Un'infrastruttura distribuita per l'acquisizione e la visualizzazione interattiva dei dati dell'LHC

Questo progetto di tesi è lo sviluppo di un sistema distribuito di acquisizione e visualizzazione interattiva di dati. Tale sistema è utilizzato al CERN (Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare) al fine di raccogliere i dati relativi al funzionamento dell'LHC (Large Hadron Collider, infrastruttura ove avvengono la maggior parte degli esperimenti condotti al CERN) e renderli disponibili al pubblico in tempo reale tramite una dashboard web user-friendly. L'infrastruttura sviluppata è basata su di un prototipo progettato ed implementato al CERN nel 2013. Questo prototipo è nato perché, dato che negli ultimi anni il CERN è diventato sempre più popolare presso il grande pubblico, si è sentita la necessità di rendere disponibili in tempo reale, ad un numero sempre maggiore di utenti esterni allo staff tecnico-scientifico, i dati relativi agli esperimenti effettuati e all'andamento dell'LHC. Le problematiche da affrontare per realizzare ciò riguardano sia i produttori dei dati, ovvero i dispositivi dell'LHC, sia i consumatori degli stessi, ovvero i client che vogliono accedere ai dati. Da un lato, i dispositivi di cui vogliamo esporre i dati sono sistemi critici che non devono essere sovraccaricati di richieste, che risiedono in una rete protetta ad accesso limitato ed utilizzano protocolli di comunicazione e formati dati eterogenei. Dall'altro lato, è necessario che l'accesso ai dati da parte degli utenti possa avvenire tramite un'interfaccia web (o dashboard web) ricca, interattiva, ma contemporaneamente semplice e leggera, fruibile anche da dispositivi mobili. Il sistema da noi sviluppato apporta miglioramenti significativi rispetto alle soluzioni precedentemente proposte per affrontare i problemi suddetti. In particolare presenta un'interfaccia utente costituita da diversi widget configurabili, riuitilizzabili che permettono di esportare i dati sia presentati graficamente sia in formato "machine readable". Un'alta novità introdotta è l'architettura dell'infrastruttura da noi sviluppata. Essa, dato che è basata su Hazelcast, è un'infrastruttura distribuita modulare e scalabile orizzontalmente. È infatti possibile inserire o rimuovere agenti per interfacciarsi con i dispositivi dell'LHC e web server per interfacciarsi con gli utenti in modo del tutto trasparente al sistema. Oltre a queste nuove funzionalità e possbilità, il nostro sistema, come si può leggere nella trattazione, fornisce molteplici spunti per interessanti sviluppi futuri.

Evoluzione delle user interface: dalla metafora del desktop al Wearable Computing

Negli ultimi decenni abbiamo assistito ad una graduale evoluzione delle interfacce utente e della tecnologia. Sono stati introdotti nuovi dispositivi mobile e wearable che negli ultimi anni hanno subito un incremento tecnologico esponenziale arrivando a fondersi con la vita di tutti i giorni. Le classiche interfacce grafiche WIMP, la metafora del desktop e le linee guida di progettazione fino ad ora sviluppate non risultano ideali per la nuova tecnologia di wearable computing. Il proposito che la tesi vuole andare ad affrontare è proprio quello di indagare lo sviluppo di nuove user inteface basate sulla tecnologia wearable ed in particolare per smart glasses.

Actor Kit: Design and Development of an Actor Framework for Swift

Nell'ambito dello sviluppo software, la concorrenza è sempre stata vista come la strada del futuro. Tuttavia, questa è stata spesso ignorata a causa del continuo sviluppo dell'hardware che ha permesso agli sviluppatori di continuare a scrivere software sequenziale senza doversi preoccupare delle performance. In un'era in cui le nuove architetture hardware presentano processori multi-core, tutto questo non è più possibile. L'obiettivo di questa tesi è stato quello di considerare il Modello ad Attori come valida alternativa allo sviluppo di applicazioni in ambito mobile e quindi di progettare, sviluppare e distribuire un nuovo framework sulla base di tale modello. Il lavoro parte quindi da una panoramica di Swift, il nuovo linguaggio di programmazione presentato da Apple al WWDC 2014, in cui vengono analizzati nel dettaglio i meccanismi che abilitano alla concorrenza. Successivamente viene descritto il modello ad attori in termini di: attori, proprietà, comunicazione e sincronizzazione. Segue poi un'analisi delle principali implementazioni di questo modello, tra cui: Scala, Erlang ed Akka; quest'ultimo rappresenta la base su cui è stato ispirato il lavoro di progettazione e sviluppo del framework Actor Kit. Il quarto capitolo descrive tutti i concetti, le idee e i principi su cui il framework Actor Kit è stato progettato e sviluppato. Infine, l'ultimo capitolo presenta l'utilizzo del framework in due casi comuni della programmazione mobile: 1) Acquisizione dati da Web API e visualizzazione sull'interfaccia utente. 2) Acquisizione dati dai sensori del dispositivo. In conclusione Actor Kit abilita la progettazione e lo sviluppo di applicazioni secondo un approccio del tutto nuovo nell'ambito mobile. Un possibile sviluppo futuro potrebbe essere l'estensione del framework con attori che mappino i framework standard di Apple; proprio per questo sarà reso pubblico con la speranza che altri sviluppatori possano evolverlo e renderlo ancora più completo e performante.

Gestione Efficiente di Eventi Complessi su Piattaforma IoT ThingWorx

Nella prima parte di questa tesi viene introdotto il concetto di Internet of Things. Vengono discussi gli elementi costituitivi fondamentali di tale tecnologia, le differenti architetture proposte nel corso degli anni e le sfide che devono ancora essere affrontate per vedere realizzato l’IoT. Questa prima parte si conclude inoltre con due esempi di applicazione dell’IoT. Questi due esempi, Smart City e Smart Healthcare, hanno l’obbiettivo di evidenziare quali sono i vantaggi ed i servizi che possono essere offerti all’utente finale una volta applicato l’IoT. Nel secondo capitolo invece, vengono presentate le funzionalità della piattaforma IoT ThingWorx, la quale mette a disposizione un ambiente di sviluppo per applicazioni IoT con l’obbiettivo di ridurre i tempi e quindi anche i costi di sviluppo delle stesse. Questa piattaforma cerca di ridurre al minimo la necessità di scrivere codice, utilizzando un sistema di sviluppo di tipo “Drag and Drop”. ThingWorx mette anche a disposizione degli SDK per facilitare la programmazione dei device, gestendo soprattutto la parte di comunicazione nodo – piattaforma. Questo argomento viene trattato ampiamente nella parte finale di questo capitolo dopo aver visto quali sono i concetti fondamentali di modellazione e rappresentazione dei dati sui quali si basa la piattaforma. Nel terzo e ultimo capitolo di questa tesi viene presentato innanzitutto il tutorial Android di ThingWorx. Svolgere e successivamente estendere il tutorial ha evidenziato alcune limitazioni del modello iniziale e questo ci ha portato a progettare e sviluppare il componente Aggregated & Complex Event Manager per la gestione di eventi complessi e che permette di sgravare parzialmente la piattaforma da tale compito. La tesi si conclude evidenziando, tramite dei test, alcune differenze fra la situazione iniziale nella quale il componente non viene utilizzato e la situazione finale, nella quale invece viene usato.

Progettazione e sviluppo multi-platform di applicazioni mobile: un caso di studio in Xamarin

In questa tesi viene trattato l'argomento dello sviluppo multi-platform di applicazioni mobile. Viene effettuata una panoramica degli approcci possibili e dei relativi framework per lo sviluppo. Individuato l'approccio ritenuto piu interessante, viene affrontato un caso di studio per poter convalidare la tecnologia.

INSPECTOR-PI: Progettazione e Sviluppo di un Sistema Mobile per il Controllo e il Monitoraggio basato su Tecnologie Embedded e Internet of Things

La nostra sfida è stata sviluppare un dispositivo che potesse riunire differenti funzionalità, dalla telepresenza alla visione dei dati on demand, e fosse in grado di portare innovazione nel panorama attuale. Abbiamo quindi deciso di creare un device che potesse svolgere attività d’ispezione e monitoraggio, concentrandoci nel corso dell’implementazione su alcuni possibili campi di utilizzo. Il sistema che abbiamo realizzato è open-source, modulare e dinamico, in grado di rispondere a esigenze diverse e facilmente riadattabile. Il prototipo progettato è in grado di comunicare con uno smartphone, grazie al quale viene guidato dall’utente primario, e di trasmettere in rete i dati rilevati dai diversi sensori integrati. Le informazioni generate sono gestibili attraverso una piattaforma online: il device utilizza il Cloud per storicizzare i dati, rendendoli potenzialmente accessibili a chiunque. Per la configurazione hardware abbiamo usato la kit-board Pi2Go e la piattaforma Raspberry Pi, alle quali abbiamo unito una videocamera e alcuni sensori di prossimità, temperatura e umidità e distanza. È nato così il prototipo InspectorPi, un veicolo telecomandato tramite dispositivo mobile in grado di esplorare ambienti ostili in cui vi sono difficoltà fisiche o ambientali alle quali sovvenire.

Il contributo del Mobile-Eye Detector nello studio dei fattori influenzanti il ciclista alla guida: un'applicazione sulla rete urbana di Bologna

Lo studio presentato in questo elaborato è stato sviluppato con la finalità di studiare il comportamento visivo del ciclista, in ambiente urbano, in modo tale da studiare i principali fattori che ne influenzano la guida. La prova è stata condotta mediante il contributo del mobile-eye detector, un dispositivo progettato per il monitoraggio ed il tracciamento dei movimenti oculari. In questo studio ci si è concentrati in particolar modo sulla strategia visiva del ciclista nel caso di pista ciclabile bidirezionale su marciapiede, con presenza di lievi discontinuità della carreggiata e presenza di intersezioni a raso. Lo studio è stato condotto esaminando prima i dati delle fissazioni a livello macroscopico definendo due aree di interesse e poi esaminando le fissazioni su ogni singola interferenza.

Mobile phone technologies and advanced data analysis towards the enhancement of diabetes self-management

Advances in the area of mobile and wireless communication for healthcare (m-Health) along with the improvements in information science allow the design and development of new patient-centric models for the provision of personalised healthcare services, increase of patient independence and improvement of patient's self-control and self-management capabilities. This paper comprises a brief overview of the m-Health applications towards the self-management of individuals with diabetes mellitus and the enhancement of their quality of life. Furthermore, the design and development of a mobile phone application for Type 1 Diabetes Mellitus (T1DM) self-management is presented. The technical evaluation of the application, which permits the management of blood glucose measurements, blood pressure measurements, insulin dosage, food/drink intake and physical activity, has shown that the use of the mobile phone technologies along with data analysis methods might improve the self-management of T1DM.

A feasibility study for the provision of electronic healthcare tools and services in areas of Greece, Cyprus and Italy

Background Through this paper, we present the initial steps for the creation of an integrated platform for the provision of a series of eHealth tools and services to both citizens and travelers in isolated areas of thesoutheast Mediterranean, and on board ships travelling across it. The platform was created through an INTERREG IIIB ARCHIMED project called INTERMED. Methods The support of primary healthcare, home care and the continuous education of physicians are the three major issues that the proposed platform is trying to facilitate. The proposed system is based on state-of-the-art telemedicine systems and is able to provide the following healthcare services: i) Telecollaboration and teleconsultation services between remotely located healthcare providers, ii) telemedicine services in emergencies, iii) home telecare services for "at risk" citizens such as the elderly and patients with chronic diseases, and iv) eLearning services for the continuous training through seminars of both healthcare personnel (physicians, nurses etc) and persons supporting "at risk" citizens. These systems support data transmission over simple phone lines, internet connections, integrated services digital network/digital subscriber lines, satellite links, mobile networks (GPRS/3G), and wireless local area networks. The data corresponds, among others, to voice, vital biosignals, still medical images, video, and data used by eLearning applications. The proposed platform comprises several systems, each supporting different services. These were integrated using a common data storage and exchange scheme in order to achieve system interoperability in terms of software, language and national characteristics. Results The platform has been installed and evaluated in different rural and urban sites in Greece, Cyprus and Italy. The evaluation was mainly related to technical issues and user satisfaction. The selected sites are, among others, rural health centers, ambulances, homes of "at-risk" citizens, and a ferry. Conclusions The results proved the functionality and utilization of the platform in various rural places in Greece, Cyprus and Italy. However, further actions are needed to enable the local healthcare systems and the different population groups to be familiarized with, and use in their everyday lives, mature technological solutions for the provision of healthcare services.

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.

BYOD: Moving toward a More Mobile and Productive Workforce

In recent years there has been a personal and organizational trend toward mobility and the use of mobile technologies such as laptops, mobile phones and tablets. With this proliferation of devices, the desire to combine as many functions as possible into one device has also arisen. This concept is commonly called convergence. Generally, device convergence has been segmented between devices for work and devices for home use. Recently, however, the concept of Bring Your Own Device (BYOD) has emerged as organizations attempt to bridge the work/home divide in hopes of increasing employee productivity and reducing corporate technology costs. This paper examines BYOD projects at IBM, Cisco, Citrix, and Intel and then integrates this analysis with current literature to develop and present a BYOD Implementation Success model.

Wearable Computing und RFID in Produktion und Logistik – Ansätze zur bereichsübergreifenden Nutzung digitaler Informationen

Die voranschreitende Entwicklung von Konzepten und Systemen zur Nutzung digitaler Informationen im industriellen Umfeld eröffnet verschiedenste Möglichkeiten zur Optimierung der Informationsverarbeitung und damit der Prozesseffektivität und -effizienz. Werden die relevanten Daten zu Produkten oder Prozessen jedoch lediglich in digitaler Form zur Verfügung gestellt, fällt ein Eingriff des Menschen in die virtuelle Welt immer schwerer. Auf Grundlage dessen wird am Beispiel der RFIDTechnologie dargestellt, inwiefern digitale Informationen durch die Verwendung von in den Arbeitsablauf integrierten Systemen für den Menschen nutzbar werden. Durch die Entwicklung eines Systems zur papierlosen Produktion und Logistik werden exemplarisch Einsatzszenarien zur Unterstützung des Mitarbeiters in Montageprozessen sowie zur Vermeidung von Fehlern in der Kommissionierung aufgezeigt. Dazu findet neben einer am Kopf getragenen Datenbrille zur Visualisierung der Informationen ein mobiles RFID-Lesegerät Anwendung, mit Hilfe dessen die digitalen Transponderdaten ohne zusätzlichen Aufwand für den Anwender genutzt werden können.

Constructing a user experience user experience-based mobile learning environment

Mobile learning, in the past defined as learning with mobile devices, now refers to any type of learning-on-the-go or learning that takes advantage of mobile technologies. This new definition shifted its focus from the mobility of technology to the mobility of the learner (O'Malley and Stanton 2002; Sharples, Arnedillo-Sanchez et al. 2009). Placing emphasis on the mobile learner’s perspective requires studying “how the mobility of learners augmented by personal and public technology can contribute to the process of gaining new knowledge, skills, and experience” (Sharples, Arnedillo-Sanchez et al. 2009). The demands of an increasingly knowledge based society and the advances in mobile phone technology are combining to spur the growth of mobile learning. Around the world, mobile learning is predicted to be the future of online learning, and is slowly entering the mainstream education. However, for mobile learning to attain its full potential, it is essential to develop more advanced technologies that are tailored to the needs of this new learning environment. A research field that allows putting the development of such technologies onto a solid basis is user experience design, which addresses how to improve usability and therefore user acceptance of a system. Although there is no consensus definition of user experience, simply stated it focuses on how a person feels about using a product, system or service. It is generally agreed that user experience adds subjective attributes and social aspects to a space that has previously concerned itself mainly with ease-of-use. In addition, it can include users’ perceptions of usability and system efficiency. Recent advances in mobile and ubiquitous computing technologies further underline the importance of human-computer interaction and user experience (feelings, motivations, and values) with a system. Today, there are plenty of reports on the limitations of mobile technologies for learning (e.g., small screen size, slow connection), but there is a lack of research on user experience with mobile technologies. This dissertation will fill in this gap by a new approach in building a user experience-based mobile learning environment. The optimized user experience we suggest integrates three priorities, namely a) content, by improving the quality of delivered learning materials, b) the teaching and learning process, by enabling live and synchronous learning, and c) the learners themselves, by enabling a timely detection of their emotional state during mobile learning. In detail, the contributions of this thesis are as follows: • A video codec optimized for screencast videos which achieves an unprecedented compression rate while maintaining a very high video quality, and a novel UI layout for video lectures, which together enable truly mobile access to live lectures. • A new approach in HTTP-based multimedia delivery that exploits the characteristics of live lectures in a mobile context and enables a significantly improved user experience for mobile live lectures. • A non-invasive affective learning model based on multi-modal emotion detection with very high recognition rates, which enables real-time emotion detection and subsequent adaption of the learning environment on mobile devices. The technology resulting from the research presented in this thesis is in daily use at the School of Continuing Education of Shanghai Jiaotong University (SOCE), a blended-learning institution with 35.000 students.

SLA-driven predictive orchestration for distributed cloud-based mobile services

We describe a system for performing SLA-driven management and orchestration of distributed infrastructures composed of services supporting mobile computing use cases. In particular, we focus on a Follow-Me Cloud scenario in which we consider mobile users accessing cloud-enable services. We combine a SLA-driven approach to infrastructure optimization, with forecast-based performance degradation preventive actions and pattern detection for supporting mobile cloud infrastructure management. We present our system's information model and architecture including the algorithmic support and the proposed scenarios for system evaluation.

Mobile Cloud Networking: Virtualisation of Cellular Networks

Virtualisation of cellular networks can be seen as a way to significantly reduce the complexity of processes, required nowadays to provide reliable cellular networks. The Future Communication Architecture for Mobile Cloud Services: Mobile Cloud Networking (MCN) is a EU FP7 Large-scale Integrating Project (IP) funded by the European Commission that is focusing on cloud computing concepts to achieve virtualisation of cellular networks. It aims at the development of a fully cloud-based mobile communication and application platform, or more specifically, it aims to investigate, implement and evaluate the technological foundations for the mobile communication system of Long Term Evolution (LTE), based on Mobile Network plus Decentralized Computing plus Smart Storage offered as one atomic service: On-Demand, Elastic and Pay-As-You-Go. This paper provides a brief overview of the MCN project and discusses the challenges that need to be solved.