Smart Sensors For Interoperable Smart Environment

Smart Environments are currently considered a key factor to connect the physical world with the information world. A Smart Environment can be defined as the combination of a physical environment, an infrastructure for data management (called Smart Space), a collection of embedded systems gathering heterogeneous data from the environment and a connectivity solution to convey these data to the Smart Space. With this vision, any application which takes advantages from the environment could be devised, without the need to directly access to it, since all information are stored in the Smart Space in a interoperable format. Moreover, according to this vision, for each entity populating the physical environment, i.e. users, objects, devices, environments, the following questions can be arise: “Who?”, i.e. which are the entities that should be identified? “Where?” i.e. where are such entities located in physical space? and “What?” i.e. which attributes and properties of the entities should be stored in the Smart Space in machine understandable format, in the sense that its meaning has to be explicitly defined and all the data should be linked together in order to be automatically retrieved by interoperable applications. Starting from this the location detection is a necessary step in the creation of Smart Environments. If the addressed entity is a user and the environment a generic environment, a meaningful way to assign the position, is through a Pedestrian Tracking System. In this work two solution for these type of system are proposed and compared. One of the two solution has been studied and developed in all its aspects during the doctoral period. The work also investigates the problem to create and manage the Smart Environment. The proposed solution is to create, by means of natural interactions, links between objects and between objects and their environment, through the use of specific devices, i.e. Smart Objects

Impatto della propagazione elettromagnetica sulle prestazioni delle reti M3N

Con il termine Smart Grid si intende una rete urbana capillare che trasporta energia, informazione e controllo, composta da dispositivi e sistemi altamente distribuiti e cooperanti. Essa deve essere in grado di orchestrare in modo intelligente le azioni di tutti gli utenti e dispositivi connessi al fine di distribuire energia in modo sicuro, efficiente e sostenibile. Questo connubio fra ICT ed Energia viene comunemente identificato anche con il termine Smart Metering, o Internet of Energy. La crescente domanda di energia e l’assoluta necessità di ridurre gli impatti ambientali (pacchetto clima energia 20-20-20 [9]), ha creato una convergenza di interessi scientifici, industriali e politici sul tema di come le tecnologie ICT possano abilitare un processo di trasformazione strutturale di ogni fase del ciclo energetico: dalla generazione fino all’accumulo, al trasporto, alla distribuzione, alla vendita e, non ultimo, il consumo intelligente di energia. Tutti i dispositivi connessi, diventeranno parte attiva di un ciclo di controllo esteso alle grandi centrali di generazione così come ai comportamenti dei singoli utenti, agli elettrodomestici di casa, alle auto elettriche e ai sistemi di micro-generazione diffusa. La Smart Grid dovrà quindi appoggiarsi su una rete capillare di comunicazione che fornisca non solo la connettività fra i dispositivi, ma anche l’abilitazione di nuovi servizi energetici a valore aggiunto. In questo scenario, la strategia di comunicazione sviluppata per lo Smart Metering dell’energia elettrica, può essere estesa anche a tutte le applicazioni di telerilevamento e gestione, come nuovi contatori dell’acqua e del gas intelligenti, gestione dei rifiuti, monitoraggio dell’inquinamento dell’aria, monitoraggio del rumore acustico stradale, controllo continuo del sistema di illuminazione pubblico, sistemi di gestione dei parcheggi cittadini, monitoraggio del servizio di noleggio delle biciclette, ecc. Tutto ciò si prevede possa contribuire alla progettazione di un unico sistema connesso, dove differenti dispositivi eterogenei saranno collegati per mettere a disposizione un’adeguata struttura a basso costo e bassa potenza, chiamata Metropolitan Mesh Machine Network (M3N) o ancora meglio Smart City. Le Smart Cities dovranno a loro volta diventare reti attive, in grado di reagire agli eventi esterni e perseguire obiettivi di efficienza in modo autonomo e in tempo reale. Anche per esse è richiesta l’introduzione di smart meter, connessi ad una rete di comunicazione broadband e in grado di gestire un flusso di monitoraggio e controllo bi-direzionale esteso a tutti gli apparati connessi alla rete elettrica (ma anche del gas, acqua, ecc). La M3N, è un’estensione delle wireless mesh network (WMN). Esse rappresentano una tecnologia fortemente attesa che giocherà un ruolo molto importante nelle futura generazione di reti wireless. Una WMN è una rete di telecomunicazione basata su nodi radio in cui ci sono minimo due percorsi che mettono in comunicazione due nodi. E’ un tipo di rete robusta e che offre ridondanza. Quando un nodo non è più attivo, tutti i rimanenti possono ancora comunicare tra di loro, direttamente o passando da uno o più nodi intermedi. Le WMN rappresentano una tipologia di rete fondamentale nel continuo sviluppo delle reti radio che denota la divergenza dalle tradizionali reti wireless basate su un sistema centralizzato come le reti cellulari e le WLAN (Wireless Local Area Network). Analogamente a quanto successo per le reti di telecomunicazione fisse, in cui si è passati, dalla fine degli anni ’60 ai primi anni ’70, ad introdurre schemi di rete distribuite che si sono evolute e man mano preso campo come Internet, le M3N promettono di essere il futuro delle reti wireless “smart”. Il primo vantaggio che una WMN presenta è inerente alla tolleranza alla caduta di nodi della rete stessa. Diversamente da quanto accade per una rete cellulare, in cui la caduta di una Base Station significa la perdita di servizio per una vasta area geografica, le WMN sono provviste di un’alta tolleranza alle cadute, anche quando i nodi a cadere sono più di uno. L'obbiettivo di questa tesi è quello di valutare le prestazioni, in termini di connettività e throughput, di una M3N al variare di alcuni parametri, quali l’architettura di rete, le tecnologie utilizzabili (quindi al variare della potenza, frequenza, Building Penetration Loss…ecc) e per diverse condizioni di connettività (cioè per diversi casi di propagazione e densità abitativa). Attraverso l’uso di Matlab, è stato quindi progettato e sviluppato un simulatore, che riproduce le caratteristiche di una generica M3N e funge da strumento di valutazione delle performance della stessa. Il lavoro è stato svolto presso i laboratori del DEIS di Villa Grifone in collaborazione con la FUB (Fondazione Ugo Bordoni).

I rifiuti da apparecchiature elettriche ed elettroniche (RAEE) - Aspetti tecnico-gestionali e ambientali

I RAEE (Rifiuti da Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche) costituiscono un problema prioritario a livello europeo per quanto riguarda la loro raccolta, stoccaggio, trattamento, recupero e smaltimento, essenzialmente per i seguenti tre motivi: Il primo riguarda le sostanze pericolose contenute nei RAEE. Tali sostanze, nel caso non siano trattate in modo opportuno, possono provocare danni alla salute dell’uomo e all’ambiente. Il secondo è relativo alla vertiginosa crescita relativa al volume di RAEE prodotti annualmente. La crescita è dovuta alla continua e inesorabile commercializzazione di prodotti elettronici nuovi (è sufficiente pensare alle televisioni, ai cellulari, ai computer, …) e con caratteristiche performanti sempre migliori oltre all’accorciamento del ciclo di vita di queste apparecchiature elettriche ed elettroniche (che sempre più spesso vengono sostituiti non a causa del loro malfunzionamento, ma per il limitato livello di performance garantito). Il terzo (ed ultimo) motivo è legato all’ambito economico in quanto, un corretto trattamento dei RAEE, può portare al recupero di materie prime secondarie (alluminio, ferro, acciaio, plastiche, …) da utilizzare per la realizzazione di nuove apparecchiature. Queste materie prime secondarie possono anche essere vendute generando profitti considerevoli in ragione del valore di mercato di esse che risulta essere in costante crescita. Questo meccanismo ha portato a sviluppare un vasto quadro normativo che regolamenta tutto l’ambito dei RAEE dalla raccolta fino al recupero di materiali o al loro smaltimento in discarica. È importante inoltre sottolineare come lo smaltimento in discarica sia da considerarsi come una sorta di ‘ultima spiaggia’, in quanto è una pratica piuttosto inquinante. Per soddisfare le richieste della direttiva l’obiettivo dev’essere quello di commercializzare prodotti che garantiscano un minor impatto ambientale concentrandosi sul processo produttivo, sull’utilizzo di materiali ‘environmentally friendly’ e sulla gestione consona del fine vita. La Direttiva a livello europeo (emanata nel 2002) ha imposto ai Paesi la raccolta differenziata dei RAEE e ha definito anche un obiettivo di raccolta per tutti i suoi Stati Membri, ovvero 4 kg di RAEE raccolti annualmente da ogni abitante. Come riportato di seguito diversi paesi hanno raggiunto l’obiettivo sopra menzionato (l’Italia vi è riuscita nel 2010), ma esistono anche casi di paesi che devono necessariamente migliorare il proprio sistema di raccolta e gestione dei RAEE. Più precisamente in Italia la gestione dei RAEE è regolamentata dal Decreto Legislativo 151/2005 discusso approfonditamente in seguito ed entrato in funzione a partire dal 1° Gennaio 2008. Il sistema italiano è basato sulla ‘multi consortilità’, ovvero esistono diversi Sistemi Collettivi che sono responsabili della gestione dei RAEE per conto dei produttori che aderiscono ad essi. Un altro punto chiave è la responsabilità dei produttori, che si devono impegnare a realizzare prodotti durevoli e che possano essere recuperati o riciclati facilmente. I produttori sono coordinati dal Centro di Coordinamento RAEE (CDC RAEE) che applica e fa rispettare le regole in modo da rendere uniforme la gestione dei RAEE su tutto il territorio italiano. Il documento che segue sarà strutturato in quattro parti. La prima parte è relativa all’inquadramento normativo della tematica dei RAEE sia a livello europeo (con l’analisi della direttiva ROHS 2 sulle sostanze pericolose contenute nei RAEE e la Direttiva RAEE), sia a livello italiano (con un’ampia discussione sul Decreto Legislativo 151/2005 e Accordi di Programma realizzati fra i soggetti coinvolti). La seconda parte tratta invece il sistema di gestione dei RAEE descrivendo tutte le fasi principali come la raccolta, il trasporto e raggruppamento, il trattamento preliminare, lo smontaggio, il riciclaggio e il recupero, il ricondizionamento, il reimpiego e la riparazione. La terza definisce una panoramica delle principali metodologie di smaltimento dei 5 raggruppamenti di RAEE (R1, R2, R3, R4, R5). La quarta ed ultima parte riporta i risultati a livello italiano, europeo ed extra-europeo nella raccolta dei RAEE, avvalendosi dei report annuali redatti dai principali sistemi di gestione dei vari paesi considerati.

Politiche e strategie manutentive in una raffineria: il caso Saras S.p.A.

La seguente tesi di Laurea è stata scritta durante uno stage della durata di sei mesi (dal 15 Giugno al 1 Dicembre 2011) presso la raffineria del gruppo Saras S.p.A. situata nel golfo di Cagliari. L’elaborato si prefigge di rappresentare un’ulteriore testimonianza dell’accresciuto interesse e della maggiore sensibilità e attenzione sviluppatesi negli ultimi anni nei confronti della Manutenzione dei sistemi di produzione. Lo scopo principale dello stage è stato quello di riuscire a scattare una dettagliata fotografia dei tempi e dei metodi dell’intero processo manutentivo riguardante le macchine rotanti di una delle più grandi e complesse raffinerie del Mediterraneo. Il lettore potrà rintracciare nel testo un’accurata analisi della politica manutentiva Saras seguita da alcune riflessioni e proposte di miglioramento organizzativo che abbiano un positivo impatto sull’ottimizzazione dell’intero sistema Manutenzione. L’esperienza in raffineria ha avuto come principale punto d’interesse la funzione manutentiva dell’azienda ed in particolare la sua sfera operativa. Tuttavia si è cercato di fornire una veduta d’insieme del sistema aziendale rintracciando fondamentali tematiche da sempre oggetto di studi di un corso di laurea in Ingegneria Gestionale, con l’obiettivo di suscitare nel lettore il maggior interesse possibile. Nella dissertazione si parlerà di processi di Manutenzione senza prescindere dall’analisi della sicurezza sul lavoro, delle politiche di approvvigionamento di beni e servizi, della gestione del magazzino ricambi e, ultima ma forse più importante, della gestione delle risorse umane. Si ringrazia la Saras, in particolare nella persona di Renato Virdis, responsabile dell’Unità Operativa Meccanica, per l’opportunità concessa e la collaborazione mostrata durante tutto il periodo, sperando di aver lasciato in azienda un utile documento che offra uno spunto di riflessione per tutti gli attori coinvolti.

Security control brought back to the user

The activity of the Ph.D. student Juri Luca De Coi involved the research field of policy languages and can be divided in three parts. The first part of the Ph.D. work investigated the state of the art in policy languages, ending up with: (i) identifying the requirements up-to-date policy languages have to fulfill; (ii) defining a policy language able to fulfill such requirements (namely, the Protune policy language); and (iii) implementing an infrastructure able to enforce policies expressed in the Protune policy language. The second part of the Ph.D. work focused on simplifying the activity of defining policies and ended up with: (i) identifying a subset of the controlled natural language ACE to express Protune policies; (ii) implementing a mapping between ACE policies and Protune policies; and (iii) adapting the ACE Editor to guide users step by step when defining ACE policies. The third part of the Ph.D. work tested the feasibility of the chosen approach by applying it to meaningful real-world problems, among which: (i) development of a security layer on top of RDF stores; and (ii) efficient policy-aware access to metadata stores. The research activity has been performed in tight collaboration with the Leibniz Universität Hannover and further European partners within the projects REWERSE, TENCompetence and OKKAM.

Il rapporto tra diritto internazionale, sopranazionale e diritto degli stati membri: una comparazione tra unione europea e mercosur

Il nostro studio è incentrato sul confronto fra l’Unione Europea e il Mercado Común del Sur (Mercosur, particolarmente, in relazione a due aspetti: (i) aspetto giuridico-strutturale e, (ii) aspetto giurisprudenziale. L’obiettivo principale di tale confronto è quello di tracciare un parallelismo tra i due sistemi d’integrazione in modo da comprendere il livello d’integrazione e di efficienza del Mercosur in relazione ad un parametro ineludibile in materia quale è l’Unione Europea. Con tale obiettivo, il lavoro è stato suddiviso in quattro capitoli che mettono a fuoco aspetti molto precisi dei sistemi d’integrazione regionale. Il Capitolo I Diritto e integrazione nell’ambito del Mercosur, ha una funzione introduttiva al sistema mercosurino e funge da asse dell’intera tesi dato che illustra le origini del Mercosur, le sue istituzioni, i suoi fini ed obiettivi e, da ultimo, l’attuale assetto istituzionale del medesimo ed ipotizza i suoi possibili sviluppi futuri. Nel Capitolo II, L’evoluzione del diritto del Mercosur alla luce del primo parere consultivo del Tribunal Permanente de Revisión, è analizzato il primo parere emesso dai Tribunali mercosurini – nell’anno 2007. Vengono delineati gli elementi che caratterizzano tali pareri mercosurini e vengono altresì messi in evidenza gli aspetti di convergenza con i rinvii pregiudiziali della Corte di giustizia e quelli che, invece, rappresentano elementi di profonda divergenza. Attraverso l’analisi del Parere 1/2007 ci proponiamo in primo luogo di mettere a fuoco specifici spunti giuridici rintracciabili nella sua motivazione che ci permetteranno di dare una reale dimensione al Diritto mercosurino. In secondo luogo, ci proponiamo di mettere in evidenza il fondamentale ruolo che possono acquisire i pareri emessi dal Tribunal Permanente de Revisión nello sviluppo dell’intero sistema giuridico ed istituzionale del Mercosur. Nel capitolo successivo, Un caso di conflitto di giurisdizione, abbiamo voluto studiare una particolare controversia che, curiosamente, è stata affrontata e risolta da differenti organi giurisdizionali con competenze materiali e territoriali diverse. Facciamo riferimento alla causa “dei polli” esportati in Argentina, con presunto dumping, da parte di alcuni produttori brasiliani dal gennaio 1998 al gennaio 1999. Tale causa ebbe origine in Argentina dinanzi un’autorità amministrativa, fu parallelamente portata dinanzi la giustizia federale argentina, successivamente davanti ad un Tribunale mercosurino e, infine, dinanzi l’OMC. Con lo scopo di trovare una risposta al perché sia stato possibile adire più tribunali ed applicare normativa diversa ad una stessa controversia abbiamo indagato due aspetti di diritto di vitale rilevanza nell’ambito del diritto internazionale dei nostri giorni. Da una parte ci siamo focalizzati sullo studio delle normative internazionali che legiferando su materie simili e, in certi casi, pressoché identiche, e avendo origine in sistemi giuridici diversi hanno, tuttavia, la capacità di esplicare i loro effetti in più giurisdizioni e sono, pertanto, potenzialmente in grado di influenzarsi a vicenda. D’altra parte, abbiamo compiuto un’indagine sull’esistenza o meno di una normativa che funga da raccordo tra i sistemi di risoluzione delle controversie degli spazi d’integrazione economica e il sistema di risoluzione delle controversie dell’OMC. Infine, il quarto ed ultimo capitolo, L’attività giurisdizionale negli spazi d’integrazione regionale, è dedicato alla valutazione degli sviluppi compiuti dal Mercosur in 18 anni di vita alla luce dei lodi emessi dai Tribunali mercosurini. Difatti, l’obiettivo concreto di questo capitolo è capire se i Tribunali mercosurini svolgono una funzione dinamica e costruttiva dell’assetto del Mercosur, tesa a sviluppare il sistema normativo, oppure se essi abbiano, piuttosto, una funzione passiva e una visione statica nell’applicazione del diritto. È risaputo che la funzione della Corte di giustizia è stata determinante nell’evoluzione e nell’affermazione del sistema giuridico in vigore attraverso una giurisprudenza costante. Mediante il confronto dell’attività svolta da entrambe le giurisdizioni sarà possibile avanzare ipotesi riguardo i futuri progressi dell’assetto mercosurino grazie all’apporto giurisprudenziale.

Synchronization and Detection Techniques for Navigation and Communication Systems

Synchronization is a key issue in any communication system, but it becomes fundamental in the navigation systems, which are entirely based on the estimation of the time delay of the signals coming from the satellites. Thus, even if synchronization has been a well known topic for many years, the introduction of new modulations and new physical layer techniques in the modern standards makes the traditional synchronization strategies completely ineffective. For this reason, the design of advanced and innovative techniques for synchronization in modern communication systems, like DVB-SH, DVB-T2, DVB-RCS, WiMAX, LTE, and in the modern navigation system, like Galileo, has been the topic of the activity. Recent years have seen the consolidation of two different trends: the introduction of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) in the communication systems, and of the Binary Offset Carrier (BOC) modulation in the modern Global Navigation Satellite Systems (GNSS). Thus, a particular attention has been given to the investigation of the synchronization algorithms in these areas.

A Unitary Approach to Information and Estimation Theory in Digital Communication Systems

This thesis presents the outcomes of a Ph.D. course in telecommunications engineering. It is focused on the optimization of the physical layer of digital communication systems and it provides innovations for both multi- and single-carrier systems. For the former type we have first addressed the problem of the capacity in presence of several nuisances. Moreover, we have extended the concept of Single Frequency Network to the satellite scenario, and then we have introduced a novel concept in subcarrier data mapping, resulting in a very low PAPR of the OFDM signal. For single carrier systems we have proposed a method to optimize constellation design in presence of a strong distortion, such as the non linear distortion provided by satellites' on board high power amplifier, then we developed a method to calculate the bit/symbol error rate related to a given constellation, achieving an improved accuracy with respect to the traditional Union Bound with no additional complexity. Finally we have designed a low complexity SNR estimator, which saves one-half of multiplication with respect to the ML estimator, and it has similar estimation accuracy.

Hybrid Methods for Resource Allocation and Scheduling Problems in Deterministic and Stochastic Environments

This work presents exact, hybrid algorithms for mixed resource Allocation and Scheduling problems; in general terms, those consist into assigning over time finite capacity resources to a set of precedence connected activities. The proposed methods have broad applicability, but are mainly motivated by applications in the field of Embedded System Design. In particular, high-performance embedded computing recently witnessed the shift from single CPU platforms with application-specific accelerators to programmable Multi Processor Systems-on-Chip (MPSoCs). Those allow higher flexibility, real time performance and low energy consumption, but the programmer must be able to effectively exploit the platform parallelism. This raises interest in the development of algorithmic techniques to be embedded in CAD tools; in particular, given a specific application and platform, the objective if to perform optimal allocation of hardware resources and to compute an execution schedule. On this regard, since embedded systems tend to run the same set of applications for their entire lifetime, off-line, exact optimization approaches are particularly appealing. Quite surprisingly, the use of exact algorithms has not been well investigated so far; this is in part motivated by the complexity of integrated allocation and scheduling, setting tough challenges for ``pure'' combinatorial methods. The use of hybrid CP/OR approaches presents the opportunity to exploit mutual advantages of different methods, while compensating for their weaknesses. In this work, we consider in first instance an Allocation and Scheduling problem over the Cell BE processor by Sony, IBM and Toshiba; we propose three different solution methods, leveraging decomposition, cut generation and heuristic guided search. Next, we face Allocation and Scheduling of so-called Conditional Task Graphs, explicitly accounting for branches with outcome not known at design time; we extend the CP scheduling framework to effectively deal with the introduced stochastic elements. Finally, we address Allocation and Scheduling with uncertain, bounded execution times, via conflict based tree search; we introduce a simple and flexible time model to take into account duration variability and provide an efficient conflict detection method. The proposed approaches achieve good results on practical size problem, thus demonstrating the use of exact approaches for system design is feasible. Furthermore, the developed techniques bring significant contributions to combinatorial optimization methods.

Design, implementation and evaluation of a virtual laboratory for Computer Engineering Education

Broad consensus has been reached within the Education and Cognitive Psychology research communities on the need to center the learning process on experimentation and concrete application of knowledge, rather than on a bare transfer of notions. Several advantages arise from this educational approach, ranging from the reinforce of students learning, to the increased opportunity for a student to gain greater insight into the studied topics, up to the possibility for learners to acquire practical skills and long-lasting proficiency. This is especially true in Engineering education, where integrating conceptual knowledge and practical skills assumes a strategic importance. In this scenario, learners are called to play a primary role. They are actively involved in the construction of their own knowledge, instead of passively receiving it. As a result, traditional, teacher-centered learning environments should be replaced by novel learner-centered solutions. Information and Communication Technologies enable the development of innovative solutions that provide suitable answers to the need for the availability of experimentation supports in educational context. Virtual Laboratories, Adaptive Web-Based Educational Systems and Computer-Supported Collaborative Learning environments can significantly foster different learner-centered instructional strategies, offering the opportunity to enhance personalization, individualization and cooperation. More specifically, they allow students to explore different kinds of materials, to access and compare several information sources, to face real or realistic problems and to work on authentic and multi-facet case studies. In addition, they encourage cooperation among peers and provide support through coached and scaffolded activities aimed at fostering reflection and meta-cognitive reasoning. This dissertation will guide readers within this research field, presenting both the theoretical and applicative results of a research aimed at designing an open, flexible, learner-centered virtual lab for supporting students in learning Information Security.

Dalla EN 16001 alla ISO 50001 norme per la gestione dell'energia la riduzione dei consumi, dei costi caso applicativo all'interno della GDO

Lo scopo della seguente trattazione, è quello di introdurre il concetto di efficienza energetica all’interno delle aziende, qualunque sia il loro campo d’applicazione. Per far ciò l’ISO ha emanato una nuova normativa a livello internazionale che ha il compito di aiutare le imprese ad implementare un corretto Sistema di Gestione dell’Energia. Dopo una breve introduzione sul panorama energetico nazionale, nel secondo capitolo verranno introdotte le due normative energetiche e verranno spiegate e commentate. Successivamente ci si concentrerà, a partire dal terzo capitolo, sulla grande distribuzione organizzata, la quale è stata analizzata come caso applicativo; in prima analisi verranno introdotti gli impianti presenti all’interno dei supermercati e che maggiormente impattano sul consumo energetico, in secondo analisi verranno analizzate alcune soluzioni che se correttamente implementate potrebbero portare miglioramenti in termini energetici ed economici all’interno delle GDO. Nell’ultimo capitolo si affronterà una vera e propria diagnosi energetica relativa ad un punto vendita nel quale è stato effettuato un sopralluogo per la raccolta dei dati e si analizzerà l’andamento dei consumi energetici e si introdurranno degli indici di performance appositamente pensati per un monitoraggio efficiente dei consumi energetici, infine si proporranno soluzioni espressamente pensate per il suddetto punto vendita. L’intero lavoro è stato svolto in collaborazione con una società di consulenza, la NIER Ingegneria; una società di servizi che ha come scopo la ricerca delle soluzioni più idonee a problemi di carattere prevalentemente organizzativo e tecnologico in riferimento ai settori ambiente, qualità, sicurezza, energia. Fondata nel 1977, il primo ambito lavorativo fu l’Energia: effettuò ricerche, realizzò simulazioni e banche dati, come la prima Banca Dati Metereologica italiana (su base oraria) e il calcolo dei gradi giorno per tutti i Comuni italiani. Caso raro in Italia, sono rimasti impegnati anche nel Nucleare occupandosi, prima, di sicurezza di reattori a fusione, poi di affidabilità e sicurezza della nuova macchina a fusione, l'ambizioso progetto internazionale Net/Iter. Negli anni '80, dal nucleare si sono allargati al settore dei Rischi e Incidenti rilevanti in campo industriale fornendo assistenza alle imprese e alla pubblica amministrazione e, successivamente, negli anni '90, alle attività di Analisi ambientali e di sicurezza con la produzione di piani di emergenza, manuali operativi, corsi di formazione e strategie di comunicazione ambientale. Infine, l’ Ambiente nelle sue molteplici articolazioni. Acqua, aria, suolo e sottosuolo sono stati oggetto di studi, ricerche e progetti svolti per Autorità Pubbliche, Enti di Ricerca e industrie nella direzione di uno sviluppo durevole e sostenibile. In ambito energetico si occupano di • Diagnosi e certificazioni energetiche • ISO 50001:2011 - Sistema di gestione per l'energia • Piani energetici ambientali • Simulazioni dinamiche di edifici ed impianti • Energie rinnovabili • Risparmio energetico • Attività di ricerca

Multi-level models and infrastructures for simulating biological system development

The hierarchical organisation of biological systems plays a crucial role in the pattern formation of gene expression resulting from the morphogenetic processes, where autonomous internal dynamics of cells, as well as cell-to-cell interactions through membranes, are responsible for the emergent peculiar structures of the individual phenotype. Being able to reproduce the systems dynamics at different levels of such a hierarchy might be very useful for studying such a complex phenomenon of self-organisation. The idea is to model the phenomenon in terms of a large and dynamic network of compartments, where the interplay between inter-compartment and intra-compartment events determines the emergent behaviour resulting in the formation of spatial patterns. According to these premises the thesis proposes a review of the different approaches already developed in modelling developmental biology problems, as well as the main models and infrastructures available in literature for modelling biological systems, analysing their capabilities in tackling multi-compartment / multi-level models. The thesis then introduces a practical framework, MS-BioNET, for modelling and simulating these scenarios exploiting the potential of multi-level dynamics. This is based on (i) a computational model featuring networks of compartments and an enhanced model of chemical reaction addressing molecule transfer, (ii) a logic-oriented language to flexibly specify complex simulation scenarios, and (iii) a simulation engine based on the many-species/many-channels optimised version of Gillespie’s direct method. The thesis finally proposes the adoption of the agent-based model as an approach capable of capture multi-level dynamics. To overcome the problem of parameter tuning in the model, the simulators are supplied with a module for parameter optimisation. The task is defined as an optimisation problem over the parameter space in which the objective function to be minimised is the distance between the output of the simulator and a target one. The problem is tackled with a metaheuristic algorithm. As an example of application of the MS-BioNET framework and of the agent-based model, a model of the first stages of Drosophila Melanogaster development is realised. The model goal is to generate the early spatial pattern of gap gene expression. The correctness of the models is shown comparing the simulation results with real data of gene expression with spatial and temporal resolution, acquired in free on-line sources.