Firmware development and testing for L1/L2 IBL upgrade

Il lavoro di questa tesi riguarda principalmente l'upgrade, la simulazione e il test di schede VME chiamate ReadOut Driver (ROD), che sono parte della catena di elaborazione ed acquisizione dati di IBL (Insertable B-Layer). IBL �� il nuovo componente del Pixel Detector dell'esperimento ATLAS al Cern che �� stato inserito nel detector durante lo shut down di LHC; fino al 2012 infatti il Pixel Detector era costituito da tre layer, chiamati (partendo dal pi�� interno): Barrel Layer 0, Layer 1 e Layer 2. Tuttavia, l'aumento di luminosit�� di LHC, l'invecchiamento dei pixel e la richiesta di avere misure sempre pi�� precise, portarono alla necessit�� di migliorare il rivelatore. Cos��, a partire dall'inizio del 2013, IBL (che fino a quel momento era stato un progetto sviluppato e finanziato separatamente dal Pixel Detector) �� diventato parte del Pixel Detector di ATLAS ed �� stato installato tra la beam-pipe e il layer B0. Questa tesi fornir�� innanzitutto una panoramica generale dell'esperimento ATLAS al CERN, includendo aspetti sia fisici sia tecnici, poi tratter�� in dettaglio le varie parti del rivelatore, con particolare attenzione su Insertable B-Layer. Su quest'ultimo punto la tesi si focalizzer�� sui motivi che ne hanno portato alla costruzione, sugli aspetti di design, sulle tecnologie utilizzate (volte a rendere nel miglior modo possibile compatibili IBL e il resto del Pixel Detector) e sulle scelte di sviluppo e fabbricazione. La tesi tratter�� poi la catena di read-out dei dati, descrivendo le tecniche di interfacciamento con i chip di front-end, ed in particolare si concentrer�� sul lavoro svolto per l'upgrade e lo sviluppo delle schede ReadOut Drivers (ROD) introducendo le migliorie da me apportate, volte a eliminare eventuali difetti, migliorare le prestazioni ed a predisporre il sistema ad una analisi prestazionale del rivelatore. Allo stato attuale le schede sono state prodotte e montate e sono gi�� parte del sistema di acquisizione dati del Pixel Detector di ATLAS, ma il firmware �� in continuo aggiornamento. Il mio lavoro si �� principalmente focalizzato sul debugging e il miglioramento delle schede ROD; in particolare ho aggiunto due features: - programmazione parallela delle FPGA} delle ROD via VME. IBL richiede l'utilizzo di 15 schede ROD e programmandole tutte insieme (invece che una alla volta) porta ad un sensibile guadagno nei tempi di programmazione. Questo �� utile soprattutto in fase di test; - reset del Phase-Locked Loop (PLL)} tramite VME. Il PLL �� un chip presente nelle ROD che distribuisce il clock a tutte le componenti della scheda. Avere la possibilit�� di resettare questo chip da remoto permette di risolvere problemi di sincronizzazione. Le ReadOut Driver saranno inoltre utilizzate da pi�� layer del Pixel Detector. Infatti oltre ad IBL anche i dati provenienti dai layer 1 e 2 dei sensori a pixel dell���esperimento ATLAS verranno acquisiti sfruttando la catena hardware progettata, realizzata e testata a Bologna.

Calcolo strutturale ed ottimizzazione sedile in materiale composito per elicottero ultraleggero

Il lavoro svolto consiste nel processo di ottimizzazione strutturale di un sedile in materiale composito per un elicottero ultraleggero, attraverso un processo iterativo di simulazione FEM e modifiche al progetto, interpretando i dati ricavati dalle simulazioni, nel rispetto della normativa FAR 27. I risultati ottenuti hanno permesso di dimezzare il peso iniziale e resistere meglio agli sforzi, con implicazioni benefiche anche sul costo finale del prodotto che presenta minori costi del materiale e tempi di lavorazione ridotti sia in fase di laminazione che in fase di ciclo di cura in autoclave.

Tecniche di resource discovery nel grid computing

In questa tesi vengono analizzate le principali tecniche di Resource Discovery in uso nei sistemi di Grid Computing, valutando i principali vantaggi e svantaggi di ogni soluzione. Particolare attenzione verr�� riposta sul Resource Discovery ad Agenti, che si propone come architettura capace di risolvere in maniera definitiva i classici problemi di queste reti. All'interno dell'elaborato, inoltre, ogni tecnica presentata verr�� arricchita con una sua implementazione pratica: tra queste, ricordiamo MDS, Chord e l'implementazione Kang.

Quantum simulation of (1+1)D QED via a Zn lattice Gauge theory

La simulazione di un sistema quantistico complesso rappresenta ancora oggi una sfida estremamente impegnativa a causa degli elevati costi computazionali. La dimensione dello spazio di Hilbert cresce solitamente in modo esponenziale all'aumentare della taglia, rendendo di fatto impossibile una implementazione esatta anche sui pi�� potenti calcolatori. Nel tentativo di superare queste difficolt��, sono stati sviluppati metodi stocastici classici, i quali tuttavia non garantiscono precisione per sistemi fermionici fortemente interagenti o teorie di campo in regimi di densit�� finita. Di qui, la necessit�� di un nuovo metodo di simulazione, ovvero la simulazione quantistica. L'idea di base �� molto semplice: utilizzare un sistema completamente controllabile, chiamato simulatore quantistico, per analizzarne un altro meno accessibile. Seguendo tale idea, in questo lavoro di tesi si �� utilizzata una teoria di gauge discreta con simmetria Zn per una simulazione dell'elettrodinamica quantistica in (1+1)D, studiando alcuni fenomeni di attivo interesse di ricerca, come il diagramma di fase o la dinamica di string-breaking, che generalmente non sono accessibili mediante simulazioni classiche. Si propone un diagramma di fase del modello caratterizzato dalla presenza di una fase confinata, in cui emergono eccitazioni mesoniche ed antimesoniche, cio�� stati legati particella-antiparticella, ed una fase deconfinata.

Modelli compartimentali per l'analisi di segnali ottenuti tramite DCE MRI per studi di perfusione epatica

Il presente lavoro di tesi si inserisce all'interno di uno studio dal titolo: "Strategia di posizionamento multi-step come approccio pragmatico per ridurre il rischio di encefalopatia epatica post-TIPS (shunt trans-giugulare porto-sistemico intraepatico) in pazienti cirrotici con ascite refrattaria". Il progetto di tesi si �� concentrato sull'analisi dei segnali ottenuti tramite DCE MRI, con lo scopo di implementare in ambiente MatLab due modelli differenti (Dual input - Mono compartment e Dual input - Dual compartment) che descrivono la cinetica del tracciante all'interno del sistema vascolare epatico e valutare l'efficacia dei parametri di perfusione associati nella descrizione delle variazioni in termini di microcircolazione introdotte dall'inserimento del TIPS. Inizialmente si sono voluti valutare, tramite simulazione, gli effetti in termini di amplificazione del rumore e stima dei parametri perfusionali dell'approssimazione lineare nella conversione da intensit�� di segnale MR a concentrazione di mezzo di contrasto. Successivamente, sempre attraverso simulazioni, per entrambi i modelli considerati �� stato scelto uno schema di model-fitting e quindi testata l'affidabilit�� in termini di accuratezza e precisione delle stime dei parametri ottenute in funzione del livello di rumore associato alle curve di intensit�� di segnale. Parallelamente all'implementazione dei modelli per la stima di parametri di perfusione, sono stati realizzati dei phantom con l'obiettivo di simulare il parenchima epatico prima e dopo l'arrivo del mezzo di contrasto e poter testare la sequenza utilizzata durante l'acquisizione dei dati su paziente. Infine sono stati considerati gli esami di DCE MRI effettuati su un campione di nove pazienti pre e post-TIPS, utilizzando per l'analisi dei segnali entrambi i modelli implementati in fase di simulazione e successivamente valutando le variazioni nel valori associati ai parametri di perfusione introdotte dall'inserimento del TIPS.

Analisi della sicurezza del protocollo WPS ed offline cracking basato su generatori di numeri pseudo-casuali a bassa entropia

In questa tesi si analizza in parte il Wi-Fi Protected Setup (WPS), standard creato con l���obiettivo di configurare in maniera semplice, sicura e veloce reti Wi-Fi. Dopo avere introdotto lo standard ne vengono presentate le vulnerabilit�� progettuali ed anche quelle relative a problematiche implementative. In seguito viene mostrato il programma che si �� sviluppato per eseguire una delle tipologie di attacchi presentati.

Fluctuation properties in random walks on networks and simple integrate and fire models

In questa tesi si e�� studiato l���insorgere di eventi critici in un semplice modello neurale del tipo Integrate and Fire, basato su processi dinamici stocastici markoviani definiti su una rete. Il segnale neurale elettrico e�� stato modellato da un flusso di particelle. Si e�� concentrata l���attenzione sulla fase transiente del sistema, cercando di identificare fenomeni simili alla sincronizzazione neurale, la quale puo�� essere considerata un evento critico. Sono state studiate reti particolarmente semplici, trovando che il modello proposto ha la capacita�� di produrre effetti "a cascata" nell���attivita�� neurale, dovuti a Self Organized Criticality (auto organizzazione del sistema in stati instabili); questi effetti non vengono invece osservati in Random Walks sulle stesse reti. Si e�� visto che un piccolo stimolo random e�� capace di generare nell���attivita�� della rete delle fluttuazioni notevoli, in particolar modo se il sistema si trova in una fase al limite dell���equilibrio. I picchi di attivita�� cosi�� rilevati sono stati interpretati come valanghe di segnale neurale, fenomeno riconducibile alla sincronizzazione.

Studio di cavit�� Fabry-Perot per laser ultrastabili

Lo scopo di questo lavoro di tesi �� stato quello di studiare il comportamento di un fascio laser interagente con un risonatore ottico, grazie al quale il laser pu�� essere stabilizzato agganciando la sua frequenza di missione ad uno dei modi della cavit��. In sintesi la lunghezza d���onda del fascio �� vincolata ad assumere valori multipli della lunghezza della cavit��, dato che in questo modo si possono decisamente migliorare le caratteristiche spettrali di un laser tipico. La stabilizzazione, e il restringimento di riga del laser, vengono effettuati agganciando la sua frequenza sul modo trasverso fondamentale tramite un sistema di feedback. La cavit�� �� per�� soggetta a sua volta a fluttuazioni di tipo termico e meccanico. Una variazione in lunghezza del risonatore comporta una variazione in frequenza dei modi. Le derive di frequenza dovute agli effetti termici si possono limitare utilizzando materiali con bassa dilatazione termica posti in ambienti la cui temperatura viene stabilizzata tramite un sistema di feedback. Per le vibrazioni, invece, il lavoro �� pi�� complicato: non essendo sufficiente mettere il sistema in ambienti isolati per attenuare le fluttuazioni, �� stato recentemente proposto di studiare la posizione migliore dei sostegni affinch�� le fluttuazioni, e quindi le conseguenti variazioni in lunghezza della cavit��, risultino minime. Per analizzare questo problema �� stato utilizzato un software open-source per l���analisi agli elementi finiti, Salome-Meca, tramite il quale �� stata riprodotta la geometria del un risonatore ottico a nostra disposizione, per simularne il comportamento sotto l���effetto del campo gravitazionale. Da qui si sono ottenuti i dati riguardo lo spostamento degli specchi della cavit�� in funzione della posizione del sostegno, dai quali si �� riuscito a trovare il punto di posizionamento del supporto capace di ridurre lo spostamento di un ordine di grandezza.

Modelli di memoria semantica e lessicale: Studio dei meccanismi neurali di apprendimento e formazione di categorie

Le basi neurali della memoria semantica e lessicale sono oggetto di indagine da anni nelle neuroscienze cognitive. In tale ambito, un ruolo crescente �� svolto dall���uso di modelli matematici basati su reti di neuroni. Scopo del presente lavoro �� di utilizzare e migliorare un modello sviluppato in anni recenti, per spiegare come la conoscenza del significato di parole e concetti sia immagazzinata nel sistema nervoso e successivamente utilizzata. Il principio alla base del modello �� che la semantica di un concetto �� descritta attraverso una collezione di propriet��, che sintetizzano la percezione del concetto stesso nelle diverse regioni corticali. Gli aspetti semantici e lessicali sono memorizzati in regioni separate, ma reciprocamente connesse sulla base dell���esperienza passata, secondo un meccanismo di apprendimento Hebbiano. L���obiettivo del lavoro �� stato quello di indagare i meccanismi che portano alla formazione di categorie. Una importante modifica effettuata �� consistita nell���utilizzare un meccanismo di apprendimento Hebbiano a soglia variabile, in grado di adattarsi automaticamente alla statistica delle propriet�� date in input. Ci�� ha portato ad un miglioramento significativo dei risultati. In particolare, �� stato possibile evitare che un propriet�� comune a molti (ma non a tutti) i membri di una categoria (come la propriet�� ���vola��� per la categoria ���uccelli���) sia erroneamente attribuita all���intera categoria. Nel lavoro viene presentato lo stesso modello con quattro differenti tassonomie, relative ad animali e a oggetti artificiali. La rete, una volta addestrata con una delle 4 tassonomie, �� in grado di risolvere compiti di riconoscimento e denominazione di concetti, mantenendo una distinzione tra le categorie e i suoi membri, e attribuendo un diverso ruolo alle propriet�� salienti rispetto alle propriet�� marginali. Le tassonomie presentano un numero di concetti e features crescente, per avvicinarsi al reale funzionamento della memoria semantica, in cui ai diversi concetti �� associato un numero diverso di caratteristiche.

Sperimentazione di algoritmi di localizzazione per sorgenti acustiche

L'obiettivo di questo elaborato �� quello di realizzare un sistema di acquisizione real-time e low cost, in grado di stimare la posizione di una sorgente sonora. Per acquisizione real-time si intende un sistema in grado di seguire gli spostamenti della sorgente audio nell'ambiente, limitando il pi�� possibile i tempi di latenza fra un'acquisizione e l'altra. A tal fine si sfrutteranno due coppie di microfoni, che concorrereranno in maniera sequenziale alla stima dell'angolo di arrivo del suono (e quindi della retta su cui giace il punto di provenienza del suono). Combinando i dati raccolti dai quattro microfoni sar�� dunque possibile risalire alla posizione di provenienza della sorgente sonora. Il software (implementato in MATLAB) verr�� ampiamente discusso nei seguenti capitoli, il suo scopo sar�� quello di gestire l'acquisizione dati, garantire il funzionamento real-time e fornire una stima di posizione della sorgente sonora, mostrando il relativo errore commesso durante la misura, nel caso in cui si conosca a priori la posizione della sorgente.

Sviluppo dell'interfaccia per il caricamento della geometria iniziale del propellente solido di un modello balistico

Il presente lavoro di tesi, nell���ambito della simulazione balistica di razzi a propellente solido, �� volto alla creazione di un���interfaccia che permetta il caricamento delle geometrie dei motori desiderati, in formato SPP, nel codice di simulazione balistica ROBOOST come richiesto da Avio Spa. In particolare saranno descritte le procedure attraverso le quali tale interfaccia �� stata realizzata e verranno analizzati i passaggi mediante i quali �� possibile ottenere una mesh 3D del motore a propellente solido partendo dalla sua geometria in formato SPP. Si analizzer�� inoltre il processo di chiusura di una mesh estratta da una qualsiasi iterazione della simulazione al fine di potervi effettuare delle simulazioni CFD sempre su richiesta della sopracitata azienda. Infine verranno mostrati e discussi i risultati ottenuti per meglio visualizzare il lavoro svolto.

Applicazioni Wireless in Body Area Network

Negli ultimi dieci anni si �� rinnovata l���esigenza di sviluppare nuove tecnologie legate alla telemedicina, specie a seguito dello sviluppo dei sistemi di telecomunicazione che consentono ad ogni persona di avere a disposizione sistemi portatili, come gli smartphone, sempre connessi e pronti a comunicare. Lo stesso sviluppo si �� avuto all���interno dei sistemi sanitari in cui �� diventato fondamentale informatizzare le attivit�� ospedaliere per via del contesto demografico a cui si va incontro: invecchiamento della popolazione e aumento del numero di pazienti affetti da malattie croniche. Tutti questi aspetti portano all���attuazione di un cambiamento strategico. Le Body Area Network, fulcro di questo lavoro di tesi, rappresentano la risposta a questa necessit��. Si spiegano l'architettura e le tecnologie abilitanti per la realizzazione di queste reti di sensori, gli standard di comunicazione tramite i quali avviene la trasmissione dei dati e come le reti si interfacciano con i pazienti e le strutture sanitarie. Si conclude con una panoramica sui sensori di una BAN e alcuni esempi in commercio.

SDN: analisi delle soluzioni industriali

Questa tesi di rassegna si pone l'obiettivo di esaminare i motivi che hanno portato alla progettazione del modello Software Defined Networking e analizzarne le caratteristiche principali. L'obiettivo �� stato raggiunto attraverso un'analisi attenta dello stato dell'arte, in cui sono state evidenziate le problematiche dell'architettura tradizionale e i requisiti delle reti di nuova generazione che hanno portato i progettisti di rete a riconsiderare il modello attualmente diffuso. Dopo aver scritto in modo approfondito delle caratteristiche e dei benefici di SDN, �� stata posta l'enfasi sul protocollo OpenFlow riconosciuto come fattore abilitante del modello oggetto della tesi. Infine sono state analizzate le soluzioni, che si ispirano a SDN, di tre colossi dell'informatica quali HP, Google e Cisco.

Applicazioni di realt�� aumentata in ambito museale

La realt�� aumentata, unitamente a quella mista, stanno rapidamente prendendo pieno all'interno di molti aspetti della vita umana. Scopo di questo lavoro �� di analizzare tecnologie e tecniche esistenti al fine di applicarle ad un caso reale, la rilevazione e la sovrapposizione di un oggetto digitale tridimensionale ad uno presente in un museo.

Simulation of bistatic radar experiments with deep space missions

L���obiettivo del lavoro esposto nella seguente relazione di tesi ha riguardato lo studio e la simulazione di esperimenti di radar bistatico per missioni di esplorazione planeteria. In particolare, il lavoro si �� concentrato sull���uso ed il miglioramento di un simulatore software gi�� realizzato da un consorzio di aziende ed enti di ricerca nell���ambito di uno studio dell���Agenzia Spaziale Europea (European Space Agency ��� ESA) finanziato nel 2008, e svolto fra il 2009 e 2010. L���azienda spagnola GMV ha coordinato lo studio, al quale presero parte anche gruppi di ricerca dell���Universit�� di Roma ���Sapienza��� e dell���Universit�� di Bologna. Il lavoro svolto si �� incentrato sulla determinazione della causa di alcune inconsistenze negli output relativi alla parte del simulatore, progettato in ambiente MATLAB, finalizzato alla stima delle caratteristiche della superficie di Titano, in particolare la costante dielettrica e la rugosit�� media della superficie, mediante un esperimento con radar bistatico in modalit�� downlink eseguito dalla sonda Cassini-Huygens in orbita intorno al Titano stesso. Esperimenti con radar bistatico per lo studio di corpi celesti sono presenti nella storia dell���esplorazione spaziale fin dagli anni ���60, anche se ogni volta le apparecchiature utilizzate e le fasi di missione, durante le quali questi esperimenti erano effettuati, non sono state mai appositamente progettate per lo scopo. Da qui la necessit�� di progettare un simulatore per studiare varie possibili modalit�� di esperimenti con radar bistatico in diversi tipi di missione. In una prima fase di approccio al simulatore, il lavoro si �� incentrato sullo studio della documentazione in allegato al codice cos�� da avere un���idea generale della sua struttura e funzionamento. �� seguita poi una fase di studio dettagliato, determinando lo scopo di ogni linea di codice utilizzata, nonch�� la verifica in letteratura delle formule e dei modelli utilizzati per la determinazione di diversi parametri. In una seconda fase il lavoro ha previsto l���intervento diretto sul codice con una serie di indagini volte a determinarne la coerenza e l���attendibilit�� dei risultati. Ogni indagine ha previsto una diminuzione delle ipotesi semplificative imposte al modello utilizzato in modo tale da identificare con maggiore sicurezza la parte del codice responsabile dell���inesattezza degli output del simulatore. I risultati ottenuti hanno permesso la correzione di alcune parti del codice e la determinazione della principale fonte di errore sugli output, circoscrivendo l���oggetto di studio per future indagini mirate.