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.

Smooth height/age curves from stem analysis with linear programming

[Abstract]

Siltanosturin teräsrakenteen suunnittelun avuksi luodun ohjelman jatkokehitys

Diplomityössä tehdään jatkokehitystä KCI Konecranes yrityksen siltanosturin laskentaohjelmaan. Ohjelman tärkeimmät jatkokehityskohteet kartoitettiin käyttäjäkyselyn avulla ja niistä valittiin toivotuimmat, sekä diplomityön lujuusopilliseen aihepiiriin parhaiten soveltuvat. Työhön valitut kaksi aihetta ovat koteloprofiilin kaksiosaisen uuman lujuuslaskennan selvittäminen ja siltanosturin kahdeksanpyöräisenpäätykannattajan elementtimallin suunnittelu. Diplomityössä selvitetään jatkokehityskohteisiin liittyvä teoria, mutta varsinainen ohjelmointi jätetään työn ulkopuolelle. Kaksiosaisella uumalla varustetussa koteloprofiilissa nostovaunun kulkukiskon alla olevan uuman yläosa tehdään paksummaksi, jotta uuma kestäisi nostovaunun pyöräkuormasta aiheutuvan paikallisen jännityksen, eliniin sanotun rusennusjännityksen. Rusennusjännityksen määrittäminen uumalevyissä on kaksiosaisen uuman lujuuslaskennan tärkein tehtävä. Rusennuksen aiheuttamankalvojännityksen ja jännityskeskittymien määrittämiseen erilaisissa konstruktioissa etsittiin sopivimmat menetelmät kirjallisuudesta ja standardeista. Kalvojännitys voidaan määrittää luotettavasti käyttäen joko 45 asteen sääntöä tai standardin mukaista menetelmää ja jännityskonsentraatioiden suuruus saadaan kertomallakalvojännitys jännityskonsentraatiokertoimilla. Menetelmien toimivuus verifioitiin tekemällä kymmeniä uuman elementtimalleja erilaisin dimensioin ja reunaehdoin ja vertaamalla elementtimallien tuloksia käsin laskettuihin. Käsin lasketut jännitykset saatiin vastaamaan tarkasti elementtimallien tuloksia. Kaksiosaisen uuman lommahdus- ja väsymislaskentaa tutkittiin alustavasti. Kahdeksanpyöräisiä päätykannattajia käytetään suurissa siltanostureissa pienentämään pyöräkuormia ja radan rusennusjännityksiä. Kahdeksanpyöräiselle siltanosturin päätykannattajalle suunniteltiin elementtimallit molempiin rakenteesta käytettyihin konstruktioihin: nivelöityyn ja jäykkäkehäiseen malliin. Elementtimallien rakentamisessa hyödynnettiin jo olemassa olevia malleja, jolloin niiden lisääminen ohjelmakoodiin nopeutuu ja ne ovat varmasti yhteensopivia muiden laskentamoduuleiden kanssa. Elementtimallien värähtelyanalyysin reunaehtoja tarkasteltiin. Värähtelyanalyysin reunaehtoihin ei tutkimuksen perusteella tarvitse tehdä muutoksia, mutta staattisen analyysin reunaehdot kaipaavat vielä lisätutkimusta.

Tietokantakäyttäjän autentikoinnin ja auktorisoinnin hallinnointi Active Directory -ympäristössä

Usean nykypäivän yrityksen tietojärjestelmäinfrastruktuuri on muotoutunut heterogeeniseksi ympäristöksi, jossa eri käyttöjärjestelmä- ja laitealustoilla toimii usean eri valmistajan toimittamia järjestelmiä. Heterogeenisen ympäristön hallitsemiseksi yritykseltä vaaditaan keskitettyä tietovarastoa, johon on tallennettu tietoa käytetystä järjestelmäympäristöstä sekä sen komponenteista. Tähän tarkoitukseen Microsoft toi markkinoille vuonna 1999 Active Directory 2000 -hakemistopalvelun. Heterogeenisessa ympäristössä käyttäjien autentikointi ja auktorisointi on erittäin vaativaa. Pahimmassa tapauksessa käyttäjällä voi olla kymmeniä käyttäjätunnus-salasana-yhdistelmiä yrityksen eri tietojärjestelmiin. Lisäksi jokaisessa tietojärjestelmässäon ylläpidettävä käyttäjäkohtaisia toimintavaltuuksia. Niin käyttäjän kuin ylläpitäjänkin näkökulmasta tällainen skenaario on painajainen. Tässä diplomityössä kartoitetaan mahdollisuuksia Oracle-tietokantojen käyttäjien autentikoinnin sekä auktorisoinnin keskittämiseksi Active Directory -hakemistopalveluun. Työssä tarkastellaan tarkoitukseen soveltuvia valmiita kaupallisia ratkaisuja sekä tutkitaan mahdollisuuksia oman ratkaisumallin toteuttamiseksi umpäristöstä löytyvien ohjelmointirajapintojen avulla.

Verkkokäyttöliittymäohjelmiston toteuttaminen TradeXpress-tietojärjestelmään.

Työssä perehdytään verkkokäyttöliittymien suunnitteluun ja toteutukseen. Erityisen huomion kohteena ovat Java-ohjelmointikieli ja ohjelmistosuunnittelussa suurta huomiota herättäneet suunnittelumallit. Java on kehittynyt lyhyen elinikänsä aikana huomattavasti, ja viimeaikaiset vakioluokkakirjastot ovat mahdollistaneet monipuolisten ja siirrettävien ohjelmistojen toteuttamisen. Vaikka Java ei sovellukaan kaikkiin tarkoituksiin, on se luotettavuutensa, siirrettävyytensä ja luokkakirjastojensa ilmaisuvoiman ansiosta hyvin houkutteleva kieli käyttöliittymien tekemiseen. Suunnittelumallit ovat merkittävä osa ammattimaista oliosuunnittelua. Ne tarjoavat valmiita ratkaisuja yleisiin suunnitteluongelmiin ja säästävät siten aikaa suunnittelu- ja toteutusvaiheissa. Suunnittelumallit voidaan jakaa kolmeen ryhmään: luontimallit, rakennemallit ja toiminnalliset mallit. Käytännön osuudessa tarkastellaan Java-käyttöliittymän toteutusta olemassa olevaan Soneran TradeXpress-tietojärjestelmään. Tässä tehtävässä Java ja suunnittelumallit ovat olleet keskeisellä sijalla. Java-käyttöliittymä, JavaGUI, koostuu kahdesta osasta: asiakasappletista ja Jrls-palvelimesta. Näiden kahden väliseen tiedonsiirtoon käytetään pääasiassa Javan RMI-yhteyskäytäntöä. Jrls-palvelin toimii asiakkaana RLS-palvelimelle erityisen RLS-yhteyskäytännön avulla.

Porting a Java library to different platforms

Viime aikoina matkapuhelimet ovat alkaneet tukea Javaa matkapuhelinsovellusten ohjelmointikielenä. Javan perusajatus on, että kerran käännetty sovellus voidaan suorittaa useilla laitealustoilla ilman uudelleenkääntämisen tarvetta. Jotta sovellukset voisivat toimia uudella alustalla, niiden käyttämät kirjastot tulee siirtää uudelle alustalle. Tämä diplomityö tutkii tämänkaltaiseen siirtoprojektiin liittyviä asioita. Diplomityön aikana käyttöliittymäkirjasto siirrettiin olemassa olleelta alustalta kahdelle uudelle alustalle. Toinen uusista alustoista oli vanhan alustan uusi versio, ja toinen oli kokonaan uusi alusta. Ohjelmiston siirtämistä helpottaa jos alkuperäinen ohjelmisto on suunniteltu siirrettävyyttä silmälläpitäen. Varsinaiset ohjelmaan tehtävät muutokset ovat tällöin helppoja tehdä. Hyvälaatuisen lopputuloksen saaminen vaatii kuitenkin aina että ohjelmisto myös testataan huolellisesti.

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.

Context exchange between devices in mobile environment

Context awareness is emerging on mobile devices. Context awareness can be used to improve usability of a mobile device. Context awareness is particularly important on mobile devices due the limitations they have. At first in this work, a literature review on context awareness and mobile environment is made. For aiding context awareness there exist an implementation of a Context Framework for Symbian S60 devices. It provides a possibility for exchanging the contexts inside the device between the client applications of the local Context Framework. The main contribution of this thesis is to design and implement an enhancement to the S60 Context Framework for providing possibility to exchange context over device boundaries. Using the implemented Context Exchange System, the context exchange is neither depending on the type of the context nor the type of the client. In addition, the clients and the contexts can reside on any interconnected device. The usage of the system is independent of the programming language since in addition to using only Symbian C++ function interfaces it can also be utilized using XML scripts. The Meeting Sniffer application, which uses the Context Exchange System, was also developed in this work. Using this application, it is possible to recognize a meeting situation and suggest device profile change to a user.

NURBS toolbox for Matlab

NURBS are widely used parametric approximation curves or surfaces. NURBS can be applied to the many applications. Examples of these applications are some computeraided design applications and some medical applications. Use of NURBS is very intuitive. The objective of this work was to implement the NURBS toolbox in the Matlab environment. Matlab is a program for many kinds of computational purposes. Matlab is also a programming language. NURBS toolbox implemented in this work offers a user an opportunity to use functions of this toolbox as parts of the user’s own programs. Current version of NURBS toolbox includes functions for NURBS curve and surface evaluation. The toolbox is designed such, that it allows extensions and enhancements in the future.

Mobiilin työajanhallinnan ohjelmistokehitys

Työajan seuranta ja kohdistaminen oikeisiin kustannuslajeihin on yrityksen suorituskyvyn ja kasvun kannalta usein välttämättömyys. Tässä työssä tutkitaan mobiiliteknologioiden mahdollisuuksia ja soveltuvuutta tuottaa palveluita työajan hallinnointiin, valitaan sopiva arkkitehtuuri ja kehitetään Java ME –teknologialla prototyyppi, joka on helposti integroitavissa yrityksen nykyisiin palvelinpuolen järjestelmiin ja tietokantoihin. Työn sovellusosuudessa kuvataan prototyypin ohjelmoinnissa käytetyt työkalut, menetelmät, ongelmakohdat sekä niiden ratkaisut. Suunnitelluissa käyttötapauksissa tapahtumatiedot syötetään manuaalisesti puhelimen käyttöliittymän kautta tai automatisoidummin kerätään kustannuskohdistetietoa työkohteisiin sijoitetuista NFC-tageista. Työaikaleimaamista testattiin emulaattorilla ja oikealla matkapuhelimella. Lopputuloksena asiakkaan työajanhallinnan tapahtumat siirtyvät langattomasti ja reaaliaikaisesti yrityksen webpalvelimelle JSON-formaatissa.

Promoting Programming Learning. Engagement, Automatic Assessment with Immediate Feedback in Visualizations

The skill of programming is a key asset for every computer science student. Many studies have shown that this is a hard skill to learn and the outcomes of programming courses have often been substandard. Thus, a range of methods and tools have been developed to assist students’ learning processes. One of the biggest fields in computer science education is the use of visualizations as a learning aid and many visualization based tools have been developed to aid the learning process during last few decades. Studies conducted in this thesis focus on two different visualizationbased tools TRAKLA2 and ViLLE. This thesis includes results from multiple empirical studies about what kind of effects the introduction and usage of these tools have on students’ opinions and performance, and what kind of implications there are from a teacher’s point of view. The results from studies in this thesis show that students preferred to do web-based exercises, and felt that those exercises contributed to their learning. The usage of the tool motivated students to work harder during their course, which was shown in overall course performance and drop-out statistics. We have also shown that visualization-based tools can be used to enhance the learning process, and one of the key factors is the higher and active level of engagement (see. Engagement Taxonomy by Naps et al., 2002). The automatic grading accompanied with immediate feedback helps students to overcome obstacles during the learning process, and to grasp the key element in the learning task. These kinds of tools can help us to cope with the fact that many programming courses are overcrowded with limited teaching resources. These tools allows us to tackle this problem by utilizing automatic assessment in exercises that are most suitable to be done in the web (like tracing and simulation) since its supports students’ independent learning regardless of time and place. In summary, we can use our course’s resources more efficiently to increase the quality of the learning experience of the students and the teaching experience of the teacher, and even increase performance of the students. There are also methodological results from this thesis which contribute to developing insight into the conduct of empirical evaluations of new tools or techniques. When we evaluate a new tool, especially one accompanied with visualization, we need to give a proper introduction to it and to the graphical notation used by tool. The standard procedure should also include capturing the screen with audio to confirm that the participants of the experiment are doing what they are supposed to do. By taken such measures in the study of the learning impact of visualization support for learning, we can avoid drawing false conclusion from our experiments. As computer science educators, we face two important challenges. Firstly, we need to start to deliver the message in our own institution and all over the world about the new – scientifically proven – innovations in teaching like TRAKLA2 and ViLLE. Secondly, we have the relevant experience of conducting teaching related experiment, and thus we can support our colleagues to learn essential know-how of the research based improvement of their teaching. This change can transform academic teaching into publications and by utilizing this approach we can significantly increase the adoption of the new tools and techniques, and overall increase the knowledge of best-practices. In future, we need to combine our forces and tackle these universal and common problems together by creating multi-national and multiinstitutional research projects. We need to create a community and a platform in which we can share these best practices and at the same time conduct multi-national research projects easily.

Early nutritional determinants in cardio-metabolic programming – A prospective randomized controlled dietary intervention study

Western societies have been faced with the fact that overweight, impaired glucose regulation and elevated blood pressure are already prevalent in pediatric populations. This will inevitably mean an increase in later manifestations of cardio-metabolic diseases. The dilemma has been suggested to stem from fetal life and it is surmised that the early nutritional environment plays an important role in the process called programming. The aim of the present study was to characterize early nutritional determinants associating with cardio-metabolic risk factors in fetuses, infants and children. Further, the study was designated to establish whether dietary counseling initiated in early pregnancy can modify this cascade. Healthy mother-child pairs (n=256) participating in a dietary intervention study were followed from early pregnancy to childhood. The intervention included detailed dietary counseling by a nutritionist targeting saturated fat intake in excess of recommendations and fiber consumption below recommendations. Cardio-metabolic programming was studied by characterizing the offspring’s cardio-metabolic risk factors such as over-activation of the autonomic nervous system, elevated blood pressure and adverse metabolic status (e.g. serum high split proinsulin concentration). Fetal cardiac sympathovagal activation was measured during labor. Postnatally, children’s blood pressure was measured at six-month and four-year follow-up visits. Further, infants’ metabolic status was assessed by means of growth and serum biomarkers (32-33 split proinsulin, leptin and adiponectin) at the age of six months. This study proved that fetal cardiac sympathovagal activity was positively associated with maternal pre-pregnancy body mass index indicating adverse cardio-metabolic programming in the offspring. Further, a reduced risk of high split proinsulin in infancy and lower blood pressure in childhood were found in those offspring whose mothers’ weight gain and amount and type of fats in the diet during pregnancy were as recommended. Of note, maternal dietary counseling from early pregnancy onwards could ameliorate the offspring’s metabolic status by reducing the risk of high split proinsulin concentration, although it had no effect on the other cardio-metabolic markers in the offspring. At postnatal period breastfeeding proved to entail benefits in cardio-metabolic programming. Finally, the recommended dietary protein and total fat content in the child’s diet were important nutritional determinants reducing blood pressure at the age of four years. The intrauterine and immediate postnatal period comprise a window of opportunity for interventions aiming to reduce the risk of cardio-metabolic disorders and brings the prospect of achieving health benefits over one generation.

Tool-supported invariant-based programming

The development of correct programs is a core problem in computer science. Although formal verification methods for establishing correctness with mathematical rigor are available, programmers often find these difficult to put into practice. One hurdle is deriving the loop invariants and proving that the code maintains them. So called correct-by-construction methods aim to alleviate this issue by integrating verification into the programming workflow. Invariant-based programming is a practical correct-by-construction method in which the programmer first establishes the invariant structure, and then incrementally extends the program in steps of adding code and proving after each addition that the code is consistent with the invariants. In this way, the program is kept internally consistent throughout its development, and the construction of the correctness arguments (proofs) becomes an integral part of the programming workflow. A characteristic of the approach is that programs are described as invariant diagrams, a graphical notation similar to the state charts familiar to programmers. Invariant-based programming is a new method that has not been evaluated in large scale studies yet. The most important prerequisite for feasibility on a larger scale is a high degree of automation. The goal of the Socos project has been to build tools to assist the construction and verification of programs using the method. This thesis describes the implementation and evaluation of a prototype tool in the context of the Socos project. The tool supports the drawing of the diagrams, automatic derivation and discharging of verification conditions, and interactive proofs. It is used to develop programs that are correct by construction. The tool consists of a diagrammatic environment connected to a verification condition generator and an existing state-of-the-art theorem prover. Its core is a semantics for translating diagrams into verification conditions, which are sent to the underlying theorem prover. We describe a concrete method for 1) deriving sufficient conditions for total correctness of an invariant diagram; 2) sending the conditions to the theorem prover for simplification; and 3) reporting the results of the simplification to the programmer in a way that is consistent with the invariantbased programming workflow and that allows errors in the program specification to be efficiently detected. The tool uses an efficient automatic proof strategy to prove as many conditions as possible automatically and lets the remaining conditions be proved interactively. The tool is based on the verification system PVS and i uses the SMT (Satisfiability Modulo Theories) solver Yices as a catch-all decision procedure. Conditions that were not discharged automatically may be proved interactively using the PVS proof assistant. The programming workflow is very similar to the process by which a mathematical theory is developed inside a computer supported theorem prover environment such as PVS. The programmer reduces a large verification problem with the aid of the tool into a set of smaller problems (lemmas), and he can substantially improve the degree of proof automation by developing specialized background theories and proof strategies to support the specification and verification of a specific class of programs. We demonstrate this workflow by describing in detail the construction of a verified sorting algorithm. Tool-supported verification often has little to no presence in computer science (CS) curricula. Furthermore, program verification is frequently introduced as an advanced and purely theoretical topic that is not connected to the workflow taught in the early and practically oriented programming courses. Our hypothesis is that verification could be introduced early in the CS education, and that verification tools could be used in the classroom to support the teaching of formal methods. A prototype of Socos has been used in a course at Åbo Akademi University targeted at first and second year undergraduate students. We evaluate the use of Socos in the course as part of a case study carried out in 2007.