Design and Implementation of a Cloud-based Middleware for Persuasive Android Applications

Negli ultimi decenni, le tecnologie e i prodotti informatici sono diventati pervasivi e sono ora una parte essenziale delle nostre vite. Ogni giorno ci influenzano in maniera più o meno esplicita, cambiando il nostro modo di vivere e i nostri comportamenti più o meno intenzionalmente. Tuttavia, i computer non nacquero inizialmente per persuadere: essi furono costruiti per gestire, calcolare, immagazzinare e recuperare dati. Non appena i computer si sono spostati dai laboratori di ricerca alla vita di tutti i giorni, sono però diventati sempre più persuasivi. Questa area di ricerca è chiamata pesuasive technology o captology, anche definita come lo studio dei sistemi informatici interattivi progettati per cambiare le attitudini e le abitudini delle persone. Nonostante il successo crescente delle tecnologie persuasive, sembra esserci una mancanza di framework sia teorici che pratici, che possano aiutare gli sviluppatori di applicazioni mobili a costruire applicazioni in grado di persuadere effettivamente gli utenti finali. Tuttavia, il lavoro condotto dal Professor Helal e dal Professor Lee al Persuasive Laboratory all’interno dell’University of Florida tenta di colmare questa lacuna. Infatti, hanno proposto un modello di persuasione semplice ma efficace, il quale può essere usato in maniera intuitiva da ingegneri o specialisti informatici. Inoltre, il Professor Helal e il Professor Lee hanno anche sviluppato Cicero, un middleware per dispositivi Android basato sul loro precedente modello, il quale può essere usato in modo molto semplice e veloce dagli sviluppatori per creare applicazioni persuasive. Il mio lavoro al centro di questa tesi progettuale si concentra sull’analisi del middleware appena descritto e, successivamente, sui miglioramenti e ampliamenti portati ad esso. I più importanti sono una nuova architettura di sensing, una nuova struttura basata sul cloud e un nuovo protocollo che permette di creare applicazioni specifiche per smartwatch.

Computazione Embodied e Disembodied: Cloud-based IoT

La tesi esplora la co-esistenza di computazioni embodied e disembodied nei moderni sistemi software, adottando come caso di studio il recente trend che vede sempre più coesi e integrati sistemi per l'Internet of Things e sistemi Cloud-based. Si analizzano i principali modelli di comunicazione, protocolli di comunicazione e architetture situate. Inoltre si realizza una piattaforma IoT Middleware cloud-based per mostrare come la computazione possa essere distribuita lato embodied e disembodied.

Smart execution of distributed application by balancing resources in mobile devices and cloud-based avatars

L’obiettivo del progetto di tesi svolto è quello di realizzare un servizio di livello middleware dedicato ai dispositivi mobili che sia in grado di fornire il supporto per l’offloading di codice verso una infrastruttura cloud. In particolare il progetto si concentra sulla migrazione di codice verso macchine virtuali dedicate al singolo utente. Il sistema operativo delle VMs è lo stesso utilizzato dal device mobile. Come i precedenti lavori sul computation offloading, il progetto di tesi deve garantire migliori performance in termini di tempo di esecuzione e utilizzo della batteria del dispositivo. In particolare l’obiettivo più ampio è quello di adattare il principio di computation offloading a un contesto di sistemi distribuiti mobili, migliorando non solo le performance del singolo device, ma l’esecuzione stessa dell’applicazione distribuita. Questo viene fatto tramite una gestione dinamica delle decisioni di offloading basata, non solo, sullo stato del device, ma anche sulla volontà e/o sullo stato degli altri utenti appartenenti allo stesso gruppo. Per esempio, un primo utente potrebbe influenzare le decisioni degli altri membri del gruppo specificando una determinata richiesta, come alta qualità delle informazioni, risposta rapida o basata su altre informazioni di alto livello. Il sistema fornisce ai programmatori un semplice strumento di definizione per poter creare nuove policy personalizzate e, quindi, specificare nuove regole di offloading. Per rendere il progetto accessibile ad un più ampio numero di sviluppatori gli strumenti forniti sono semplici e non richiedono specifiche conoscenze sulla tecnologia. Il sistema è stato poi testato per verificare le sue performance in termini di mecchanismi di offloading semplici. Successivamente, esso è stato anche sottoposto a dei test per verificare che la selezione di differenti policy, definite dal programmatore, portasse realmente a una ottimizzazione del parametro designato.

Massive MIMO-based system analysis and comparison with MIMO based-systems

The thesis is focused on introducing basic MIMO-based and Massive MIMO-based systems and their possible benefits. Then going through the implementation options that we have, according to 3GPP standards, for 5G systems and how the transition is done from a non-standalone 5G RAN to a completely standalone 5G RAN. Having introduced the above-mentioned subjects and providing some definition of telecommunications principles, we move forward to a more technical analysis of the Capacity, Throughput, Power consumption, and Costs. Comparing all the mentioned parameters between a Massive-MIMO-based system and a MIMO-based system. In the analysis of power consumption and costs, we also introduce the concept of virtualization and its benefits in terms of both power and costs. Finally, we try to justify a trade-off between having a more reliable system with a high capacity and throughput while keeping the costs as low as possible.

A performance analysis of mesh models for cloud-based workflows

Nell'ambito della loro trasformazione digitale, molte organizzazioni stanno adottando nuove tecnologie per supportare lo sviluppo, l'implementazione e la gestione delle proprie architetture basate su microservizi negli ambienti cloud e tra i fornitori di cloud. In questo scenario, le service ed event mesh stanno emergendo come livelli infrastrutturali dinamici e configurabili che facilitano interazioni complesse e la gestione di applicazioni basate su microservizi e servizi cloud. L’obiettivo di questo lavoro è quello di analizzare soluzioni mesh open-source (istio, Linkerd, Apache EventMesh) dal punto di vista delle prestazioni, quando usate per gestire la comunicazione tra applicazioni a workflow basate su microservizi all’interno dell’ambiente cloud. A questo scopo è stato realizzato un sistema per eseguire il dislocamento di ognuno dei componenti all’interno di un cluster singolo e in un ambiente multi-cluster. La raccolta delle metriche e la loro sintesi è stata realizzata con un sistema personalizzato, compatibile con il formato dei dati di Prometheus. I test ci hanno permesso di valutare le prestazioni di ogni componente insieme alla sua efficacia. In generale, mentre si è potuta accertare la maturità delle implementazioni di service mesh testate, la soluzione di event mesh da noi usata è apparsa come una tecnologia ancora non matura, a causa di numerosi problemi di funzionamento.

Elastic computing on Cloud resources for the CMS experiment

Nowadays, data handling and data analysis in High Energy Physics requires a vast amount of computational power and storage. In particular, the world-wide LHC Com- puting Grid (LCG), an infrastructure and pool of services developed and deployed by a ample community of physicists and computer scientists, has demonstrated to be a game changer in the efficiency of data analyses during Run-I at the LHC, playing a crucial role in the Higgs boson discovery. Recently, the Cloud computing paradigm is emerging and reaching a considerable adoption level by many different scientific organizations and not only. Cloud allows to access and utilize not-owned large computing resources shared among many scientific communities. Considering the challenging requirements of LHC physics in Run-II and beyond, the LHC computing community is interested in exploring Clouds and see whether they can provide a complementary approach - or even a valid alternative - to the existing technological solutions based on Grid. In the LHC community, several experiments have been adopting Cloud approaches, and in particular the experience of the CMS experiment is of relevance to this thesis. The LHC Run-II has just started, and Cloud-based solutions are already in production for CMS. However, other approaches of Cloud usage are being thought of and are at the prototype level, as the work done in this thesis. This effort is of paramount importance to be able to equip CMS with the capability to elastically and flexibly access and utilize the computing resources needed to face the challenges of Run-III and Run-IV. The main purpose of this thesis is to present forefront Cloud approaches that allow the CMS experiment to extend to on-demand resources dynamically allocated as needed. Moreover, a direct access to Cloud resources is presented as suitable use case to face up with the CMS experiment needs. Chapter 1 presents an overview of High Energy Physics at the LHC and of the CMS experience in Run-I, as well as preparation for Run-II. Chapter 2 describes the current CMS Computing Model, and Chapter 3 provides Cloud approaches pursued and used within the CMS Collaboration. Chapter 4 and Chapter 5 discuss the original and forefront work done in this thesis to develop and test working prototypes of elastic extensions of CMS computing resources on Clouds, and HEP Computing “as a Service”. The impact of such work on a benchmark CMS physics use-cases is also demonstrated.

Oxidative properties of the Iron - Thymine-1-acetic acid - Hydrogen peroxide catalytic system

The oxidation of alcohols and olefins is a pivotal reaction in organic synthesis. However, traditional oxidants are toxic and they often release a considerable amounts of by-products. Here, two IronIII-based systems are shown as oxidative catalyst, working in mild conditions with hydrogen peroxide as primary oxidant. An efficient catalytic system for the selective oxidation of several alcohols to their corresponding aldehydes and ketones was developed and characterized, [Fe(phen)2Cl2]NO3 (phen=1,10-Phenantroline). It was demonstrated that the adoption of a buffered aqueous solution is of crucial importance to ensure both considerable activity and selectivity.The Iron - Thymine-1-acetic acid in-situ complex was studied as catalyst in alcohol oxidations and C-H oxidative functionalization, involving hydrogen peroxide as primary oxidant in mild reaction conditions. The catalytic ability in alcohol oxidations was investigated by Density Functional Theory calculations, however the catalyst still has uncertain structure. The system shows satisfactory activity in alcohol oxidation and aliphatic rings functionalization. The Fe-THA system was studied in cyclohexene oxidation and oxidative halogenations. Halide salts such as NBu4X and NH4X were introduced in the catalytic system as halogens source to obtain cyclohexene derivatives such as halohydrins, important synthetic intermediates.The purpose of this dissertation is to contribute in testing new catalytic systems for alcohol oxidations and C-H functionalization. In particular, most of the efforts in this work focus on studying the Iron - Thymine-1-acetic acid (THA) systems as non-heme oxidative model, which present: •an iron metal centre(s) as a coordinative active site, •hydrogen peroxide as a primary oxidant, •THA as an eco-friendly, biocompatible, low cost coordinating ligand.

Migrazione concorrente di macchine virtuali su piattaforme open source

Questa tesi si pone l’obiettivo di effettuare un’analisi aggiornata sulla recente evoluzione del Cloud Computing e dei nuovi modelli architetturali a sostegno della continua crescita di richiesta di risorse di computazione, di storage e di rete all'interno dei data center, per poi dedicarsi ad una fase sperimentale di migrazioni live singole e concorrenti di macchine virtuali, studiandone le prestazioni a livello di risorse applicative e di rete all’interno della piattaforma open source di virtualizzazione QEMU-KVM, oggi alla base di sistemi cloud-based come Openstack. Nel primo capitolo, viene effettuato uno studio dello stato dell’arte del Cloud Computing, dei suoi attuali limiti e delle prospettive offerte da un modello di Cloud Federation nel futuro immediato. Nel secondo capitolo vengono discusse nel dettaglio le tecniche di live migration, di recente riferimento per la comunità scientifica internazionale e le possibili ottimizzazioni in scenari inter e intra data center, con l’intento di definire la base teorica per lo studio approfondito dell’implementazione effettiva del processo di migrazione su piattaforma QEMU-KVM, che viene affrontato nel terzo capitolo. In particolare, in quest’ultimo sono descritti i principi architetturali e di funzionamento dell'hypervisor e viene definito il modello di progettazione e l’algoritmo alla base del processo di migrazione. Nel quarto capitolo, infine, si presenta il lavoro svolto, le scelte configurative e progettuali per la creazione di un ambiente di testbed adatto allo studio di sessioni di live migration concorrenti e vengono discussi i risultati delle misure di performance e del comportamento del sistema, tramite le sperimentazioni effettuate.

Progettazione e implementazione di un servizio di autenticazione a più fattori per i servizi dell'ateneo

I sistemi di autenticazione con secondo fattore permettono una migliore protezione dell'identità digitale degli utenti. Questo lavoro descrive l'analisi e progettazione della soluzione di autenticazione a più fattori da integrare nel sistema di Ateneo, conclusasi con lo sviluppo del modulo di integrazione tra il servizio di autenticazione Web Single Sign-On dell'Università di Bologna (ADFS 3.0) e la piattaforma scelta per la fornitura (Time4ID). L'integrazione è stata effettuata programmando un Authentication Provider, costituito da una libreria di integrazione scritta in C#, capace di integrarsi con la piattaforma cloud-based di verifica del secondo fattore.

Progettazione e Implementazione di una piattaforma di Geofencing per il Context-Aware Advertising

La diffusione di smartphone e dispostivi mobili a cui si è assistito nell’ultima decade ha portato con sé lo sviluppo di nuovi sistemi e tecnologie basate sulla localizzazione. Questi sistemi vengono chiamati Location Based Systems (LBS) ed il loro successo è stato reso possibile dai sensori come GPS, antenna WiFi e accelerometro che hanno permesso agli sviluppatori di creare contenuti e servizi basati sulla posizione dell’utente. Una delle tecnologie su cui si basano i LBS è chiamata Geofencing e consiste nella creazione di aree virtuali (dette geofence) per delimitare luoghi di interesse (Point of Interests) e notificare l’utente quando entra, esce o si trova nelle vicinanze di una delle aree delimitate. Questa caratteristica viene utilizzata soprattutto per realizzare applicazioni che ricordano all’utente di svolgere delle azioni, per esempio un’app di promemoria che ricorda all’utente di comprare il latte quando si trova vicino ad un supermercato. Dal punto di vista economico, uno degli utilizzi piu` promettenti `e il co- siddetto Context Aware Advertising: i possessori di dispositivi mobili che si trovano a camminare nelle vicinanze di un negozio o un centro commer- ciale possono essere considerati possibili clienti e ricevere delle notifiche con pubblicit`a o questionari. Nel seguente lavoro verrà analizzato nel dettaglio cos’è il Geofencing, le sue applicazioni e le tecnologie sulla quale si basa. Verranno presi in considerazione alcuni problemi relativi all’utilizzo delle tecnologie di posizionamento, con particolare attenzione ai consumi di batteria. Verrà inoltre descritta la progettazione e l’implementazione di una piattaforma che permette ai possessori di attività commerciali di creare e gestire dei POI nonché di monitorare gli spostamenti dei possibili clienti. Dopo aver installato l’applicazione mobile sul proprio smartphone, i clienti potranno ricevere notifiche una volta oltrepassati i confini di un geofence.

Progettazione ed Implementazione Front-End di un Sistema Integrato di Customer Assistance in ambito Industry 4.0

Al giorno d'oggi, l'industry 4.0 è un movimento sempre più prominente che induce ad equipaggiare gli impianti industriali con avanzate infrastrutture tecnologiche digitali, le quali operano sinergicamente con l'impianto, al fine di controllare ed aumentare la produttività, monitorare e prevenire i futuri guasti, ed altro ancora. In questo ambito, gli utenti sono parte integrante della struttura produttiva, in cui ricoprono ruoli strategici e flessibili, collaborano fra loro e con le macchine, con l’obiettivo di affrontare e risolvere proattivamente una vasta gamma di problemi complessi. In particolare, la customer assistance nel settore industriale può certamente variare in relazione a molteplici elementi: il tipo di produzione e le caratteristiche del prodotto; l'organizzazione ed infrastruttura aziendale interna; la quantità di risorse disponibili che possono essere impiegate; il grado di importanza ricoperto dalla customer assistance nel settore industriale di riferimento; altri eventuali fattori appartenenti ad un dominio specifico. Per queste ragioni, si è cercato di individuare e categorizzare nel modo più accurato possibile, il lavoro svolto in questo elaborato ed il contesto nel quale è stato sviluppato. In questa tesi, viene descritta un'applicazione web per erogare assistenza al cliente in ambito di industria 4.0, attraverso il paradigma di ticketing o ticket di supporto/assistenza. Questa applicazione è integrata nel sistema Mentor, il quale è attivo già da anni nel settore industriale 4.0. Il progetto Mentor è una suite di applicazioni cloud-based creata dal gruppo Bucci Industries, una multinazionale attiva nell'industria e nell'automazione con sede a Faenza. In questo caso di studio, si presenta la progettazione ed implementazione della parte front-end del suddetto sistema di assistenza, il quale è integrato ed interconnesso con un paio di applicazioni tipiche di industria 4.0, presenti nella stessa suite di applicazioni.

Image Processing Algorithms applied to Radio SLAM using MIMO Radars

Radio Simultaneous Location and Mapping (SLAM) consists of the simultaneous tracking of the target and estimation of the surrounding environment, to build a map and estimate the target movements within it. It is an increasingly exploited technique for automotive applications, in order to improve the localization of obstacles and the target relative movement with respect to them, for emergency situations, for example when it is necessary to explore (with a drone or a robot) environments with a limited visibility, or for personal radar applications, thanks to its versatility and cheapness. Until today, these systems were based on light detection and ranging (lidar) or visual cameras, high-accuracy and expensive approaches that are limited to specific environments and weather conditions. Instead, in case of smoke, fog or simply darkness, radar-based systems can operate exactly in the same way. In this thesis activity, the Fourier-Mellin algorithm is analyzed and implemented, to verify the applicability to Radio SLAM, in which the radar frames can be treated as images and the radar motion between consecutive frames can be covered with registration. Furthermore, a simplified version of that algorithm is proposed, in order to solve the problems of the Fourier-Mellin algorithm when working with real radar images and improve the performance. The INRAS RBK2, a MIMO 2x16 mmWave radar, is used for experimental acquisitions, consisting of multiple tests performed in Lab-E of the Cesena Campus, University of Bologna. The different performances of Fourier-Mellin and its simplified version are compared also with the MatchScan algorithm, a classic algorithm for SLAM systems.

Design of alternative energy storage systems for hybrid vehicles based on statistical processing of driving cycles information

Hybrid vehicles represent the future for automakers, since they allow to improve the fuel economy and to reduce the pollutant emissions. A key component of the hybrid powertrain is the Energy Storage System, that determines the ability of the vehicle to store and reuse energy. Though electrified Energy Storage Systems (ESS), based on batteries and ultracapacitors, are a proven technology, Alternative Energy Storage Systems (AESS), based on mechanical, hydraulic and pneumatic devices, are gaining interest because they give the possibility of realizing low-cost mild-hybrid vehicles. Currently, most literature of design methodologies focuses on electric ESS, which are not suitable for AESS design. In this contest, The Ohio State University has developed an Alternative Energy Storage System design methodology. This work focuses on the development of driving cycle analysis methodology that is a key component of Alternative Energy Storage System design procedure. The proposed methodology is based on a statistical approach to analyzing driving schedules that represent the vehicle typical use. Driving data are broken up into power events sequence, namely traction and braking events, and for each of them, energy-related and dynamic metrics are calculated. By means of a clustering process and statistical synthesis methods, statistically-relevant metrics are determined. These metrics define cycle representative braking events. By using these events as inputs for the Alternative Energy Storage System design methodology, different system designs are obtained. Each of them is characterized by attributes, namely system volume and weight. In the last part the work, the designs are evaluated in simulation by introducing and calculating a metric related to the energy conversion efficiency. Finally, the designs are compared accounting for attributes and efficiency values. In order to automate the driving data extraction and synthesis process, a specific script Matlab based has been developed. Results show that the driving cycle analysis methodology, based on the statistical approach, allows to extract and synthesize cycle representative data. The designs based on cycle statistically-relevant metrics are properly sized and have satisfying efficiency values with respect to the expectations. An exception is the design based on the cycle worst-case scenario, corresponding to same approach adopted by the conventional electric ESS design methodologies. In this case, a heavy system with poor efficiency is produced. The proposed new methodology seems to be a valid and consistent support for Alternative Energy Storage System design.

Design the support for granting required sla in public cloud environments based on cloud foundry

Through the use of Cloud Foundry "stack" concept, a new isolation is provided to the application running on the PaaS. A new deployment feature that can easily scale on distributed system, both public and private clouds.

Antarctic cloud spectral emission from ground-based measurements, a focus on far infrared signatures

The present work belongs to the PRANA project, the first extensive field campaign of observation of atmospheric emission spectra covering the Far InfraRed spectral region, for more than two years. The principal deployed instrument is REFIR-PAD, a Fourier transform spectrometer used by us to study Antarctic cloud properties. A dataset covering the whole 2013 has been analyzed and, firstly, a selection of good quality spectra is performed, using, as thresholds, radiance values in few chosen spectral regions. These spectra are described in a synthetic way averaging radiances in selected intervals, converting them into BTs and finally considering the differences between each pair of them. A supervised feature selection algorithm is implemented with the purpose to select the features really informative about the presence, the phase and the type of cloud. Hence, training and test sets are collected, by means of Lidar quick-looks. The supervised classification step of the overall monthly datasets is performed using a SVM. On the base of this classification and with the help of Lidar observations, 29 non-precipitating ice cloud case studies are selected. A single spectrum, or at most an average over two or three spectra, is processed by means of the retrieval algorithm RT-RET, exploiting some main IR window channels, in order to extract cloud properties. Retrieved effective radii and optical depths are analyzed, to compare them with literature studies and to evaluate possible seasonal trends. Finally, retrieval output atmospheric profiles are used as inputs for simulations, assuming two different crystal habits, with the aim to examine our ability to reproduce radiances in the FIR. Substantial mis-estimations are found for FIR micro-windows: a high variability is observed in the spectral pattern of simulation deviations from measured spectra and an effort to link these deviations to cloud parameters has been performed.