Model-Based validation of Driver Drowsiness Detection System for ADAS

The work described in this Master’s Degree thesis was born after the collaboration with the company Maserati S.p.a, an Italian luxury car maker with its headquarters located in Modena, in the heart of the Italian Motor Valley, where I worked as a stagiaire in the Virtual Engineering team between September 2021 and February 2022. This work proposes the validation using real-world ECUs of a Driver Drowsiness Detection (DDD) system prototype based on different detection methods with the goal to overcome input signal losses and system failures. Detection methods of different categories have been chosen from literature and merged with the goal of utilizing the benefits of each of them, overcoming their limitations and limiting as much as possible their degree of intrusiveness to prevent any kind of driving distraction: an image processing-based technique for human physical signals detection as well as methods based on driver-vehicle interaction are used. A Driver-In-the-Loop simulator is used to gather real data on which a Machine Learning-based algorithm will be trained and validated. These data come from the tests that the company conducts in its daily activities so confidential information about the simulator and the drivers will be omitted. Although the impact of the proposed system is not remarkable and there is still work to do in all its elements, the results indicate the main advantages of the system in terms of robustness against subsystem failures and signal losses.

Progettazione di un sistema per la configurazione centralizzata di intrusion detection system

Il rilevamento di intrusioni nel contesto delle pratiche di Network Security Monitoring è il processo attraverso cui, passando per la raccolta e l'analisi di dati prodotti da una o più fonti di varia natura, (p.e. copie del traffico di rete, copie dei log degli applicativi/servizi, etc..) vengono identificati, correlati e analizzati eventi di sicurezza con l'obiettivo di rilevare potenziali tenativi di compromissione al fine di proteggere l'asset tecnologico all'interno di una data infrastruttura di rete. Questo processo è il prodotto di una combinazione di hardware, software e fattore umano. Spetta a quest'ultimo nello specifico il compito più arduo, ovvero quello di restare al passo con una realtà in continua crescita ed estremamente dinamica: il crimine informatico. Spetta all'analista filtrare e analizzare le informazioni raccolte in merito per contestualizzarle successivamente all'interno della realta che intende proteggere, con il fine ultimo di arricchire e perfezionare le logiche di rilevamento implementate sui sistemi utilizzati. È necessario comprendere come il mantenimento e l'aggiornamento di questi sistemi sia un'attività che segue l'evolversi delle tecnologie e delle strategie di attacco. Un suo svolgimento efficacie ed efficiente risulta di primaria importanza per consentire agli analisti di focalizzare le proprie risorse sulle attività di investigazione di eventi di sicurezza, ricerca e aggiornamento delle logiche di rilevamento, minimizzando quelle ripetitive, "time consuming", e potenzialmente automatizzabili. Questa tesi ha come obiettivo quello di presentare un possibile approccio ad una gestione automatizzata e centralizzata di sistemi per il rilevamento delle intrusioni, ponendo particolare attenzione alle tecnologie IDS presenti sul panorama open source oltre a rapportare tra loro gli aspetti di scalabilità e personalizzazione che ci si trova ad affrontare quando la gestione viene estesa ad infrastrutture di rete eterogenee e distribuite.

Construction and detectors’ characterization of a new detection system for FAMU Experiment

From 2010, the Proton Radius has become one of the most interest value to determine. The first proof of not complete understanding of its internal structure was the measurement of the Lamb Shift using the muonic hydrogen, leading to a value 7σ lower. A new road so was open and the Proton Radius Puzzle epoch begun. FAMU Experiment is a project that tries to give an answer to this Puzzle implementing high precision experimental apparatus. The work of this thesis is based on the study, construction and first characterization of a new detection system. Thanks to the previous experiments and simulations, this apparatus is composed by 17 detectors positioned on a semicircular crown with the related electronic circuit. The detectors' characterization is based on the use of a LabView program controlling a digital potentiometer and on other two analog potentiometers, all three used to set the amplitude of each detector to a predefined value, around 1.2 V, set on the oscilloscope by which is possible to observe the signal. This is the requirement in order to have, in the final measurement, a single high peak given by the sum of all the signals coming from the detectors. Each signal has been acquired for almost half of an hour, but the entire circuit has been maintained active for more time to observe its capacity to work for longer periods. The principal results of this thesis are given by the spectra of 12 detectors and the corresponding values of Voltages, FWHM and Resolution. The outcomes of the acquisitions show also another expected behavior: the strong dependence of the detectors from the temperature, demonstrating that an its change causes fluctuations in the signal. In turn, these fluctuations will affect the spectrum, resulting in a shifting of the curve and a lower Resolution. On the other hand, a measurement performed in stable conditions will lead to accordance between the nominal and experimental measurements, as for the detectors 10, 11 and 12 of our system.

Progettazione e implementazione di un sistema dinamico per la gestione del packet filtering

Un livello di sicurezza che prevede l’autenticazione e autorizzazione di un utente e che permette di tenere traccia di tutte le operazioni effettuate, non esclude una rete dall’essere soggetta a incidenti informatici, che possono derivare da tentativi di accesso agli host tramite innalzamento illecito di privilegi o dai classici programmi malevoli come virus, trojan e worm. Un rimedio per identificare eventuali minacce prevede l’utilizzo di un dispositivo IDS (Intrusion Detection System) con il compito di analizzare il traffico e confrontarlo con una serie d’impronte che fanno riferimento a scenari d’intrusioni conosciute. Anche con elevate capacità di elaborazione dell’hardware, le risorse potrebbero non essere sufficienti a garantire un corretto funzionamento del servizio sull’intero traffico che attraversa una rete. L'obiettivo di questa tesi consiste nella creazione di un’applicazione con lo scopo di eseguire un’analisi preventiva, in modo da alleggerire la mole di dati da sottoporre all’IDS nella fase di scansione vera e propria del traffico. Per fare questo vengono sfruttate le statistiche calcolate su dei dati forniti direttamente dagli apparati di rete, cercando di identificare del traffico che utilizza dei protocolli noti e quindi giudicabile non pericoloso con una buona probabilità.

Il Problema della Sicurezza nel Cloud Computing

Il termine cloud ha origine dal mondo delle telecomunicazioni quando i provider iniziarono ad utilizzare servizi basati su reti virtuali private (VPN) per la comunicazione dei dati. Il cloud computing ha a che fare con la computazione, il software, l’accesso ai dati e servizi di memorizzazione in modo tale che l’utente finale non abbia idea della posizione fisica dei dati e la configurazione del sistema in cui risiedono. Il cloud computing è un recente trend nel mondo IT che muove la computazione e i dati lontano dai desktop e dai pc portatili portandoli in larghi data centers. La definizione di cloud computing data dal NIST dice che il cloud computing è un modello che permette accesso di rete on-demand a un pool condiviso di risorse computazionali che può essere rapidamente utilizzato e rilasciato con sforzo di gestione ed interazione con il provider del servizio minimi. Con la proliferazione a larga scala di Internet nel mondo le applicazioni ora possono essere distribuite come servizi tramite Internet; come risultato, i costi complessivi di questi servizi vengono abbattuti. L’obbiettivo principale del cloud computing è utilizzare meglio risorse distribuite, combinarle assieme per raggiungere un throughput più elevato e risolvere problemi di computazione su larga scala. Le aziende che si appoggiano ai servizi cloud risparmiano su costi di infrastruttura e mantenimento di risorse computazionali poichè trasferiscono questo aspetto al provider; in questo modo le aziende si possono occupare esclusivamente del business di loro interesse. Mano a mano che il cloud computing diventa più popolare, vengono esposte preoccupazioni riguardo i problemi di sicurezza introdotti con l’utilizzo di questo nuovo modello. Le caratteristiche di questo nuovo modello di deployment differiscono ampiamente da quelle delle architetture tradizionali, e i meccanismi di sicurezza tradizionali risultano inefficienti o inutili. Il cloud computing offre molti benefici ma è anche più vulnerabile a minacce. Ci sono molte sfide e rischi nel cloud computing che aumentano la minaccia della compromissione dei dati. Queste preoccupazioni rendono le aziende restie dall’adoperare soluzioni di cloud computing, rallentandone la diffusione. Negli anni recenti molti sforzi sono andati nella ricerca sulla sicurezza degli ambienti cloud, sulla classificazione delle minacce e sull’analisi di rischio; purtroppo i problemi del cloud sono di vario livello e non esiste una soluzione univoca. Dopo aver presentato una breve introduzione sul cloud computing in generale, l’obiettivo di questo elaborato è quello di fornire una panoramica sulle vulnerabilità principali del modello cloud in base alle sue caratteristiche, per poi effettuare una analisi di rischio dal punto di vista del cliente riguardo l’utilizzo del cloud. In questo modo valutando i rischi e le opportunità un cliente deve decidere se adottare una soluzione di tipo cloud. Alla fine verrà presentato un framework che mira a risolvere un particolare problema, quello del traffico malevolo sulla rete cloud. L’elaborato è strutturato nel modo seguente: nel primo capitolo verrà data una panoramica del cloud computing, evidenziandone caratteristiche, architettura, modelli di servizio, modelli di deployment ed eventuali problemi riguardo il cloud. Nel secondo capitolo verrà data una introduzione alla sicurezza in ambito informatico per poi passare nello specifico alla sicurezza nel modello di cloud computing. Verranno considerate le vulnerabilità derivanti dalle tecnologie e dalle caratteristiche che enucleano il cloud, per poi passare ad una analisi dei rischi. I rischi sono di diversa natura, da quelli prettamente tecnologici a quelli derivanti da questioni legali o amministrative, fino a quelli non specifici al cloud ma che lo riguardano comunque. Per ogni rischio verranno elencati i beni afflitti in caso di attacco e verrà espresso un livello di rischio che va dal basso fino al molto alto. Ogni rischio dovrà essere messo in conto con le opportunità che l’aspetto da cui quel rischio nasce offre. Nell’ultimo capitolo verrà illustrato un framework per la protezione della rete interna del cloud, installando un Intrusion Detection System con pattern recognition e anomaly detection.

Performance analysis of reconstruction algorithms for breast microwave imaging

The problem of localizing a scatterer, which represents a tumor, in a homogeneous circular domain, which represents a breast, is addressed. A breast imaging method based on microwaves is considered. The microwave imaging involves to several techniques for detecting, localizing and characterizing tumors in breast tissues. In all such methods an electromagnetic inverse scattering problem exists. For the scattering detection method, an algorithm based on a linear procedure solution, inspired by MUltiple SIgnal Classification algorithm (MUSIC) and Time Reversal method (TR), is implemented. The algorithm returns a reconstructed image of the investigation domain in which it is detected the scatterer position. This image is called pseudospectrum. A preliminary performance analysis of the algorithm vying the working frequency is performed: the resolution and the signal-to-noise ratio of the pseudospectra are improved if a multi-frequency approach is considered. The Geometrical Mean-MUSIC algorithm (GM- MUSIC) is proposed as multi-frequency method. The performance of the GMMUSIC is tested in different real life computer simulations. The performed analysis shows that the algorithm detects the scatterer until the electrical parameters of the breast are known. This is an evident limit, since, in a real life situation, the anatomy of the breast is unknown. An improvement in GM-MUSIC is proposed: the Eye-GMMUSIC algorithm. Eye-GMMUSIC algorithm needs no a priori information on the electrical parameters of the breast. It is an optimizing algorithm based on the pattern search algorithm: it searches the breast parameters which minimize the Signal-to-Clutter Mean Ratio (SCMR) in the signal. Finally, the GM-MUSIC and the Eye-GMMUSIC algorithms are tested on a microwave breast cancer detection system consisting of an dipole antenna, a Vector Network Analyzer and a novel breast phantom built at University of Bologna. The reconstruction of the experimental data confirm the GM-MUSIC ability to localize a scatterer in a homogeneous medium.

Pulse shape studies of neutral particles with a liquid scintillator

The hadrontherapy exploits beams of charged particles against deep cancers. These ions have a depth-dose profile in which there is a little release of energy at the beginning of their path, whereas there is a sharp maximum, the Bragg Peak, near its end path. However, if heavy ions are used, the fragmentation of the projectile can happen and the fragments can release some dose outside the treatment volume beyond the Bragg peak. The fragmentation process takes place also when the Galactic Cosmic Rays at high energy hit the spaceship during space missions. In both cases some neutrons can be produced and if they interact with the absorbing materials nuclei some secondary particles are generated which can release energy. For this reason, studies about the cross section measurements of the fragments generated during the collisions of heavy ions against the tissues nuclei are very important. In this context, the FragmentatiOn Of Target (FOOT) experiment was born, and aims at measuring the differential and double differential fragmentation cross sections for different kinetic energies relevant to hadrontherapy and space radioprotection with high accuracy. Since during fragmentation processes also neutrons are produced, tests of a neutron detection system are ongoing. In particular, recently a neutron detector made up of a liquid organic scintillator, BC-501A with neutrons/gammas discrimination capability was studied, and it represents the core of this thesis. More in details, an analysis of the data collected at the GSI laboratory, in Darmstadt, Germany, is effectuated which consists in discriminating neutral and charged particles and then to separate neutrons from gammas. From this analysis, a preliminary energy-differential reaction cross-section for the production of neutrons in the 16O + (C_2H_4)_(n) and 16O + C reactions was estimated.

Crack measurements in structural concrete with D.I.C. system and validation of a tensile constitutive law

Compared with other mature engineering disciplines, fracture mechanics of concrete is still a developing field and very important for structures like bridges subject to dynamic loading. An historical point of view of what done in the field is provided and then the project is presented. The project presents an application of the Digital Image Correlation (DIC) technique for the detection of cracks at the surface of concrete prisms (500mmx100mmx100mm) subject to flexural loading conditions (Four Point Bending test). The technique provide displacement measurements of the region of interest and from this displacement field information about crack mouth opening (CMOD) are obtained and related to the applied load. The evolution of the fracture process is shown through graphs and graphical maps of the displacement at some step of the loading process. The study shows that it is possible with the DIC system to detect the appearance and evolution of cracks, even before the cracks become visually detectable.

Surface-enhanced vibrational techniques for the detection of synthetic organic colorants

The research project object of this thesis is focused on the development of an advanced analytical system based on the combination of an improved thin layer chromatography (TLC) plate coupled with infrared (FTIR) and Raman microscopies for the detection of synthetic dyes. Indeed, the characterization of organic colorants, which are commonly present in mixtures with other components and in a very limited amount, still represents a challenging task in scientific analyses of cultural heritage materials. The approach provides selective spectral fingerprints for each compound, foreseeing the complementary information obtained by micro ATR-RAIRS-FTIR and SERS-Raman analyses, which can be performed on the same separated spot. In particular, silver iodide (AgI) applied on a gold coated slide is proposed as an efficient stationary phase for the discrimination of complex analyte mixtures, such as dyes present in samples of art-historical interest. The gold-AgI-TLC plate shows high performances related both to the chromatographic separation of analytes and to the spectroscopic detection of components. The use of a mid-IR transparent inorganic salt as the stationary phase avoids interferences of the background absorption in FTIR investigations. Moreover, by ATR microscopy measurements performed on the gold-AgI surface, a considerable enhancement in the intensity of spectra is observed. Complementary information can be obtained by Raman analyses, foreseeing a SERS activity of the AgI substrate. The method has been tested for the characterization of a mixture of three synthetic organic colorants widely used in dyeing processes: Brilliant Green (BG1), Rhodamine B (BV10) and Methylene Blue (BB9).