Characterization of a distributed data base system /

Thesis--University of Illinois at Urbana-Champaign.

A PLATO lesson on information structures /

"UIUCDCS-R-74-615"

A scaleless data model for direct and progressive spatial query processing

A progressive spatial query retrieves spatial data based on previous queries (e.g., to fetch data in a more restricted area with higher resolution). A direct query, on the other side, is defined as an isolated window query. A multi-resolution spatial database system should support both progressive queries and traditional direct queries. It is conceptually challenging to support both types of query at the same time, as direct queries favour location-based data clustering, whereas progressive queries require fragmented data clustered by resolutions. Two new scaleless data structures are proposed in this paper. Experimental results using both synthetic and real world datasets demonstrate that the query processing time based on the new multiresolution approaches is comparable and often better than multi-representation data structures for both types of queries.

Dissecting query performance in logical data models: Parsimony vs. greater ontological clarity

Even when data repositories exhibit near perfect data quality, users may formulate queries that do not correspond to the information requested. Users’ poor information retrieval performance may arise from either problems understanding of the data models that represent the real world systems, or their query skills. This research focuses on users’ understanding of the data structures, i.e., their ability to map the information request and the data model. The Bunge-Wand-Weber ontology was used to formulate three sets of hypotheses. Two laboratory experiments (one using a small data model and one using a larger data model) tested the effect of ontological clarity on users’ performance when undertaking component, record, and aggregate level tasks. The results indicate for the hypotheses associated with different representations but equivalent semantics that parsimonious data model participants performed better for component level tasks but that ontologically clearer data model participants performed better for record and aggregate level tasks.

Incremental derivation of abstraction relations for data refinements

Data refinements are refinement steps in which a program’s local data structures are changed. Data refinement proof obligations require the software designer to find an abstraction relation that relates the states of the original and new program. In this paper we describe an algorithm that helps a designer find an abstraction relation for a proposed refinement. Given sufficient time and space, the algorithm can find a minimal abstraction relation, and thus show that the refinement holds. As it executes, the algorithm displays mappings that cannot be in any abstraction relation. When the algorithm is not given sufficient resources to terminate, these mappings can help the designer find a suitable abstraction relation. The same algorithm can be used to test an abstraction relation supplied by the designer.

Rules for mapping a conceptual model onto various data base management systems. Available in 2 volumes.

The design and implementation of data bases involve, firstly, the formulation of a conceptual data model by systematic analysis of the structure and information requirements of the organisation for which the system is being designed; secondly, the logical mapping of this conceptual model onto the data structure of the target data base management system (DBMS); and thirdly, the physical mapping of this structured model into storage structures of the target DBMS. The accuracy of both the logical and physical mapping determine the performance of the resulting systems. This thesis describes research which develops software tools to facilitate the implementation of data bases. A conceptual model describing the information structure of a hospital is derived using the Entity-Relationship (E-R) approach and this model forms the basis for mapping onto the logical model. Rules are derived for automatically mapping the conceptual model onto relational and CODASYL types of data structures. Further algorithms are developed for partly automating the implementation of these models onto INGRES, MIMER and VAX-11 DBMS.

Algorithms for Data Flows

* The research was supported by INTAS 00-397 and 00-626 Projects.

High-performance parallel systems for data-intensive computing

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Formal methods within a totally functional approach to programming

Taking functional programming to its extremities in search of simplicity still requires integration with other development (e.g. formal) methods. Induction is the key to deriving and verifying functional programs, but can be simplified through packaging proofs with functions, particularly folds, on data (structures). Totally Functional Programming avoids the complexities of interpretation by directly representing data (structures) as platonic combinators - the functions characteristic to the data. The link between the two simplifications is that platonic combinators are a kind of partially-applied fold, which means that platonic combinators inherit fold-theoretic properties, but with some apparent simplifications due to the platonic combinator representation. However, despite observable behaviour within functional programming that suggests that TFP is widely-applicable, significant work remains before TFP as such could be widely adopted.

Asymmetric page split generalized index search trees for formal concept analysis

Formal Concept Analysis is an unsupervised machine learning technique that has successfully been applied to document organisation by considering documents as objects and keywords as attributes. The basic algorithms of Formal Concept Analysis then allow an intelligent information retrieval system to cluster documents according to keyword views. This paper investigates the scalability of this idea. In particular we present the results of applying spatial data structures to large datasets in formal concept analysis. Our experiments are motivated by the application of the Formal Concept Analysis idea of a virtual filesystem [11,17,15]. In particular the libferris [1] Semantic File System. This paper presents customizations to an RD-Tree Generalized Index Search Tree based index structure to better support the application of Formal Concept Analysis to large data sources.

Specification, refinement and verification of concurrent systems - An integration of Object-Z and CSP

This paper presents a method of formally specifying, refining and verifying concurrent systems which uses the object-oriented state-based specification language Object-Z together with the process algebra CSP. Object-Z provides a convenient way of modelling complex data structures needed to define the component processes of such systems, and CSP enables the concise specification of process interactions. The basis of the integration is a semantics of Object-Z classes identical to that of CSP processes. This allows classes specified in Object-Z to he used directly within the CSP part of the specification. In addition to specification, we also discuss refinement and verification in this model. The common semantic basis enables a unified method of refinement to be used, based upon CSP refinement. To enable state-based techniques to be used fur the Object-Z components of a specification we develop state-based refinement relations which are sound and complete with respect to CSP refinement. In addition, a verification method for static and dynamic properties is presented. The method allows us to verify properties of the CSP system specification in terms of its component Object-Z classes by using the laws of the the CSP operators together with the logic for Object-Z.

Implementation of thr INSPIRE Directive on road infrastructure in Portugal

Prémio - CEN/TC 287 AWARD FOR EXCELLENCE IN INSIRE 2012 Implementation of the INSPIRE Directive on Road Infrastructure in Portugal Inês Soares, aluna de Mestrado em engenharia civil do ISEL, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa e Paulo Martins, e o seu orientador, receberam um prémio europeu, no dia 27 de junho, em Istambul na Turquia, numa conferência internacional organizada pela Comissão Europeia e pelo governo Turco.  A jovem portuguesa foi escolhida entre cerca de 20 candidatos de vários países. Paulo Matos Martins, professor no ISEL, além de mentor do trabalho premiado, foi orientador de mestrado da aluna e explica que se trata de um estudo sobre a aplicação da Diretiva comunitária INSPIRE à infraestrutura rodoviária nacional que contou com a estreita colaboração do InIR, Instituto da Infraestrutura Rodoviária através da coorientação da engenheira Adelaide Costa e colaboração técnica do engenheiro Rui Luso Soares.  O projeto-piloto correspondeu à criação de uma aplicação informática que permite aceder a informação geográfica harmonizada relativa à infraestrutura rodoviária nacional, de acordo com as disposições de execução INSPIRE, dando cumprimento aos requisitos impostos pela Diretiva às entidades responsáveis por este tipo de informação, entre as quais se incluem diversos organismos públicos (podendo no futuro vir a incluir as autarquias), permitindo aos decisores políticos e a todos os cidadãos o fácil acesso a informação de qualidade sobre as infraestruturas, o território e o ambiente. 

Uma aplicação Web para apoio a laboratórios remotos reconfiguráveis baseados na norma IEEE 1451.0

Nos últimos anos, o processo de ensino e aprendizagem tem sofrido significativas alterações graças ao aparecimento da Internet. Novas ferramentas para apoio ao ensino têm surgido, nas quais se destacam os laboratórios remotos. Atualmente, muitas instituições de ensino disponibilizam laboratórios remotos nos seus cursos, que permitem, a professores e alunos, a realização de experiências reais através da Internet. Estes são implementados por diferentes arquiteturas e infraestruturas, suportados por vários módulos de laboratório acessíveis remotamente (e.g. instrumentos de medição). No entanto, a sua inclusão no ensino é ainda deficitária, devido: i) à falta de meios e competências técnicas das instituições de ensino para os desenvolverem, ii) à dificuldade na partilha dos módulos de laboratório por diferentes infraestruturas e, iii) à reduzida capacidade de os reconfigurar com esses módulos. Para ultrapassar estas limitações, foi idealizado e desenvolvido no âmbito de um trabalho de doutoramento [1] um protótipo, cuja arquitetura é baseada na norma IEEE 1451.0 e na tecnologia de FPGAs. Para além de garantir o desenvolvimento e o acesso de forma normalizada a um laboratório remoto, este protótipo promove ainda a partilha de módulos de laboratório por diferentes infraestruturas. Nesse trabalho explorou-se a capacidade de reconfiguração de FPGAs para embutir na infraestrutura do laboratório vários módulos, todos descritos em ficheiros, utilizando linguagens de descrição de hardware estruturados de acordo com a norma IEEE 1451.0. A definição desses módulos obriga à criação de estruturas de dados binárias (Transducer Electronic Data Sheets, TEDSs), bem como de outros ficheiros que possibilitam a sua interligação com a infraestrutura do laboratório. No entanto, a criação destes ficheiros é bastante complexa, uma vez que exige a realização de vários cálculos e conversões. Tendo em consideração essa mesma complexidade, esta dissertação descreve o desenvolvimento de uma aplicação Web para leitura e escrita dos TEDSs. Para além de um estudo sobre os laboratórios remotos, é efetuada uma descrição da norma IEEE 1451.0, com particular atenção para a sua arquitetura e para a estrutura dos diferentes TEDSs. Com o objetivo de enquadrar a aplicação desenvolvida, efetua-se ainda uma breve apresentação de um protótipo de um laboratório remoto reconfigurável, cuja reconfiguração é apoiada por esta aplicação. Por fim, é descrita a verificação da aplicação Web, de forma a tirar conclusões sobre o seu contributo para a simplificação dessa reconfiguração.

Sistema de apoio à racionalização da utilização de energia eléctrica

Esta dissertação descreve o sistema de apoio à racionalização da utilização de energia eléctrica desenvolvido no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação. O domínio de aplicação enquadra-se no contexto da Directiva da União Europeia 2006/32/EC que declara ser necessário colocar à disposição dos consumidores a informação e os meios que promovam a redução do consumo e o aumento da eficiência energética individual. O objectivo é o desenvolvimento de uma solução que permita a representação gráfica do consumo/produção, a definição de tectos de consumo, a geração automática de alertas e alarmes, a comparação anónima com clientes com perfil idêntico por região e a previsão de consumo/produção no caso de clientes industriais. Trata-se de um sistema distribuído composto por front-end e back-end. O front-end é composto pelas aplicações de interface com o utilizador desenvolvidas para dispositivos móveis Android e navegadores Web. O back-end efectua o armazenamento e processamento de informação e encontra-se alojado numa plataforma de cloud computing – o Google App Engine – que disponibiliza uma interface padrão do tipo serviço Web. Esta opção assegura interoperabilidade, escalabilidade e robustez ao sistema. Descreve-se em detalhe a concepção, desenvolvimento e teste do protótipo realizado, incluindo: (i) as funcionalidades de gestão e análise de consumo e produção de energia implementadas; (ii) as estruturas de dados; (iii) a base de dados e o serviço Web; e (iv) os testes e a depuração efectuados. (iv) Por fim, apresenta-se o balanço deste projecto e efectuam-se sugestões de melhoria.

A type system for value-dependent information flow analysis

Information systems are widespread and used by anyone with computing devices as well as corporations and governments. It is often the case that security leaks are introduced during the development of an application. Reasons for these security bugs are multiple but among them one can easily identify that it is very hard to define and enforce relevant security policies in modern software. This is because modern applications often rely on container sharing and multi-tenancy where, for instance, data can be stored in the same physical space but is logically mapped into different security compartments or data structures. In turn, these security compartments, to which data is classified into in security policies, can also be dynamic and depend on runtime data. In this thesis we introduce and develop the novel notion of dependent information flow types, and focus on the problem of ensuring data confidentiality in data-centric software. Dependent information flow types fit within the standard framework of dependent type theory, but, unlike usual dependent types, crucially allow the security level of a type, rather than just the structural data type itself, to depend on runtime values. Our dependent function and dependent sum information flow types provide a direct, natural and elegant way to express and enforce fine grained security policies on programs. Namely programs that manipulate structured data types in which the security level of a structure field may depend on values dynamically stored in other fields The main contribution of this work is an efficient analysis that allows programmers to verify, during the development phase, whether programs have information leaks, that is, it verifies whether programs protect the confidentiality of the information they manipulate. As such, we also implemented a prototype typechecker that can be found at http://ctp.di.fct.unl.pt/DIFTprototype/.