SDN enabled dynamically reconfigurable high capacity optical access architecture for converged services

Dynamically reconfigurable time-division multiplexing (TDM) dense wavelength division multiplexing (DWDM) long-reach passive optical networks (PONs) can support the reduction of nodes and network interfaces by enabling a fully meshed flat optical core. In this paper we demonstrate the flexibility of the TDM-DWDM PON architecture, which can enable the convergence of multiple service types on a single physical layer. Heterogeneous services and modulation formats, i.e. residential 10G PON channels, business 100G dedicated channel and wireless fronthaul, are demonstrated co-existing on the same long reach TDM-DWDM PON system, with up to 100km reach, 512 users and emulated system load of 40 channels, employing amplifier nodes with either erbium doped fiber amplifiers (EDFAs) or semiconductor optical amplifiers (SOAs). For the first time end-to-end software defined networking (SDN) management of the access and core network elements is also implemented and integrated with the PON physical layer in order to demonstrate two service use cases: a fast protection mechanism with end-to-end service restoration in the case of a primary link failure; and dynamic wavelength allocation (DWA) in response to an increased traffic demand.

Integrazione delle infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici nelle reti di distribuzione dell'energia elettrica

La tesi tratta le tecniche Vehicle-to-Grid (V2G) per l'interfacciamento deli sistemi di ricarica dei veicoli elettrici alla rete. Si analizzano le problematiche che una connessione non controllata può causare e come si può risolvere questo problema. Segue un'analisi dei servizi ausiliari che il sistema V2G è in grado di fornire alla rete di distribuzione e la presentazione di una strategia di regolazione della tensione e della frequenza (SFVR). Infine viene mostrata l'applicazione del sistema V2G che si può ottenere integrando la struttura di ricarica di un veicolo elettrico all'impianto elettrico domestico.

Analisi dei profili di tensione e dei flussi di potenza in diversi tipi di reti di distribuzione in media e bassa tensione mediante il software OpenDSS

La teoria secondo la quale vi sia una forte interconnessione tra cambiamento climatico ed emissioni di gas serra è via via più radicata all’interno della comunità scientifica internazionale. La certezza che la richiesta di energia a livello mondiale non possa che aumentare, unita con le preoccupazioni causate dal cambiamento climatico ha indirizzato parte dei cosiddetti paesi “sviluppati” verso politiche volte all’efficienza energetica e alla produzione di energia attraverso fonti rinnovabili. In seguito a queste decisioni il sistema elettrico nazionale si trova in una fase di rapido cambiamento; in particolare le maggiori problematiche, legate alla rete di distribuzione, sono originate da un fenomeno di diffusione su larga scala della generazione distribuita. In questo contesto, nel presente lavoro di tesi, ci si serve del software openDSS per osservare gli ammodernamenti che la rete ha subito e subirà in futuro. In primo luogo viene trattata una rete, prettamente passiva, in bassa tensione che vuole essere lo specchio di ciò che era la rete prima della diffusione della generazione distribuita. Vengono evidenziati in particolare i profili delle tensioni lungo la rete di distribuzione e le potenze circolanti in rete. Viene successivamente studiata la prima rete con l’aggiunta di generatori, volti a simulare il comportamento di pannelli fotovoltaici, evidenziando alcune le problematiche causate dalla GD su una rete non adatta a sopportarla. Infine viene mostrato come la presenza di alcuni accumulatori (modellizzati per simulare il comportamento di veicoli elettrici) possa migliorare le condizioni della rete. L’obiettivo non è quello di condurre delle simulazioni di reti realmente esistenti e di studiare diversi modelli di sviluppo per esse, bensì quello di creare una rete di prova all’interno del software al fine di analizzare qualitativamente come la rete sia mutata e come possibili scenari potrebbero modificarla in futuro.

Intrusion Detection Systems in SDN-based Self-Healing PMU Networks

Nowadays, Power grids are critical infrastructures on which everything else relies, and their correct behavior is of the highest priority. New smart devices are being deployed to be able to manage and control power grids more efficiently and avoid instability. However, the deployment of such smart devices like Phasor Measurement Units (PMU) and Phasor Data Concentrators (PDC), open new opportunities for cyber attackers to exploit network vulnerabilities. If a PDC is compromised, all data coming from PMUs to that PDC is lost, reducing network observability. Our approach to solve this problem is to develop an Intrusion detection System (IDS) in a Software-defined network (SDN). allowing the IDS system to detect compromised devices and use that information as an input for a self-healing SDN controller, which redirects the data of the PMUs to a new, uncompromised PDC, maintaining the maximum possible network observability at every moment. During this research, we have successfully implemented Self-healing in an example network with an SDN controller based on Ryu controller. We have also assessed intrinsic vulnerabilities of Wide Area Management Systems (WAMS) and SCADA networks, and developed some rules for the Intrusion Detection system which specifically protect vulnerabilities of these networks. The integration of the IDS and the SDN controller was also successful. \\To achieve this goal, the first steps will be to implement an existing Self-healing SDN controller and assess intrinsic vulnerabilities of Wide Area Measurement Systems (WAMS) and SCADA networks. After that, we will integrate the Ryu controller with Snort, and create the Snort rules that are specific for SCADA or WAMS systems and protocols.

Progettazione di un sistema per la modellazione di melodie musicali come reti complesse: conversione da formato MIDI a MusicXML

Il progetto realizzato consiste in uno strumento software in grado di effettuare una conversione di file, dal formato MIDI al formato MusicXML. Il tool è il proseguimento di un’attività basata sull'analisi di reti complesse e sullo sviluppo di strumenti per la modellazione di spartiti musicali. Melodie, assoli ed in generale tracce musicali sono rappresentabili come reti complesse, in cui i nodi identificano le note del brano e gli archi mostrano le sequenze con cui queste vengono suonate. Utilizzando la teoria delle reti è possibile estrarre alcune metriche principali che caratterizzano il brano in questione. Per la generazione della rete si è fatto uso di spartiti musicali descritti tramite lo standard MusicXML. File in questo formato sono difficilmente reperibili, per cui lo strumento realizzato si propone di effettuare una conversione da formato MIDI a formato MusicXML, con l’obiettivo di ottenere un database più esteso. Attraverso il tool sono stati convertiti brani di diverso genere, le cui reti relative sono state poi analizzate applicandovi le metriche principali ed effettuando le dovute valutazioni.

Il modello di Hopfield: un'applicazione del modello di Ising alle reti neurali

Il Modello di Hopfield è un tentativo di modellizzare il comportamento di una memoria associativa come proprietà emergente di un network costituito da unità a due stati interagenti tra loro, e costituisce un esempio di come gli strumenti della meccanica statistica possano essere applicati anche al campo delle reti neurali. Nel presente elaborato viene esposta l'analogia tra il Modello di Hopfield e il Modello di Ising nel contesto delle transizioni di fase, applicando a entrambi i modelli la teoria di campo medio. Viene esposta la dinamica a temperatura finita e ricavata e risolta l'equazione di punto a sella per il limite di non saturazione del Modello di Hopfield. Vengono inoltre accennate le principali estensioni del Modello di Hopfield.

Tangible interfaces to explain Gaudi's use of ruled-surface geometries

This paper summarises the development of a machine-readable model series for explaining Gaudi's use of ruled surface geometry in the Sagrada Familia in Barcelona, Spain. The first part discusses the modeling methods underlying the columns of the cathedral and the techniques required to translate them into built structures. The second part discusses the design and development of a tangible machine-readable model to explain column-modeling methods interactively in educational contexts such as art exhibitions. It is designed to explain the principles underlying the column design by means of physical interaction without using mathematical terms or language.

Le infrastrutture viarie dismesse o declassate ed il progetto di paesaggio

Paesaggio ed infrastrutture viarie sono un binomio molto forte: il primo ha insito il concetto di accessibilità, in quanto non può esistere senza la presenza di un osservatore; la strada, invece, trova i fattori che la connotano nel suo rapporto con la morfologia su cui insiste. Le infrastrutture viarie sono elemento strutturale e strutturante non solo di un territorio, ma anche di un paesaggio. Le attuali esigenze di mobilità portano oggi a ripensare ed adeguare molte infrastrutture viarie: laddove è possibile si potenziano le strutture esistenti, in diversi casi si ricorre a nuovi tracciati o a varianti di percorso. Porsi il problema di conservare itinerari testimoni della cultura materiale ed economica di una società implica considerazioni articolate, che travalicano i limiti del sedime: una via è un organismo più complesso della semplice linea di trasporto in quanto implica tutta una serie di manufatti a supporto della mobilità e soprattutto il corridoio infrastrutturale che genera e caratterizza, ovvero una porzione variabile di territorio definita sia dal tracciato che dalla morfologia del contesto. L’evoluzione dei modelli produttivi ed economici, che oggi porta quote sempre maggiori di popolazione a passare un tempo sempre minore all’interno del proprio alloggio, rende la riflessione sulle infrastrutture viarie dismesse o declassate occasione per la progettazione di spazi per l’abitare collettivo inseriti in contesti paesaggistici, tanto urbani che rurali, tramite reti di percorsi pensate per assorbire tagli di mobilità specifici e peculiari. Partendo da queste riflessioni la Tesi si articola in: Individuazioni del contesto teorico e pratico: Lo studio mette in evidenza come la questione delle infrastrutture viarie e del loro rapporto con il paesaggio implichi riflessioni incrociate a diversi livelli e tramite diverse discipline. La definizione dello spazio fisico della strada passa infatti per la costruzione di un itinerario, un viaggio che si appoggia tanto ad elementi fisici quanto simbolici. La via è un organismo complesso che travalica il proprio sedime per coinvolgere una porzione ampia di territorio, un corridoio variabile ed articolato in funzione del paesaggio attraversato. Lo studio propone diverse chiavi di lettura, mettendo in luce le possibili declinazioni del tema, in funzione del taglio modale, del rapporto con il contesto, del regime giuridico, delle implicazioni urbanistiche e sociali. La mobilità dolce viene individuata quale possibile modalità di riuso, tutela e recupero, del patrimonio diffuso costituito dalle diversi reti di viabilità. Antologia di casi studio: Il corpo principale dello studio si basa sulla raccolta, analisi e studio dello stato dell’arte nel settore; gli esempi raccolti sono presentati in due sezioni: la prima dedicata alle esperienze più significative ed articolate, che affrontano il recupero delle infrastrutture viarie a più livelli ed in modo avanzato non concentrandosi solo sulla conversione del sedime, ma proponendo un progetto che coinvolga tutto il corridoio attraversato dall’infrastruttura; la seconda parte illustra la pratica corrente nelle diverse realtà nazionali, ponendo in evidenza similitudini e differenze tra i vari approcci.

A CCG virtual system for big data application communication costs analysis

Network topology and routing are two important factors in determining the communication costs of big data applications at large scale. As for a given Cluster, Cloud, or Grid system, the network topology is fixed and static or dynamic routing protocols are preinstalled to direct the network traffic. Users cannot change them once the system is deployed. Hence, it is hard for application developers to identify the optimal network topology and routing algorithm for their applications with distinct communication patterns. In this study, we design a CCG virtual system (CCGVS), which first uses container-based virtualization to allow users to create a farm of lightweight virtual machines on a single host. Then, it uses software-defined networking (SDN) technique to control the network traffic among these virtual machines. Users can change the network topology and control the network traffic programmingly, thereby enabling application developers to evaluate their applications on the same system with different network topologies and routing algorithms. The preliminary experimental results through both synthetic big data programs and NPB benchmarks have shown that CCGVS can represent application performance variations caused by network topology and routing algorithm.

Visuaalisen työmuistin vapaasti jaettavat resurssit : muistiedustusten lukumäärä ja tarkkuus ääriviivakuvioilla

According to the most prevalent view, there are 3-4 fixed "slots" in visual working memory for temporary storage. Recently this view has been challenged with a theory of dynamic resources which are restricted in their totality but can be freely allocated. The aim of this study is to clarify which one of the theories better describes the performance in visual working memory tasks with contour shapes. Thus in this study, the interest is in both the number of recalled stimuli and the precision of the memory representations. Stimuli in the experiments were radial frequency patterns, which were constructed by sinusoidally modulating the radius of a circle. Five observers participated in the experiment and it consisted of two different tasks. In the delayed discrimination task the number of recalled stimuli was measured with 2-interval forced choice task. Observer was shown serially two displays with 1, 5 s ISI (inter stimulus interval). Displays contained 1-6 patterns and they differed from each other with changed amplitude in one pattern. The participant s task was to report whether the changed pattern had higher amplitude in the first or in the second interval. The amount of amplitude change was defined with QUEST-procedure and the 75 % discrimination threshold was measured in the task. In the recall task the precision of the memory representations was measured with subjective adjustment method. First, observer was shown 1-6 patterns and after 1, 5 s ISI one location of the previously shown pattern was cued. Observer s task was to adjust amplitude of a probe pattern to match the amplitude of the pattern in working memory. In the delayed discrimination task the performance of all observes declined smoothly when the number of presented patterns was increased. The result supports the resource theory of working memory as there was no sudden fall in the performance. The amplitude threshold for one item was 0.01 0.05 and as the number of items increased from 1 to 6 there was a 4 15 -fold linear increase in the amplitude threshold (0.14 0.29). In the recall adjustment task the precision of four observers performance declined smoothly as the number of presented patterns was increased. The result also supports the resource theory. The standard deviation for one item was 0.03 0.05 and as the number of items increased from 1 to 6 there was a 2 3 -fold linear increase in the amplitude threshold (0.06 0.11). These findings show that the performance in a visual working memory task is described better according to the theory of freely allocated resources and not to the traditional slot-model. In addition, the allocation of the resources depends on the properties of the individual observer and the visual working memory task.

Caracterización del retardo en redes definidas por software para monitorizar el nivel de utilización de recursos.

[ES]Este proyecto busca caracterizar el retardo sufrido por los mensajes de estadísticas en las redes definidas por software cuando la red se encuentra en estado de saturación. Para ello, se utilizarán los paquetes OpenFlow que utiliza el controlador OpenDaylight para comunicarse con los nodos presentes en la red, a través de ellos se podrán monitorizar los recursos consumidos por los servicios instalados. Toda la monitorización se llevará a cabo desde el controlador, el módulo de monitorización optimizado en este proyecto permitirá al controlador conocer el valor promedio del ancho de banda consumido en instantes de tiempo de hasta un segundo en todos los nodos de la red donde se hayan instalado los servicios. Estos valores podrán ser utilizados para controlar el ancho de banda consumido por los distintos servicios dentro de una red, realizando acciones desde el propio controlador sobre aquellos servicios que superen el límite establecido.

Avaliação de desempenho de plataformas de virtualização de redes.

O objetivo desta dissertação é avaliar o desempenho de ambientes virtuais de roteamento construídos sobre máquinas x86 e dispositivos de rede existentes na Internet atual. Entre as plataformas de virtualização mais utilizadas, deseja-se identificar quem melhor atende aos requisitos de um ambiente virtual de roteamento para permitir a programação do núcleo de redes de produção. As plataformas de virtualização Xen e KVM foram instaladas em servidores x86 modernos de grande capacidade, e comparadas quanto a eficiência, flexibilidade e capacidade de isolamento entre as redes, que são os requisitos para o bom desempenho de uma rede virtual. Os resultados obtidos nos testes mostram que, apesar de ser uma plataforma de virtualização completa, o KVM possui desempenho melhor que o do Xen no encaminhamento e roteamento de pacotes, quando o VIRTIO é utilizado. Além disso, apenas o Xen apresentou problemas de isolamento entre redes virtuais. Também avaliamos o efeito da arquitetura NUMA, muito comum em servidores x86 modernos, sobre o desempenho das VMs quando muita memória e núcleos de processamento são alocados nelas. A análise dos resultados mostra que o desempenho das operações de Entrada e Saída (E/S) de rede pode ser comprometido, caso as quantidades de memória e CPU virtuais alocadas para a VM não respeitem o tamanho dos nós NUMA existentes no hardware. Por último, estudamos o OpenFlow. Ele permite que redes sejam segmentadas em roteadores, comutadores e em máquinas x86 para que ambientes virtuais de roteamento com lógicas de encaminhamento diferentes possam ser criados. Verificamos que ao ser instalado com o Xen e com o KVM, ele possibilita a migração de redes virtuais entre diferentes nós físicos, sem que ocorram interrupções nos fluxos de dados, além de permitir que o desempenho do encaminhamento de pacotes nas redes virtuais criadas seja aumentado. Assim, foi possível programar o núcleo da rede para implementar alternativas ao protocolo IP.