A Model-Based Development and Verification Framework for Distributed System-on-Chip Architecture

The capabilities and thus, design complexity of VLSI-based embedded systems have increased tremendously in recent years, riding the wave of Moore’s law. The time-to-market requirements are also shrinking, imposing challenges to the designers, which in turn, seek to adopt new design methods to increase their productivity. As an answer to these new pressures, modern day systems have moved towards on-chip multiprocessing technologies. New architectures have emerged in on-chip multiprocessing in order to utilize the tremendous advances of fabrication technology. Platform-based design is a possible solution in addressing these challenges. The principle behind the approach is to separate the functionality of an application from the organization and communication architecture of hardware platform at several levels of abstraction. The existing design methodologies pertaining to platform-based design approach don’t provide full automation at every level of the design processes, and sometimes, the co-design of platform-based systems lead to sub-optimal systems. In addition, the design productivity gap in multiprocessor systems remain a key challenge due to existing design methodologies. This thesis addresses the aforementioned challenges and discusses the creation of a development framework for a platform-based system design, in the context of the SegBus platform - a distributed communication architecture. This research aims to provide automated procedures for platform design and application mapping. Structural verification support is also featured thus ensuring correct-by-design platforms. The solution is based on a model-based process. Both the platform and the application are modeled using the Unified Modeling Language. This thesis develops a Domain Specific Language to support platform modeling based on a corresponding UML profile. Object Constraint Language constraints are used to support structurally correct platform construction. An emulator is thus introduced to allow as much as possible accurate performance estimation of the solution, at high abstraction levels. VHDL code is automatically generated, in the form of “snippets” to be employed in the arbiter modules of the platform, as required by the application. The resulting framework is applied in building an actual design solution for an MP3 stereo audio decoder application.

Building distributed high availability system

Today’s commercial web sites are under heavy user load and they are expected to be operational and available at all times. Distributed system architectures have been developed to provide a scalable and failure tolerant high availability platform for these web based services. The focus on this thesis was to specify and implement resilient and scalable locally distributed high availability system architecture for a web based service. Theory part concentrates on the fundamental characteristics of distributed systems and presents common scalable high availability server architectures that are used in web based services. In the practical part of the thesis the implemented new system architecture is explained. Practical part also includes two different test cases that were done to test the system's performance capacity.

Protection of publicly distributed software components

The nature of client-server architecture implies that some modules are delivered to customers. These publicly distributed commercial software components are under risk, because users (and simultaneously potential malefactors) have physical access to some components of the distributed system. The problem becomes even worse if interpreted programming languages are used for creation of client side modules. The language Java, which was designed to be compiled into platform independent byte-code is not an exception and runs the additional risk. Along with advantages like verifying the code before execution (to ensure that program does not produce some illegal operations)Java has some disadvantages. On a stage of byte-code a java program still contains comments, line numbers and some other instructions, which can be used for reverse-engineering. This Master's thesis focuses on protection of Java code based client-server applications. I present a mixture of methods to protect software from tortious acts. Then I shall realize all the theoretical assumptions in a practice and examine their efficiency in examples of Java code. One of the criteria's to evaluate the system is that my product is used for specialized area of interactive television.

Component Architecture for Context-Aware Applications

Mobiililaitteisiin tehdyt sovellukset ovat nykyään laajassa käytössä. Mobiilisovellukset tarjoavat käyttäjälleen usein tietyn ennalta määritellyn toiminnallisuuden eivätkä ne pysty mukautumaan vaihtelevaan käyttöympäristöönsä. Jos sovellus olisi tietoinen käyttöympäristöstään ja sen muutoksista, se voisi tarjota käyttäjälleen tilanteeseen sopivia ominaisuuksia. Käyttöympäristöstään tietoiset hajautetut sovellukset tarvitsevat kuitenkin huomattavasti perinteisiä sovelluksia monimutkaisemman arkkitehtuurin toimiakseen. Tässä työssä esitellään hajautetuille ja kontekstitietoisille sovelluksille tarkoitettu ohjelmistoarkkitehtuuri. Työ perustuu Oulun yliopiston CAPNET-tutkimusprojektissa kehitettyyn, mobiilisovelluksille tarkoitettuun arkkitehtuuriin. Tämän työn tarkoituksena on tarjota ratkaisuja niihin puutteisiin, jotka tulivat esille CAPNET-arkkitehtuurin kehitys- ja testausvaiheessa. Esimerkiksi arkkitehtuurin komponenttien määrittelyä tulisi tarkentaa ja ne tulisi jakaa horisontaalisiin kerroksiin niiden ominaisuuksien ja alustariippuvuuden mukaisesti. Työssä luodaan katsaus olemassa oleviin teknologioihin jotka tukevat hajautettujen ja kontekstitietoisten järjestelmien kehittämistä. Myös niiden soveltumista CAPNET-arkkitehtuuriin analysoidaan. Työssä esitellään CAPNET-arkkitehtuuri ja ehdotetaan uutta arkkitehtuuria ja komponenttien kerrosjaottelua. Ehdotuksessa arkkitehtuurin komponentit ja järjestelmän rakenne määritellään ja mallinnetaan UML-menetelmällä. Työn tuloksena on arkkitehtuurimäärittely, joka jakaa nykyisen arkkitehtuurin komponentit kerroksiin. Komponenttien rajapinnat on määritelty selkeästi ja tarkasti. Työ tarjoaa myös projektiryhmälle hyvän lähtökohdan uuden arkkitehtuurin suunnittelulle ja toteuttamiselle.

The analysis of bifurcations in the spatially distributed Langford system

In this thesis the bifurcational behavior of the solutions of Langford system is analysed. The equilibriums of the Langford system are found, and the stability of equilibriums is discussed. The conditions of loss of stability are found. The periodic solution of the system is approximated. We consider three types of boundary condition for Langford spatially distributed system: Neumann conditions, Dirichlet conditions and Neumann conditions with additional requirement of zero average. We apply the Lyapunov-Schmidt method to Langford spatially distributed system for asymptotic approximation of the periodic mode. We analyse the influence of the diffusion on the behavior of self-oscillations. As well in the present work we perform numerical experiments and compare it with the analytical results.

Distributed document migration between ERP systems by means of messaging and event sourcing

This bachelor’s thesis, written for Lappeenranta University of Technology and implemented in a medium-sized enterprise (SME), examines a distributed document migration system. The system was created to migrate a large number of electronic documents, along with their metadata, from one document management system to another, so as to enable a rapid switchover of an enterprise resource planning systems inside the company. The paper examines, through theoretical analysis, messaging as a possible enabler of distributing applications and how it naturally fits an event based model, whereby system transitions and states are expressed through recorded behaviours. This is put into practice by analysing the implemented migration systems and how the core components, MassTransit, RabbitMQ and MongoDB, were orchestrated together to realize such a system. As a result, the paper presents an architecture for a scalable and distributed system that could migrate hundreds of thousands of documents over weekend, serving its goals in enabling a rapid system switchover.

Application Architecture Design for an Industrial Service Company

Työssä oli tavoitteena suunnitella globaali sovellusarkkitehtuuri, joka ohjaa teollisen huoltoyrityksen sovellusten kehitystyötä. Sovellusarkkitehtuuri kuvaa tietokoneohjelmien toiminnallisuuteen loppukäyttäjien näkökulmasta ja sen laatiminen on osa strategista tietojärjestelmäsuunnittelua. Arkkitehtuurin tehtävänä on varmistaa, että tietojärjestelmät suunnitellaan kokonaisuutena tukemaan organisaation toimintaa. Arkkitehtuurin tekemistä ohjasi strategisen tietojärjestelmäsuunnittelun periatteet ja mallit. Tekniikat olivat samoja kuin projektikohtaisessa tietojärjestelmäsuunnittelussa. Sovellusarkkitehtuurin tekeminen alkoi tutustumalla yrityksessä vallitsevaan tilanteeseen sekä liiketoiminta- ja tietotekniikkastrategioihin. Tarkastelun kohteena olivat pääasiassa liiketoimintaprosessit ja käytössä olevat sovellukset. Tutustuminen tapahtui lähinnä haastatteluin ja dokumentteihin tutustumalla. Seuraavaksi johdettiin vaatimukset tulevaisuuden sovelluksille haastatteluista ja edellisen vaiheen materiaalin perusteella. Liiketoiminnan kannalta tärkeimmät vaatimukset valittiin täytettäväksi arkkitehtuurilla. Varsinaisen arkitehtuurin tekeminen oli lähinnä sovellusten valitsemisesta ja niiden keskinäisten suhteiden määrittelyä. Arkkitehtuurin perusteella määritettiin kehityshankeet.

Bluetooth wireless technology based guidance system

Lyhyen kantaman langattomat kommunikaatioteknologiat tarjoavat mahdollisuuden toteuttaa erilaisia paikkasidonnaisia palveluita käyttäjille kohtuullisilla kustannuksilla. Opastejärjestelmä, joka ohjaa käyttäjän paikasta toiseen, on yksi tälläinen palvelu. Tässä työssä esitetään langattomaan Bluetooth teknologiaan perustuva opastejärjestelmä. Muita langattomia teknologioita verrataan Bluetoothiin opastejärjestelmän toteuttamisen kannalta. Erilaisia järjestelmän arkkitehtuuri vaihtoehtoja käyttäjän paikantamiseen esitellään. Paikkatietoja hyödynnetään opasteviestin muodostamisessa. Tapoja muodostaa käyttäjän reitti kahden paikan välillä toimistorakennuksessa esitetään. Työn tulos on halpa langatonta Bluetooth teknologiaa hyödyntävä opastejärjestelmä, jota voidaan käyttää myös muiden langattomien paikkasidonnaisten palveluiden tuottamiseen.

Architecture for a Session Initiation Protocol Based Presence Client

Mitä on läsnäolo? Tämä työ määrittelee läsnäolon tietyn henkilön, laitteen tai palvelun halukkuudeksi kommunikoida. Nykyään on olemassa lukuisia läsnäolotietoa levittäviä sovelluksia, joista jokainen käyttää erilaista protokollaa tehtävän suorittamiseen. Vasta viime aikoina sovellusten kehittäjät ovat huomanneet tarpeen yhdelle sovellukselle, joka kykenee tukemaan lukuisia läsnäoloprotokollia. Session Initiation Protocol (SIP) voi levittää läsnäolotietoa muiden ominaisuuksiensa lisäksi. Kun muita protokollia käytetään vain reaaliaikaiseen viestintään ja läsnäolotiedon lähetykseen, SIP pystyy moniin muihinkin asioihin. Se on alunperin suunniteltu aloittamaan, muuttamaan ja lopettamaan osapuolien välisiä multimediaistuntoja. Arkkitehtuurin toteutus käyttää kahta Symbian –käyttöjärjestelmän perusominaisuutta: asiakas-palvelin rakennetta ja kontaktitietokantaa. Asiakaspalvelin rakenne erottaa asiakkaan protokollasta tarjoten perustan laajennettavalle usean protokollan arkkitehtuurille ja kontaktitietokanta toimii läsnäolotietojen varastona. Työn tuloksena on Symbianin käyttöjärjestelmässä toimiva läsnäoloasiakas.

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.

IT architecture for category driven corporate procurement measurement

The purpose of this thesis was to investigate creating and improving category purchasing visibility for corporate procurement by utilizing financial information. This thesis was a part of the global category driven spend analysis project of Konecranes Plc. While creating general understanding for building category driven corporate spend visibility, the IT architecture and needed purchasing parameters for spend analysis were described. In the case part of the study three manufacturing plants of Konecranes Standard Lifting, Heavy Lifting and Services business areas were examined. This included investigating the operative IT system architecture and needed processes for building corporate spend visibility. The key findings of this study were the identification of the needed processes for gathering purchasing data elements while creating corporate spend visibility in fragmented source system environment. As an outcome of the study, roadmap presenting further development areas was introduced for Konecranes.

The bifurcational behaviour of the spatially distributed Rayleigh equation

At the present work the bifurcational behaviour of the solutions of Rayleigh equation and corresponding spatially distributed system is being analysed. The conditions of oscillatory and monotonic loss of stability are obtained. In the case of oscillatory loss of stability, the analysis of linear spectral problem is being performed. For nonlinear problem, recurrent formulas for the general term of the asymptotic approximation of the self-oscillations are found, the stability of the periodic mode is analysed. Lyapunov-Schmidt method is being used for asymptotic approximation. The correlation between periodic solutions of ODE and PDE is being investigated. The influence of the diffusion on the frequency of self-oscillations is being analysed. Several numerical experiments are being performed in order to support theoretical findings.

What is behind the OpenDOAR? New Development and Community Benefits

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

A software engineering approach to distributed systems for composite modeling

The goal of this thesis is to define and validate a software engineering approach for the development of a distributed system for the modeling of composite materials, based on the analysis of various existing software development methods. We reviewed the main features of: (1) software engineering methodologies; (2) distributed system characteristics and their effect on software development; (3) composite materials modeling activities and the requirements for the software development. Using the design science as a research methodology, the distributed system for creating models of composite materials is created and evaluated. Empirical experiments which we conducted showed good convergence of modeled and real processes. During the study, we paid attention to the matter of complexity and importance of distributed system and a deep understanding of modern software engineering methods and tools.

Control of multi-actuator system by an electrically driven hydraulic pump-motor

The awareness and concern of our environment together with legislation have set more and more tightening demands for energy efficiency of non-road mobile machinery (NRMM). Integrated electro-hydraulic energy converter (IEHEC) has been developed in Lappeenranta University of Technology (LUT). The elimination of resistance flow, and the recuperation of energy makes it very efficient alternative. The difficulties of IEHEC machine to step to the market has been the requirement of one IEHEC machine per one actuator. The idea is to switch IEHEC between two actuators of log crane using fast on/off valves. The control system architecture is introduced. The system has been simulated in co-simulation using two different software. The simulated responses of pump-controlled system is compared to the responses of the conventional valve-controlled system.