Metodi e modelli per l'interoperabilità di infrastrutture di virtualizzazione eterogenee: Openstack come caso di studio

Il presente lavoro è uno studio sulle diverse proposte in letteratura per ovviare alle problematiche di interoperabilità tra piattaforme di virtualizzazione eterogenee, ovvero di diversi produttori. Al giorno d'oggi non sono stati definiti con successo degli standard opportuni per cui le soluzioni presentate sono molto diverse tra di loro. Lo scopo del lavoro è quello di analizzare le proposte e, in base ad uno studio approfondito, stabilire qual è quella migliore. Successivamente si vuole presentare il caso di studio di una piattaforma che si basa su uno strato virtuale che può essere eterogeneo. Si vuole evidenziare come nei sistemi complessi garantire interoperabilità comporta garantire anche una vasta serie di altri servizi necessari alla consistenza del sistema.

Il tempo nei sistemi coordinati: esperimenti in TuCSoN

La tesi intende esplorare i problemi relativi al tempo nei sistemi coordinati e costruire esperimenti sia applicativi che di estensione di middleware di coordinazione, concentrandosi in particolare sulla tecnologia di coordinazione TuCSoN.

Spatial computing per smart devices

Magic Carpet, nato come un middleware orientato a una dimostrazione sullo spatial computing, che inizialmente coinvolgeva solo smart devices ed un tappeto di tag NFC, è il punto di partenza per uno studio sulle tecnologie abilitanti in tale campo. Il prodotto finale è una toolchain per lo sviluppo e la distribuzione, su dispositivi connessi, di applicazioni di spatial computing. Essa comprende un interprete per un DSL basato su un core calculus formalizzato, Field Calculus, e un middleware che supporta l'astrazione curando, a basso livello, le comunicazioni con il vicinato e le percezioni ambientali.

Tuning remoto di filtering, pre-processing e buffering per scenari internet of things

La tesi propone una soluzione middleware per scenari in cui i sensori producono un numero elevato di dati che è necessario gestire ed elaborare attraverso operazioni di preprocessing, filtering e buffering al fine di migliorare l'efficienza di comunicazione e del consumo di banda nel rispetto di vincoli energetici e computazionali. E'possibile effettuare l'ottimizzazione di questi componenti attraverso operazioni di tuning remoto.

Internet of things e integrazione nel web: Web of things

Internet of Things (IoT): tre parole che sintetizzano al meglio come la tecnologia abbia pervaso quasi ogni ambito della nostra vita. In questa tesi andrò a esplorare le soluzioni hardware e soprattutto software che si celano dietro allo sviluppo di questa nuova frontiera tecnologica, dalla cui combinazione con il web nasce il Web of Things, ovvero una visione globale, accessibile da qualsiasi utente attraverso i comuni mezzi di navigazione, dei servizi che ogni singolo smart device può offrire. Sarà seguito un percorso bottom-up partendo dalla descrizione fisica dei device e delle tecnologie abilitanti alla comunicazione thing to thing ed i protocolli che instaurano fra i device le connessioni. Proseguendo per l’introduzione di concetti quali middleware e smart gateway, sarà illustrata l’integrazione nel web 2.0 di tali device menzionando durante il percorso quali saranno gli scenari applicativi e le prospettive di sviluppo auspicabili.

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.

Aggregate Programming in Scala: a Core Library and Actor-Based Platform for Distributed Computational Fields

La programmazione aggregata è un paradigma che supporta la programmazione di sistemi di dispositivi, adattativi ed eventualmente a larga scala, nel loro insieme -- come aggregati. L'approccio prevalente in questo contesto è basato sul field calculus, un calcolo formale che consente di definire programmi aggregati attraverso la composizione funzionale di campi computazionali, creando i presupposti per la specifica di pattern di auto-organizzazione robusti. La programmazione aggregata è attualmente supportata, in modo più o meno parziale e principalmente per la simulazione, da DSL dedicati (cf., Protelis), ma non esistono framework per linguaggi mainstream finalizzati allo sviluppo di applicazioni. Eppure, un simile supporto sarebbe auspicabile per ridurre tempi e sforzi d'adozione e per semplificare l'accesso al paradigma nella costruzione di sistemi reali, nonché per favorire la ricerca stessa nel campo. Il presente lavoro consiste nello sviluppo, a partire da un prototipo della semantica operazionale del field calculus, di un framework per la programmazione aggregata in Scala. La scelta di Scala come linguaggio host nasce da motivi tecnici e pratici. Scala è un linguaggio moderno, interoperabile con Java, che ben integra i paradigmi ad oggetti e funzionale, ha un sistema di tipi espressivo, e fornisce funzionalità avanzate per lo sviluppo di librerie e DSL. Inoltre, la possibilità di appoggiarsi, su Scala, ad un framework ad attori solido come Akka, costituisce un altro fattore trainante, data la necessità di colmare l'abstraction gap inerente allo sviluppo di un middleware distribuito. Nell'elaborato di tesi si presenta un framework che raggiunge il triplice obiettivo: la costruzione di una libreria Scala che realizza la semantica del field calculus in modo corretto e completo, la realizzazione di una piattaforma distribuita Akka-based su cui sviluppare applicazioni, e l'esposizione di un'API generale e flessibile in grado di supportare diversi scenari.

Mobile CSCW e sincronizzazione dati per il soccorso in emergenza: un caso di studio

L'obiettivo principale di questa tesi è quello di approfondire il tema della comunicazione e sincronizzazione dati nel contesto di uno specifico caso di studio di sistema informatico a supporto del lavoro cooperativo per il soccorso in emergenza: a partire dai requisiti del caso applicativo, secondo cui agli operatori deve essere possibile utilizzare il sistema anche a fronte di disconnessioni dei propri dispositivi mobili, emerge infatti la necessità di un middleware a cui il livello applicativo demandi le funzionalità di sincronizzare le informazioni prodotte durante le operazioni, in modo da promuovere uno scambio di informazioni che migliori e supporti l'azione del singolo e conseguentemente del team. Quindi, dopo aver introdotto la tematica ed analizzato il caso di studio da affrontare, viene descritta l'esplorazione del panorama tecnologico volta alla ricerca di strumenti o approcci che possano mitigare la complessità nella realizzazione di questa funzionalità. Nel panorama tecnologico considerato, comprendente framework per servizi web, MOM e database, uno strumento di particolare interesse è stato individuato in CouchDB, un database NoSQL, grazie alle sue funzionalità di replica e sincronizzazione e alla presenza di una libreria per lo sviluppo su dispositivi mobili: su di esso è stata effettuata una breve fase di sperimentazione volta a saggiarne in maniera più concreta le potenzialità anche in relazione alla valutazione di fattibilità per il caso applicativo considerato.

Evaluating the Impact of the Number of Access Points in Mobile Robots Localization Using Artificial Neural Networks

Localization is information of fundamental importance to carry out various tasks in the mobile robotic area. The exact degree of precision required in the localization depends on the nature of the task. The GPS provides global position estimation but is restricted to outdoor environments and has an inherent imprecision of a few meters. In indoor spaces, other sensors like lasers and cameras are commonly used for position estimation, but these require landmarks (or maps) in the environment and a fair amount of computation to process complex algorithms. These sensors also have a limited field of vision. Currently, Wireless Networks (WN) are widely available in indoor environments and can allow efficient global localization that requires relatively low computing resources. However, the inherent instability in the wireless signal prevents it from being used for very accurate position estimation. The growth in the number of Access Points (AP) increases the overlap signals areas and this could be a useful means of improving the precision of the localization. In this paper we evaluate the impact of the number of Access Points in mobile nodes localization using Artificial Neural Networks (ANN). We use three to eight APs as a source signal and show how the ANNs learn and generalize the data. Added to this, we evaluate the robustness of the ANNs and evaluate a heuristic to try to decrease the error in the localization. In order to validate our approach several ANNs topologies have been evaluated in experimental tests that were conducted with a mobile node in an indoor space.

USING PROBABILISTIC GRAPHICAL MODELS TO DRAW INFERENCES IN SENSOR NETWORKS WITH TRACKING APPLICATIONS

Sensor networks have been an active research area in the past decade due to the variety of their applications. Many research studies have been conducted to solve the problems underlying the middleware services of sensor networks, such as self-deployment, self-localization, and synchronization. With the provided middleware services, sensor networks have grown into a mature technology to be used as a detection and surveillance paradigm for many real-world applications. The individual sensors are small in size. Thus, they can be deployed in areas with limited space to make unobstructed measurements in locations where the traditional centralized systems would have trouble to reach. However, there are a few physical limitations to sensor networks, which can prevent sensors from performing at their maximum potential. Individual sensors have limited power supply, the wireless band can get very cluttered when multiple sensors try to transmit at the same time. Furthermore, the individual sensors have limited communication range, so the network may not have a 1-hop communication topology and routing can be a problem in many cases. Carefully designed algorithms can alleviate the physical limitations of sensor networks, and allow them to be utilized to their full potential. Graphical models are an intuitive choice for designing sensor network algorithms. This thesis focuses on a classic application in sensor networks, detecting and tracking of targets. It develops feasible inference techniques for sensor networks using statistical graphical model inference, binary sensor detection, events isolation and dynamic clustering. The main strategy is to use only binary data for rough global inferences, and then dynamically form small scale clusters around the target for detailed computations. This framework is then extended to network topology manipulation, so that the framework developed can be applied to tracking in different network topology settings. Finally the system was tested in both simulation and real-world environments. The simulations were performed on various network topologies, from regularly distributed networks to randomly distributed networks. The results show that the algorithm performs well in randomly distributed networks, and hence requires minimum deployment effort. The experiments were carried out in both corridor and open space settings. A in-home falling detection system was simulated with real-world settings, it was setup with 30 bumblebee radars and 30 ultrasonic sensors driven by TI EZ430-RF2500 boards scanning a typical 800 sqft apartment. Bumblebee radars are calibrated to detect the falling of human body, and the two-tier tracking algorithm is used on the ultrasonic sensors to track the location of the elderly people.

Exploiting OSGi capabilities from MHP applications

In this paper we introduce a cooperative environment between the Interactive Digital TV (IDTV) and home networking with the aim of allowing the interaction between interactive TV applications and the controllers of the in-home appliances in a natural way. More specifically, our proposal consists of merging MHP (Multimedia Home Platform), one of the main standard frameworks for IDTV, with OSGi (Open Service Gateway Initiative), the most widely used open platform to set up Residential Gateways. To overcome the radically different nature of these specifications the function-oriented MHP middleware and the service-oriented OSGi framework , we define a new kind of application, coined as XbundLET. Although this software bridge is suitable to enable the interaction between MHP and OSGi applications in both directions, we concretely focus on exposing our implementation experience in only one direction: from MHP to the OSGi world.

Initializing a National Grid Infrastructure: Lessons Learned from the Swiss National Grid Association Seed Project

In addition to multi-national Grid infrastructures, several countries operate their own national Grid infrastructures to support science and industry within national borders. These infrastructures have the benefit of better satisfying the needs of local, regional and national user communities. Although Switzerland has strong research groups in several fields of distributed computing, only recently a national Grid effort was kick-started to integrate a truly heterogeneous set of resource providers, middleware pools, and users. In the following. article we discuss our efforts to start Grid activities at a national scale to combine several scientific communities and geographical domains. We make a strong case for the need of standards that have to be built on top of existing software systems in order to provide support for a heterogeneous Grid infrastruc

Generisches Framework Studi-App

Mit der Idee eines generischen, an vielfältige Hochschulanforderungen anpassbaren Studierenden-App-Frameworks haben sich innerhalb des Arbeitskreises Web der ZKI ca. 30 Hochschulen zu einem Entwicklungsverbund zusammengefunden. Ziel ist es, an den beteiligten Einrichtungen eine umfassende Zusammenstellung aller elektronischen Studienservices zu evaluieren, übergreifende Daten- und Metadatenmodelle für die Beschreibung dieser Dienste zu erstellen und Schnittstellen zu den gängigen Campusmanagementsystemen sowie zu Infrastrukturen der elektronischen Lehre (LMS, Druckdienste, elektronischen Katalogen usw.) zu entwickeln. In einem abschließenden Schritt werden auf dieser Middleware aufsetzende Studienmanagement-Apps für Studierende erstellt, die die verschiedenen Daten- und Kommunikationsströme der standardisierten Dienste und Kommunikationskanäle bündeln und in eine für den Studierenden leicht zu durchschauende, navigationsfreundliche Aufbereitung kanalisiert. Mit der Konzeption eines dezentralen, über eine Vielzahl von Hochschulen verteilten Entwicklungsprojektes unter einer zentralen Projektleitung wird sichergestellt, dass redundante Entwicklungen vermieden, bundesweit standardisierte Serviceangebote angeboten und Wissenstransferprozesse zwischen einer Vielzahl von Hochschulen zur Nutzung mobiler Devices (Smartphones, Tablets und entsprechende Apps) angeregt werden können. Die Unterstützung der Realisierung klarer Schnittstellenspezifikationen zu Campusmanagementsystemen durch deren Anbieter kann durch diese breite Interessensgemeinschaft ebenfalls gestärkt werden. Weiterhin zentraler Planungsinhalt ist ein Angebot für den App-Nutzer zum Aufbau eines datenschutzrechtlich integeren, persönlichen E-Portfolios. Details finden sich im Kapitel Projektziele weiter unten.

Using Clouds to Scale Grid Resources: An Economic Model

Infrastructure as a Service clouds are a flexible and fast way to obtain (virtual) resources as demand varies. Grids, on the other hand, are middleware platforms able to combine resources from different administrative domains for task execution. Clouds can be used by grids as providers of devices such as virtual machines, so they only use the resources they need. But this requires grids to be able to decide when to allocate and release those resources. Here we introduce and analyze by simulations an economic mechanism (a) to set resource prices and (b) resolve when to scale resources depending on the users’ demand. This system has a strong emphasis on fairness, so no user hinders the execution of other users’ tasks by getting too many resources. Our simulator is based on the well-known GridSim software for grid simulation, which we expand to simulate infrastructure clouds. The results show how the proposed system can successfully adapt the amount of allocated resources to the demand, while at the same time ensuring that resources are fairly shared among users.

Explicitly Context-Aware Publish/Subscribe with Context-Invariant Subscriptions

Although context could be exploited to improve the performance, elasticity and adaptation in most distributed systems that adopt the publish/subscribe (P/S) model of communication, only very few works have explored domains with highly dynamic context, whereas most adopted models are context agnostic. In this paper, we present the key design principles underlying a novel context-aware content-based P/S (CA-CBPS) model of communication, where the context is explicitly managed, focusing on the minimization of network overhead in domains with recurrent context changes thanks to contextual scoping. We highlight how we dealt with the main shortcomings of most of the current approaches. Our research is some of the first to study the problem of explicitly introducing context-awareness into the P/S model to capitalize on contextual information. The envisioned CA-CBPS middleware enables the cloud ecosystem of services to communicate very efficiently, in a decoupled, but contextually scoped fashion.