Supporting semantic web technologies in the pervasive service ecosystems middleware

Semantic Web technologies are strategic in order to fulfill the openness requirement of Self-Aware Pervasive Service Ecosystems. In fact they provide agents with the ability to cope with distributed data, using RDF to represent information, ontologies to describe relations between concepts from any domain (e.g. equivalence, specialization/extension, and so on) and reasoners to extract implicit knowledge. The aim of this thesis is to study these technologies and design an extension of a pervasive service ecosystems middleware capable of exploiting semantic power, and deepening performance implications.

Benchmarking ’Expressing Without Asserting’ approaches on a large Wikidata dump

Semantic Web technologies provide the means to express the knowledge in a formal and standardized manner, enabling machines to automatically derive meaning from the data. Often this knowledge is uncertain or different degrees of certainty may be assigned to the same statements. This is the case in many fields of study such as in Digital Humanities, Science and Arts. The challenge relies on the fact that our knowledge about the surrounding world is dynamic and may evolve based on new data coming from the latest discoveries. Furthermore we should be able to express conflicting, debated or disputed statements in an efficient, effective and consistent way without the need of asserting them. We call this approach 'Expressing Without Asserting' (EWA). In this work we identify all existing methods that are compatible with actual Semantic Web standards and enable us to express EWA. In our research we were able to prove that existing reification methods such as Named Graphs, Singleton Properties, Wikidata Statements and RDF-Star are the most suitable methods to represent in a reliable way EWA. Next we compare these methods with our own method, namely Conjectures from a quantitative perspective. Our main objective was to put Conjectures into stress tests leveraging enormous datasets created ad hoc using art-related Wikidata dumps and measure the performance in various triplestores in relation with similar concurrent methods. Our experiments show that Conjectures are a formidable tool to express efficiently and effectively EWA. In some cases, Conjectures outperform state of the art methods such as singleton and Rdf-Star exposing their great potential. Is our firm belief that Conjectures represent a suitable solution to EWA issues. Conjectures in their weak form are fully compatible with Semantic Web standards, especially with RDF and SPARQL. Furthermore Conjectures benefit from comprehensive syntax and intuitive semantics that make them easy to learn and adapt.

The use of remote sensing imagery for monitoring recovery in the aftermath of a natural disaster: the Hurricane Katrina Case

Although Recovery is often defined as the less studied and documented phase of the Emergency Management Cycle, a wide literature is available for describing characteristics and sub-phases of this process. Previous works do not allow to gain an overall perspective because of a lack of systematic consistent monitoring of recovery utilizing advanced technologies such as remote sensing and GIS technologies. Taking into consideration the key role of Remote Sensing in Response and Damage Assessment, this thesis is aimed to verify the appropriateness of such advanced monitoring techniques to detect recovery advancements over time, with close attention to the main characteristics of the study event: Hurricane Katrina storm surge. Based on multi-source, multi-sensor and multi-temporal data, the post-Katrina recovery was analysed using both a qualitative and a quantitative approach. The first phase was dedicated to the investigation of the relation between urban types, damage and recovery state, referring to geographical and technological parameters. Damage and recovery scales were proposed to review critical observations on remarkable surge- induced effects on various typologies of structures, analyzed at a per-building level. This wide-ranging investigation allowed a new understanding of the distinctive features of the recovery process. A quantitative analysis was employed to develop methodological procedures suited to recognize and monitor distribution, timing and characteristics of recovery activities in the study area. Promising results, gained by applying supervised classification algorithms to detect localization and distribution of blue tarp, have proved that this methodology may help the analyst in the detection and monitoring of recovery activities in areas that have been affected by medium damage. The study found that Mahalanobis Distance was the classifier which provided the most accurate results, in localising blue roofs with 93.7% of blue roof classified correctly and a producer accuracy of 70%. It was seen to be the classifier least sensitive to spectral signature alteration. The application of the dissimilarity textural classification to satellite imagery has demonstrated the suitability of this technique for the detection of debris distribution and for the monitoring of demolition and reconstruction activities in the study area. Linking these geographically extensive techniques with expert per-building interpretation of advanced-technology ground surveys provides a multi-faceted view of the physical recovery process. Remote sensing and GIS technologies combined to advanced ground survey approach provides extremely valuable capability in Recovery activities monitoring and may constitute a technical basis to lead aid organization and local government in the Recovery management.

HTML5, Javascript and modern browser technologies: toward a web based framework for device fingerprinting

Mentre navighiamo siamo veramente certi che i nostri dati e la nostra privacy siano al sicuro? I browser e le tecnologie di cui fanno uso possono rivelare una miriade di informazioni. Al crescere delle informazioni reperibili, si inizia a superare una massa critica che può permettere l'identificazione. Il device fingerprinting è proprio il rilevamento di questa tipologia di dati. HTML5 e le nuove API che esso mette a disposizione aumentano a dismisura le modalità per fare fingerprinting. Durante lo sviluppo della presente tesi è stato realizzato un framework molto potente che verrà mostrato nel dettaglio. Come a seguito di un disastro aereo, l'ingegneria aeronautica si mette all'opera per scovare i punti deboli allo scopo di rendere più robusti gli aerei di nuova generazione, noi con la presente tesi vogliamo dare il nostro contributo al miglioramento del web del futuro. Affinchè la nostra privacy sia veramente nelle nostre mani e possiamo essere artefici del nostro domani.

Il problema del risparmio energetico nei data center

Con la crescente diffusione del web e dei servizi informatici offerti via internet, è aumentato in questi anni l’utilizzo dei data center e conseguentemente, il consumo di energia elettrica degli stessi. Il problema ambientale che comporta l’alto fabbisogno energetico, porta gli operatori di data center ad utilizzare tecniche a basso consumo e sistemi efficienti. Organizzazioni ambientali hanno rilevato che nel 2011 i consumi derivanti dai data center raggiungeranno i 100 milioni di kWh, con un costo complessivo di 7,4 milioni di dollari nei soli Stati Uniti, con una proiezione simile anche a livello globale. La seguente tesi intende valutare le tecniche in uso per diminuire il consumo energetico nei data center, e quali tecniche vengono maggiormente utilizzate per questo scopo. Innanzitutto si comincerà da una panoramica sui data center, per capire il loro funzionamento e per mostrare quali sono i componenti fondamentali che lo costituiscono; successivamente si mostrerà quali sono le parti che incidono maggiormente nei consumi, e come si devono effettuare le misurazioni per avere dei valori affidabili attraverso la rilevazione del PUE, unità di misura che valuta l’efficienza di un data center. Dal terzo capitolo si elencheranno le varie tecniche esistenti e in uso per risolvere il problema dell’efficienza energetica, mostrando alla fine una breve analisi sui metodi che hanno utilizzato le maggiori imprese del settore per risolvere il problema dei consumi nei loro data center. Lo scopo di questo elaborato è quello di capire quali sono le tecniche e le strategie per poter ridurre i consumi e aumentare l’efficienza energetica dei data center.

Packet erasure correcting codes for wireless sensor networks: implementation and field trial measurements

This thesis regards the Wireless Sensor Network (WSN), as one of the most important technologies for the twenty-first century and the implementation of different packet correcting erasure codes to cope with the ”bursty” nature of the transmission channel and the possibility of packet losses during the transmission. The limited battery capacity of each sensor node makes the minimization of the power consumption one of the primary concerns in WSN. Considering also the fact that in each sensor node the communication is considerably more expensive than computation, this motivates the core idea to invest computation within the network whenever possible to safe on communication costs. The goal of the research was to evaluate a parameter, for example the Packet Erasure Ratio (PER), that permit to verify the functionality and the behavior of the created network, validate the theoretical expectations and evaluate the convenience of introducing the recovery packet techniques using different types of packet erasure codes in different types of networks. Thus, considering all the constrains of energy consumption in WSN, the topic of this thesis is to try to minimize it by introducing encoding/decoding algorithms in the transmission chain in order to prevent the retransmission of the erased packets through the Packet Erasure Channel and save the energy used for each retransmitted packet. In this way it is possible extend the lifetime of entire network.

Engineering Concurrent and Event-driven Web Apps: An Agent-Oriented Approach based on the simpAL Language

Web is constantly evolving, thanks to the 2.0 transition, HTML5 new features and the coming of cloud-computing, the gap between Web and traditional desktop applications is tailing off. Web-apps are more and more widespread and bring several benefits compared to traditional ones. On the other hand reference technologies, JavaScript primarly, are not keeping pace, so a paradim shift is taking place in Web programming, and so many new languages and technologies are coming out. First objective of this thesis is to survey the reference and state-of-art technologies for client-side Web programming focusing in particular on what concerns concurrency and asynchronous programming. Taking into account the problems that affect existing technologies, we finally design simpAL-web, an innovative approach to tackle Web-apps development, based on the Agent-oriented programming abstraction and the simpAL language. == Versione in italiano: Il Web è in continua evoluzione, grazie alla transizione verso il 2.0, alle nuove funzionalità introdotte con HTML5 ed all’avvento del cloud-computing, il divario tra le applicazioni Web e quelle desktop tradizionali va assottigliandosi. Le Web-apps sono sempre più diffuse e presentano diversi vantaggi rispetto a quelle tradizionali. D’altra parte le tecnologie di riferimento, JavaScript in primis, non stanno tenendo il passo, motivo per cui la programmazione Web sta andando incontro ad un cambio di paradigma e nuovi linguaggi e tecnologie stanno spuntando sempre più numerosi. Primo obiettivo di questa tesi è di passare al vaglio le tecnologie di riferimento ed allo stato dell’arte per quel che riguarda la programmmazione Web client-side, porgendo particolare attenzione agli aspetti inerenti la concorrenza e la programmazione asincrona. Considerando i principali problemi di cui soffrono le attuali tecnologie passeremo infine alla progettazione di simpAL-web, un approccio innovativo con cui affrontare lo sviluppo di Web-apps basato sulla programmazione orientata agli Agenti e sul linguaggio simpAL.

Il linguaggio spagnolo del turismo nel web 2.0. tripadvisor: Un caso di studio

Internet e turismo sono due settori che si intersecano profondamente e che da sempre risultano interconnessi. Grazie al progresso delle nuove tecnologie l’ambito turistico ha mutato profondamente i suoi connotati, sia da un punto di vista strutturale sia nella gestione e nella distribuzione delle informazioni. Con l’ingresso nell’era digitale, lo sviluppo delle ICT (Information and Communication Technologies) e l’avvento del web 2.0, la comunicazione turistica si è modificata in modo sostanziale: si è passati da una comunicazione monologica e unidirezionale da esperti a pubblico, a un dialogo tra le varie parti coinvolte, dove la centralità dell’utente/consumatore, che ha acquisito un ruolo proattivo e guadagnato il diritto di parola, si fa sempre più evidente. In particolare la comparsa del web sociale, che si contraddistingue per la sua forte dinamicità e un carattere collaborativo e comunitario, ha permesso lo sviluppo di modelli comunicativi originali, che sono riusciti ad apportare elementi innovativi e peculiari anche nel linguaggio del turismo, varietà linguistica già di per sé piuttosto particolare ed eterogenea. Tramite l’analisi della versione spagnola del portale di viaggi più famoso al mondo (Tripadvisor.es), si è cercato di evidenziare quali caratteristiche mostrate nei testi pubblicati in questo spazio fossero riconducibili all’influenza del linguaggio del turismo dei generi più tradizionali (guide, dépliant, cataloghi) e quali invece fossero gli elementi attribuibili al mezzo computer e quindi appartenessero alla sfera della comunicazione mediata dal computer.

Integrating wireless sensor networks and internet of things: A coap-based approach

L'obiettivo su cui è stata basata questa Tesi di Laurea è stato quello di integrare la tecnologia delle Wireless Sensor Networks (WSN) al contesto dell'Internet delle cose (IoT). Per poter raggiungere questo obiettivo, il primo passo è stato quello di approfondire il concetto dell'Internet delle cose, in modo tale da comprendere se effettivamente fosse stato possibile applicarlo anche alle WSNs. Quindi è stata analizzata l'architettura delle WSNs e successivamente è stata fatta una ricerca per capire quali fossero stati i vari tipi di sistemi operativi e protocolli di comunicazione supportati da queste reti. Infine sono state studiate alcune IoT software platforms. Il secondo passo è stato quindi di implementare uno stack software che abilitasse la comunicazione tra WSNs e una IoT platform. Come protocollo applicativo da utilizzare per la comunicazione con le WSNs è stato usato CoAP. Lo sviluppo di questo stack ha consentito di estendere la piattaforma SensibleThings e il linguaggio di programmazione utilizzato è stato Java. Come terzo passo è stata effettuata una ricerca per comprendere a quale scenario di applicazione reale, lo stack software progettato potesse essere applicato. Successivamente, al fine di testare il corretto funzionamento dello stack CoAP, è stata sviluppata una proof of concept application che simulasse un sistema per la rilevazione di incendi. Questo scenario era caratterizzato da due WSNs che inviavano la temperatura rilevata da sensori termici ad un terzo nodo che fungeva da control center, il cui compito era quello di capire se i valori ricevuti erano al di sopra di una certa soglia e quindi attivare un allarme. Infine, l'ultimo passo di questo lavoro di tesi è stato quello di valutare le performance del sistema sviluppato. I parametri usati per effettuare queste valutazioni sono stati: tempi di durata delle richieste CoAP, overhead introdotto dallo stack CoAP alla piattaforma Sensible Things e la scalabilità di un particolare componente dello stack. I risultati di questi test hanno mostrato che la soluzione sviluppata in questa tesi ha introdotto un overheadmolto limitato alla piattaforma preesistente e inoltre che non tutte le richieste hanno la stessa durata, in quanto essa dipende dal tipo della richiesta inviata verso una WSN. Tuttavia, le performance del sistema potrebbero essere ulteriormente migliorate, ad esempio sviluppando un algoritmo che consenta la gestione concorrente di richieste CoAP multiple inviate da uno stesso nodo. Inoltre, poichè in questo lavoro di tesi non è stato considerato il problema della sicurezza, una possibile estensione al lavoro svolto potrebbe essere quello di implementare delle politiche per una comunicazione sicura tra Sensible Things e le WSNs.