ja uudelleenkäytettävä tapa jakaa yleistä tietoa erilaisten rajapintojen yli. XML-tekniikoita käytetään myös korjaamaan aiemmin tehdyissä sovellutuksissa esiintyneitä puutteita ja parantamaan niiden toimintaa. Tässä diplomityössä esitellään Telestelle LabView-pohjaiseen testaussovellusympäristöön suunniteltava ajuriuudistus. Työssä paranneltiin aiempaa ajurimallia soveltamalla siihen XML-tekniikoita hyödyntäviä toimintoja. Tarkoituksena oli vähentää testaussovelluskehityksessä vaadittavaa ohjelmointityötä korvaamalla sovelluksiin kovakoodatut ominaisuudet XML-pohjaisilla konfiguraatiotiedostoilla. Järjestelmän pohjana on yleiskäyttöinen ajuri, joka käyttää Telesten omaa EMS-protokollaa kommunikoinnissaan testattavien tuotteiden kanssa. Ajurimalli käyttää XML-pohjaisia konfiguraatiotiedostoja määrittelemään testattavien tuotteiden ominaisuuksia. XML-skeematiedostoilla esitetään ajurin käyttämän kommunikaatioprotokollan viestityypit ja niiden rakenteet. Työn tuloksena onnistuttiin luomaan uudenlainen XML-tekniikoita hyödyntävä ajurimalli. Yhteen yhteiseen ajuriin perustuva malli yhdenmukaistaa testaussovelluksien toteuttamista ja vähentää tarvittavaa ohjelmointityötä. Ajurin käyttöä helpotettiin toteuttamalla testaussovelluksien kehitysympäristöön erityinen editori, jolla voidaan helposti luoda ajuria käyttäviä toimintoja.