Implementazione di un trasmettitore OFDM mediante software radio

L’obiettivo di questo elaborato è quello di implementare un Modem digitale che è basato su una modulazione Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ed è formato da due tipi di dispositivi radio differenti, i quali sono molto utili, poiché si possono utilizzare in diversi scopi senza doverne modificare l’hardware ma solo cambiando la parte software perché sono programmabili. I due dispositivi sono i seguenti: • Analog Device Adalm-Pluto: dispositivo in grado sia di trasmettere che di ricevere. Lo utilizzeremo solamente per trasmettere il segnale. • Noeelec NE-SDR: dispositivo in grado solo di ricevere. Lo utilizzeremo quindi solamente per ricevere il segnale. Il tipo di modulazione da noi utilizzata per trasmettere il segnale è come detto in precedenza la modulazione OFDM. Essa è molto efficiente nell’occupazione della banda ed applica la trasmissione di un segnale su più portanti affiancate nel dominio delle frequenze. Questo significa che ogni portante che compone il segnale completo si trova ad una frequenza multipla della principale f0. Inoltre il vantaggio di questa modulazione sta nel fatto di sapere che l’informazione è contenuta nel segnale passa-basso inviluppo complesso rappresentativo i(t) e per questo motivo vedremo, nel corso dell’elaborato, come lo schema di trasmissione e ricezione sia molto semplificato.

Implementazione di un ricevitore OFDM mediante software radio

Nel campo della trasmissione di segnali alfanumerici è cresciuto sempre di più l’interesse riguardo alla trasmissione di segnali caratterizzati da più sottoportanti affiancate nel dominio della frequenza mediante modulazione multiportante (MC, multicarrier modulation). Si è dimostrato che OFDM è un’effettiva tecnica per "combattere" il problema del multipath-fading nei canali wirless. Il multipath-fading è una forma di distorsione di un segnale che giunge a destinazione sotto forma di un certo numero di repliche, sfasate nel tempo, originate dai vari percorsi che il segnale stesso può aver seguito durante la sua propagazione e sommantesi tra loro in ricezione; ogni replica inoltre, sarà soggetta ad un’attenuazione in generale diversa da quella subita dalle altre repliche. Ciò che si vuole realizzare è un sistema di trasmissione e ricezione dati alfanumerico tramite la modulazione OFDM tramite l’utilizzo di due dispositivi SDR. In particolare per la trasmissione del segnale viene utilizzato il dispositivo ADALM-PLUTO, ed è lasciata libera scelta nel trasmettere qualsiasi tipo di segnale alfanumerico, ovvero il numero di simboli OFDM può variare a discrezione dell’utente. Per la ricezione del segnale inviato è stato impiegato il dispositivo Noolec NESDR, e l’utente, qui, sarà invece obbligato a inserire il numero di simboli OFDM da dover ricevere per avere così una corretta decodifica del segnale.

Spectrum sensing su piattaforma software defined radio: Implementazione e test su stick dvb-t

Spectrum sensing su piattaforma software defined radio: Implementazione e test su stick dvb-t

Integrating mobile devices into a scalable Grid Computing architecture designed to perform distributed computations

The idea of Grid Computing originated in the nineties and found its concrete applications in contexts like the SETI@home project where a lot of computers (offered by volunteers) cooperated, performing distributed computations, inside the Grid environment analyzing radio signals trying to find extraterrestrial life. The Grid was composed of traditional personal computers but, with the emergence of the first mobile devices like Personal Digital Assistants (PDAs), researchers started theorizing the inclusion of mobile devices into Grid Computing; although impressive theoretical work was done, the idea was discarded due to the limitations (mainly technological) of mobile devices available at the time. Decades have passed, and now mobile devices are extremely more performant and numerous than before, leaving a great amount of resources available on mobile devices, such as smartphones and tablets, untapped. Here we propose a solution for performing distributed computations over a Grid Computing environment that utilizes both desktop and mobile devices, exploiting the resources from day-to-day mobile users that alternatively would end up unused. The work starts with an introduction on what Grid Computing is, the evolution of mobile devices, the idea of integrating such devices into the Grid and how to convince device owners to participate in the Grid. Then, the tone becomes more technical, starting with an explanation on how Grid Computing actually works, followed by the technical challenges of integrating mobile devices into the Grid. Next, the model, which constitutes the solution offered by this study, is explained, followed by a chapter regarding the realization of a prototype that proves the feasibility of distributed computations over a Grid composed by both mobile and desktop devices. To conclude future developments and ideas to improve this project are presented.

Programming Robots with an Agent-Oriented BDI-based Control Architecture: Explorations using the JaCa and Webots Platforms

La crescente disponibilità di dispositivi meccanici e -soprattutto - elettronici le cui performance aumentano mentre il loro costo diminuisce, ha permesso al campo della robotica di compiere notevoli progressi. Tali progressi non sono stati fatti unicamente per ciò che riguarda la robotica per uso industriale, nelle catene di montaggio per esempio, ma anche per quella branca della robotica che comprende i robot autonomi domestici. Questi sistemi autonomi stanno diventando, per i suddetti motivi, sempre più pervasivi, ovvero sono immersi nello stesso ambiente nel quale vivono gli essere umani, e interagiscono con questi in maniera proattiva. Essi stanno compiendo quindi lo stesso percorso che hanno attraversato i personal computer all'incirca 30 anni fa, passando dall'essere costosi ed ingombranti mainframe a disposizione unicamente di enti di ricerca ed università, ad essere presenti all'interno di ogni abitazione, per un utilizzo non solo professionale ma anche di assistenza alle attività quotidiane o anche di intrattenimento. Per questi motivi la robotica è un campo dell'Information Technology che interessa sempre più tutti i tipi di programmatori software. Questa tesi analizza per prima cosa gli aspetti salienti della programmazione di controllori per robot autonomi (ovvero senza essere guidati da un utente), quindi, come l'approccio basato su agenti sia appropriato per la programmazione di questi sistemi. In particolare si mostrerà come un approccio ad agenti, utilizzando il linguaggio di programmazione Jason e quindi l'architettura BDI, sia una scelta significativa, dal momento che il modello sottostante a questo tipo di linguaggio è basato sul ragionamento pratico degli esseri umani (Human Practical Reasoning) e quindi è adatto alla implementazione di sistemi che agiscono in maniera autonoma. Dato che le possibilità di utilizzare un vero e proprio sistema autonomo per poter testare i controllori sono ridotte, per motivi pratici, economici e temporali, mostreremo come è facile e performante arrivare in maniera rapida ad un primo prototipo del robot tramite l'utilizzo del simulatore commerciale Webots. Il contributo portato da questa tesi include la possibilità di poter programmare un robot in maniera modulare e rapida per mezzo di poche linee di codice, in modo tale che l'aumento delle funzionalità di questo risulti un collo di bottiglia, come si verifica nella programmazione di questi sistemi tramite i classici linguaggi di programmazione imperativi. L'organizzazione di questa tesi prevede un capitolo di background nel quale vengono riportare le basi della robotica, della sua programmazione e degli strumenti atti allo scopo, un capitolo che riporta le nozioni di programmazione ad agenti, tramite il linguaggio Jason -quindi l'architettura BDI - e perché tale approccio è adatto alla programmazione di sistemi di controllo per la robotica. Successivamente viene presentata quella che è la struttura completa del nostro ambiente di lavoro software che comprende l'ambiente ad agenti e il simulatore, quindi nel successivo capitolo vengono mostrate quelle che sono le esplorazioni effettuate utilizzando Jason e un approccio classico (per mezzo di linguaggi classici), attraverso diversi casi di studio di crescente complessità; dopodiché, verrà effettuata una valutazione tra i due approcci analizzando i problemi e i vantaggi che comportano questi. Infine, la tesi terminerà con un capitolo di conclusioni e di riflessioni sulle possibili estensioni e lavori futuri.

Authoring tools and management information systems: study of a generalizable architecture

The need to effectively manage the documentation covering the entire production process, from the concept phase right through to market realise, constitutes a key issue in the creation of a successful and highly competitive product. For almost forty years the most commonly used strategies to achieve this have followed Product Lifecycle Management (PLM) guidelines. Translated into information management systems at the end of the '90s, this methodology is now widely used by companies operating all over the world in many different sectors. PLM systems and editor programs are the two principal types of software applications used by companies for their process aotomation. Editor programs allow to store in documents the information related to the production chain, while the PLM system stores and shares this information so that it can be used within the company and made it available to partners. Different software tools, which capture and store documents and information automatically in the PLM system, have been developed in recent years. One of them is the ''DirectPLM'' application, which has been developed by the Italian company ''Focus PLM''. It is designed to ensure interoperability between many editors and the Aras Innovator PLM system. In this dissertation we present ''DirectPLM2'', a new version of the previous software application DirectPLM. It has been designed and developed as prototype during the internship by Focus PLM. Its new implementation separates the abstract logic of business from the real commands implementation, previously strongly dependent on Aras Innovator. Thanks to its new design, Focus PLM can easily develop different versions of DirectPLM2, each one devised for a specific PLM system. In fact, the company can focus the development effort only on a specific set of software components which provides specialized functions interacting with that particular PLM system. This allows shorter Time-To-Market and gives the company a significant competitive advantage.

Enhancing quality of service in software-defined networks

Resource management is of paramount importance in network scenarios and it is a long-standing and still open issue. Unfortunately, while technology and innovation continue to evolve, our network infrastructure system has been maintained almost in the same shape for decades and this phenomenon is known as “Internet ossification”. Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm in computer networking that allows a logically centralized software program to control the behavior of an entire network. This is done by decoupling the network control logic from the underlying physical routers and switches that forward traffic to the selected destination. One mechanism that allows the control plane to communicate with the data plane is OpenFlow. The network operators could write high-level control programs that specify the behavior of an entire network. Moreover, the centralized control makes it possible to define more specific and complex tasks that could involve many network functionalities, e.g., security, resource management and control, into a single framework. Nowadays, the explosive growth of real time applications that require stringent Quality of Service (QoS) guarantees, brings the network programmers to design network protocols that deliver certain performance guarantees. This thesis exploits the use of SDN in conjunction with OpenFlow to manage differentiating network services with an high QoS. Initially, we define a QoS Management and Orchestration architecture that allows us to manage the network in a modular way. Then, we provide a seamless integration between the architecture and the standard SDN paradigm following the separation between the control and data planes. This work is a first step towards the deployment of our proposal in the University of California, Los Angeles (UCLA) campus network with differentiating services and stringent QoS requirements. We also plan to exploit our solution to manage the handoff between different network technologies, e.g., Wi-Fi and WiMAX. Indeed, the model can be run with different parameters, depending on the communication protocol and can provide optimal results to be implemented on the campus network.

The secret life of software applications

One of the most undervalued problems by smartphone users is the security of data on their mobile devices. Today smartphones and tablets are used to send messages and photos and especially to stay connected with social networks, forums and other platforms. These devices contain a lot of private information like passwords, phone numbers, private photos, emails, etc. and an attacker may choose to steal or destroy this information. The main topic of this thesis is the security of the applications present on the most popular stores (App Store for iOS and Play Store for Android) and of their mechanisms for the management of security. The analysis is focused on how the architecture of the two systems protects users from threats and highlights the real presence of malware and spyware in their respective application stores. The work described in subsequent chapters explains the study of the behavior of 50 Android applications and 50 iOS applications performed using network analysis software. Furthermore, this thesis presents some statistics about malware and spyware present on the respective stores and the permissions they require. At the end the reader will be able to understand how to recognize malicious applications and which of the two systems is more suitable for him. This is how this thesis is structured. The first chapter introduces the security mechanisms of the Android and iOS platform architectures and the security mechanisms of their respective application stores. The Second chapter explains the work done, what, why and how we have chosen the tools needed to complete our analysis. The third chapter discusses about the execution of tests, the protocol followed and the approach to assess the “level of danger” of each application that has been checked. The fourth chapter explains the results of the tests and introduces some statistics on the presence of malicious applications on Play Store and App Store. The fifth chapter is devoted to the study of the users, what they think about and how they might avoid malicious applications. The sixth chapter seeks to establish, following our methodology, what application store is safer. In the end, the seventh chapter concludes the thesis.

Arald: an architecture for name resolution, disambiguation and linking of linked data through semantics

La capacità di estrarre entità da testi, collegarle tra loro ed eliminare possibili ambiguità tra di esse è uno degli obiettivi del Web Semantico. Chiamato anche Web 3.0, esso presenta numerose innovazioni volte ad arricchire il Web con dati strutturati comprensibili sia dagli umani che dai calcolatori. Nel reperimento di questi temini e nella definizione delle entities è di fondamentale importanza la loro univocità. Il nostro orizzonte di lavoro è quello delle università italiane e le entities che vogliamo estrarre, collegare e rendere univoche sono nomi di professori italiani. L’insieme di informazioni di partenza, per sua natura, vede la presenza di ambiguità. Attenendoci il più possibile alla sua semantica, abbiamo studiato questi dati ed abbiamo risolto le collisioni presenti sui nomi dei professori. Arald, la nostra architettura software per il Web Semantico, estrae entità e le collega, ma soprattutto risolve ambiguità e omonimie tra i professori delle università italiane. Per farlo si appoggia alla semantica dei loro lavori accademici e alla rete di coautori desumibile dagli articoli da loro pubblicati, rappresentati tramite un data cluster. In questo docu delle università italiane e le entities che vogliamo estrarre, collegare e rendere univoche sono nomi di professori italiani. Partendo da un insieme di informazioni che, per sua natura, vede la presenza di ambiguità, lo abbiamo studiato attenendoci il più possibile alla sua semantica, ed abbiamo risolto le collisioni che accadevano sui nomi dei professori. Arald, la nostra architettura software per il Web Semantico, estrae entità, le collega, ma soprattutto risolve ambiguità e omonimie tra i professori delle università italiane. Per farlo si appoggia alla semantica dei loro lavori accademici e alla rete di coautori desumibile dagli articoli da loro pubblicati tramite la costruzione di un data cluster.

Elaborazione di Big Data: un’applicazione dello Speed Layer di Lambda Architecture

I Big Data hanno forgiato nuove tecnologie che migliorano la qualità della vita utilizzando la combinazione di rappresentazioni eterogenee di dati in varie discipline. Occorre, quindi, un sistema realtime in grado di computare i dati in tempo reale. Tale sistema viene denominato speed layer, come si evince dal nome si è pensato a garantire che i nuovi dati siano restituiti dalle query funcions con la rapidità in cui essi arrivano. Il lavoro di tesi verte sulla realizzazione di un’architettura che si rifaccia allo Speed Layer della Lambda Architecture e che sia in grado di ricevere dati metereologici pubblicati su una coda MQTT, elaborarli in tempo reale e memorizzarli in un database per renderli disponibili ai Data Scientist. L’ambiente di programmazione utilizzato è JAVA, il progetto è stato installato sulla piattaforma Hortonworks che si basa sul framework Hadoop e sul sistema di computazione Storm, che permette di lavorare con flussi di dati illimitati, effettuando l’elaborazione in tempo reale. A differenza dei tradizionali approcci di stream-processing con reti di code e workers, Storm è fault-tolerance e scalabile. Gli sforzi dedicati al suo sviluppo da parte della Apache Software Foundation, il crescente utilizzo in ambito di produzione di importanti aziende, il supporto da parte delle compagnie di cloud hosting sono segnali che questa tecnologia prenderà sempre più piede come soluzione per la gestione di computazioni distribuite orientate agli eventi. Per poter memorizzare e analizzare queste moli di dati, che da sempre hanno costituito una problematica non superabile con i database tradizionali, è stato utilizzato un database non relazionale: HBase.

Energy consumption of parallel algorithms for solving linear systems on HPC architecture

Modern High-Performance Computing HPC systems are gradually increasing in size and complexity due to the correspondent demand of larger simulations requiring more complicated tasks and higher accuracy. However, as side effects of the Dennard’s scaling approaching its ultimate power limit, the efficiency of software plays also an important role in increasing the overall performance of a computation. Tools to measure application performance in these increasingly complex environments provide insights into the intricate ways in which software and hardware interact. The monitoring of the power consumption in order to save energy is possible through processors interfaces like Intel Running Average Power Limit RAPL. Given the low level of these interfaces, they are often paired with an application-level tool like Performance Application Programming Interface PAPI. Since several problems in many heterogeneous fields can be represented as a complex linear system, an optimized and scalable linear system solver algorithm can decrease significantly the time spent to compute its resolution. One of the most widely used algorithms deployed for the resolution of large simulation is the Gaussian Elimination, which has its most popular implementation for HPC systems in the Scalable Linear Algebra PACKage ScaLAPACK library. However, another relevant algorithm, which is increasing in popularity in the academic field, is the Inhibition Method. This thesis compares the energy consumption of the Inhibition Method and Gaussian Elimination from ScaLAPACK to profile their execution during the resolution of linear systems above the HPC architecture offered by CINECA. Moreover, it also collates the energy and power values for different ranks, nodes, and sockets configurations. The monitoring tools employed to track the energy consumption of these algorithms are PAPI and RAPL, that will be integrated with the parallel execution of the algorithms managed with the Message Passing Interface MPI.

Unibo-BP: an innovative free software implementation of Bundle Protocol Version 7 (RFC 9171)

The BP (Bundle Protocol) version 7 has been recently standardized by IETF in RFC 9171, but it is the whole DTN (Delay-/Disruption-Tolerant Networking) architecture, of which BP is the core, that is gaining a renewed interest, thanks to its planned adoption in future space missions. This is obviously positive, but at the same time it seems to make space agencies more interested in deployment than in research, with new BP implementations that may challenge the central role played until now by the historical BP reference implementations, such as ION and DTNME. To make Unibo research on DTN independent of space agency decisions, the development of an internal BP implementation was in order. This is the goal of this thesis, which deals with the design and implementation of Unibo-BP: a novel, research-driven BP implementation, to be released as Free Software. Unibo-BP is fully compliant with RFC 9171, as demonstrated by a series of interoperability tests with ION and DTNME, and presents a few innovations, such as the ability to manage remote DTN nodes by means of the BP itself. Unibo-BP is compatible with pre-existing Unibo implementations of CGR (Contact Graph Routing) and LTP (Licklider Transmission Protocol) thanks to interfaces designed during the thesis. The thesis project also includes an implementation of TCPCLv3 (TCP Convergence Layer version 3, RFC 7242), which can be used as an alternative to LTPCL to connect with proximate nodes, especially in terrestrial networks. Summarizing, Unibo-BP is at the heart of a larger project, Unibo-DTN, which aims to implement the main components of a complete DTN stack (BP, TCPCL, LTP, CGR). Moreover, Unibo-BP is compatible with all DTNsuite applications, thanks to an extension of the Unified API library on which DTNsuite applications are based. The hope is that Unibo-BP and all the ancillary programs developed during this thesis will contribute to the growth of DTN popularity in academia and among space agencies.