Analisi ed ottimizzazione di un convertitore multilivello per sistemi fotovoltaici multistringa connessi alla rete

Durante il lavoro di tesi si è analizzato e sviluppato un convertitore trifase multilivello di nuova generazione per l'allacciamento di un campo fotovoltaico multistringa alla rete elettrica. Si sono quindi studiati gli algoritmi di controllo di questa tipologia di inverter e sono state proposte soluzioni ad alcune delle più importanti problematiche incontrate in fase di sviluppo.

Reliable and Variation-Tolerant Interconnection Network for Low Power MPSOCS

Multi-Processor SoC (MPSOC) design brings to the foreground a large number of challenges, one of the most prominent of which is the design of the chip interconnection. With a number of on-chip blocks presently ranging in the tens, and quickly approaching the hundreds, the novel issue of how to best provide on-chip communication resources is clearly felt. Scaling down of process technologies has increased process and dynamic variations as well as transistor wearout. Because of this, delay variations increase and impact the performance of the MPSoCs. The interconnect architecture inMPSoCs becomes a single point of failure as it connects all other components of the system together. A faulty processing element may be shut down entirely, but the interconnect architecture must be able to tolerate partial failure and variations and operate with performance, power or latency overhead. This dissertation focuses on techniques at different levels of abstraction to face with the reliability and variability issues in on-chip interconnection networks. By showing the test results of a GALS NoC testchip this dissertation motivates the need for techniques to detect and work around manufacturing faults and process variations in MPSoCs’ interconnection infrastructure. As a physical design technique, we propose the bundle routing framework as an effective way to route the Network on Chips’ global links. For architecture-level design, two cases are addressed: (I) Intra-cluster communication where we propose a low-latency interconnect with variability robustness (ii) Inter-cluster communication where an online functional testing with a reliable NoC configuration are proposed. We also propose dualVdd as an orthogonal way of compensating variability at the post-fabrication stage. This is an alternative strategy with respect to the design techniques, since it enforces the compensation at post silicon stage.

Variability-tolerant High-reliability Multicore Platforms

Next generation electronic devices have to guarantee high performance while being less power-consuming and highly reliable for several application domains ranging from the entertainment to the business. In this context, multicore platforms have proven the most efficient design choice but new challenges have to be faced. The ever-increasing miniaturization of the components produces unexpected variations on technological parameters and wear-out characterized by soft and hard errors. Even though hardware techniques, which lend themselves to be applied at design time, have been studied with the objective to mitigate these effects, they are not sufficient; thus software adaptive techniques are necessary. In this thesis we focus on multicore task allocation strategies to minimize the energy consumption while meeting performance constraints. We firstly devise a technique based on an Integer Linear Problem formulation which provides the optimal solution but cannot be applied on-line since the algorithm it needs is time-demanding; then we propose a sub-optimal technique based on two steps which can be applied on-line. We demonstrate the effectiveness of the latter solution through an exhaustive comparison against the optimal solution, state-of-the-art policies, and variability-agnostic task allocations by running multimedia applications on the virtual prototype of a next generation industrial multicore platform. We also face the problem of the performance and lifetime degradation. We firstly focus on embedded multicore platforms and propose an idleness distribution policy that increases core expected lifetimes by duty cycling their activity; then, we investigate the use of micro thermoelectrical coolers in general-purpose multicore processors to control the temperature of the cores at runtime with the objective of meeting lifetime constraints without performance loss.

A Design Methodology for Computer Security Testing

The field of "computer security" is often considered something in between Art and Science. This is partly due to the lack of widely agreed and standardized methodologies to evaluate the degree of the security of a system. This dissertation intends to contribute to this area by investigating the most common security testing strategies applied nowadays and by proposing an enhanced methodology that may be effectively applied to different threat scenarios with the same degree of effectiveness. Security testing methodologies are the first step towards standardized security evaluation processes and understanding of how the security threats evolve over time. This dissertation analyzes some of the most used identifying differences and commonalities, useful to compare them and assess their quality. The dissertation then proposes a new enhanced methodology built by keeping the best of every analyzed methodology. The designed methodology is tested over different systems with very effective results, which is the main evidence that it could really be applied in practical cases. Most of the dissertation discusses and proves how the presented testing methodology could be applied to such different systems and even to evade security measures by inverting goals and scopes. Real cases are often hard to find in methodology' documents, in contrary this dissertation wants to show real and practical cases offering technical details about how to apply it. Electronic voting systems are the first field test considered, and Pvote and Scantegrity are the two tested electronic voting systems. The usability and effectiveness of the designed methodology for electronic voting systems is proved thanks to this field cases analysis. Furthermore reputation and anti virus engines have also be analyzed with similar results. The dissertation concludes by presenting some general guidelines to build a coordination-based approach of electronic voting systems to improve the security without decreasing the system modularity.

Partnership fra terzo Settore e Istituzioni Locali nelle Politiche Family Friendly: Il "Distretto famiglia"

L’idea fondamentale da cui prende avvio la presente tesi di dottorato è che sia possibile parlare di una svolta nel modo di concettualizzare e implementare le politiche sociali, il cui fuoco diviene sempre più la costruzione di reti di partnership fra attori pubblici e privati, in cui una serie di soggetti sociali plurimi (stakeholders) attivano fra loro una riflessività relazionale. L’ipotesi generale della ricerca è che, dopo le politiche improntate a modelli statalisti e mercatisti, o un loro mix, nella politica sociale italiana emerga l’esigenza di una svolta riflessiva e relazionale, verso un modello societario, sussidiario e plurale, e che di fatto – specie a livello locale – stiano sorgendo molte iniziative in tal senso. Una delle idee più promettenti sembra essere la creazione di distretti sociali per far collaborare tra loro attori pubblici, privati e di Terzo settore al fine di creare forme innovative di servizi per la famiglia e la persona. La presente tesi si focalizza sul tentativo della Provincia di Trento di distrettualizzare le politiche per la famiglia. Tramite l’analisi del progetto “Trentino – Territorio Amico della Famiglia” e di una sua verticalizzazione, il Distretto Famiglia, si è studiato l’apporto delle partnership pubblico-privato nella formazione di strumenti innovativi di governance che possano determinare una svolta morfogenetica nell’elaborazione di politiche per la famiglia. Le conclusioni del lavoro, attraverso una comparazione tra esperienze territoriali, presentano la differenziazione delle partnership sociali, in base ad alcuni variabili (pluralità di attori, pluralità di risorse, shared project, capitale sociale, decision making, mutual action, logiche di lavoro relazionale, sussidiarietà). Le diverse modalità di gestione delle partnership (capacitante, professionale e generativa) sintetizzano i portati culturali, strutturali e personali coinvolti nelle singole costruzioni. Solo le partnership che interpretano il loro potenziale regolativo e promozionale secondo la riflessività relazionale tendono a generare beni comuni nel contesto sociale.

Fiber-Optic Technologies for Wireline and Wireless In-building Networks

This doctoral dissertation aims to establish fiber-optic technologies overcoming the limiting issues of data communications in indoor environments. Specific applications are broadband mobile distribution in different in-building scenarios and high-speed digital transmission over short-range wired optical systems. Two key enabling technologies are considered: Radio over Fiber (RoF) techniques over standard silica fibers for distributed antenna systems (DAS) and plastic optical fibers (POFs) for short-range communications. Hence, the objectives and achievements of this thesis are related to the application of RoF and POF technologies in different in-building scenarios. On one hand, a theoretical and experimental analysis combined with demonstration activities has been performed on cost-effective RoF systems. An extensive modeling on modal noise impact both on linear and non-linear characteristics of RoF link over silica multimode fiber has been performed to achieve link design rules for an optimum choice of the transmitter, receiver and launching technique. A successful transmission of Long Term Evolution (LTE) mobile signals on the resulting optimized RoF system over silica multimode fiber employing a Fabry-Perot LD, central launch technique and a photodiode with a built-in ball lens was demonstrated up to 525m with performances well compliant with standard requirements. On the other hand, digital signal processing techniques to overcome the bandwidth limitation of POF have been investigated. An uncoded net bit-rate of 5.15Gbit/s was obtained on a 50m long POF link employing an eye-safe transmitter, a silicon photodiode, and DMT modulation with bit and power loading algorithm. With the insertion of 3x2N quadrature amplitude modulation constellation formats, an uncoded net-bit-rate of 5.4Gbit/s was obtained on a 50 m long POF link employing an eye-safe transmitter and a silicon avalanche photodiode. Moreover, simultaneous transmission of baseband 2Gbit/s with DMT and 200Mbit/s with an ultra-wideband radio signal has been validated over a 50m long POF link.

Co-simulazione e co-progetto non lineare/elettromagnetico di sistemi wireless non convenzionali

L’attività di ricerca contenuta in questa tesi si è concentrata nello sviluppo e nell’implementazione di tecniche per la co-simulazione e il co-progetto non lineare/elettromagnetico di sistemi wireless non convenzionali. Questo lavoro presenta un metodo rigoroso per considerare le interazioni tra due sistemi posti sia in condizioni di campo vicino che in condizioni di campo lontano. In sostanza, gli effetti del sistema trasmittente sono rappresentati da un generatore equivalente di Norton posto in parallelo all’antenna del sistema ricevente, calcolato per mezzo del teorema di reciprocità e del teorema di equivalenza. La correttezza del metodo è stata verificata per mezzo di simulazioni e misure, concordi tra loro. La stessa teoria, ampliata con l’introduzione degli effetti di scattering, è stata usata per valutare una condizione analoga, dove l’elemento trasmittente coincide con quello ricevente (DIE) contenuto all’interno di una struttura metallica (package). I risultati sono stati confrontati con i medesimi ottenibili tramite tecniche FEM e FDTD/FIT, che richiedono tempi di simulazione maggiori di un ordine di grandezza. Grazie ai metodi di co-simulazione non lineari/EM sopra esposti, è stato progettato e verificato un sistema di localizzazione e identificazione di oggetti taggati posti in ambiente indoor. Questo è stato ottenuto dotando il sistema di lettura, denominato RID (Remotely Identify and Detect), di funzioni di scansione angolare e della tecnica di RADAR mono-pulse. Il sistema sperimentale, creato con dispositivi low cost, opera a 2.5 GHz ed ha le dimensioni paragonabili ad un normale PDA. E’ stato sperimentata la capacità del RID di localizzare, in scenari indoor, oggetti statici e in movimento.

Oscillatori elevatori di tensione per il recupero di micropotenze ambientali da sorgenti a radiofrequenza

Nel presente elaborato è trattato l'innesco di un sistema di recupero ambientale di energia da sorgenti a radiofrequenza, captate tramite rectenna, nell'ambito di un sistema completamente autonomo dal punto di vista energetico, quindi non dotato di batteria ricaricabile interna. Dopo un'analisi dei problemi da affrontare e delle possibili soluzioni tecniche per gestire le micropotenze restituite dalla rectenna, ci si concentra in modo preferenziale sul ruolo del condensatore posto sulla porta d'ingresso dell'oscillatore di Meissner, che è utilizzato come elevatore di tensione per attivare gli stadi successivi. Sfruttando le esperienze con lo stesso oscillatore pilotato da altri sensori di energy harvesting, è possibile determinare approssimativamente se il circuito si presta o meno all'utilizzo con le rectenne nei campi RF, suggerendo eventuali migliorie da apportare per facilitarne il funzionamento.

Analog Signal Acquisition and Conditioning for Near-Field Capacitive Communication and Active Combined EEG-EIT Monitoring

The work of the present thesis is focused on the implementation of microelectronic voltage sensing devices, with the purpose of transmitting and extracting analog information between devices of different nature at short distances or upon contact. Initally, chip-to-chip communication has been studied, and circuitry for 3D capacitive coupling has been implemented. Such circuits allow the communication between dies fabricated in different technologies. Due to their novelty, they are not standardized and currently not supported by standard CAD tools. In order to overcome such burden, a novel approach for the characterization of such communicating links has been proposed. This results in shorter design times and increased accuracy. Communication between an integrated circuit (IC) and a probe card has been extensively studied as well. Today wafer probing is a costly test procedure with many drawbacks, which could be overcome by a different communication approach such as capacitive coupling. For this reason wireless wafer probing has been investigated as an alternative approach to standard on-contact wafer probing. Interfaces between integrated circuits and biological systems have also been investigated. Active electrodes for simultaneous electroencephalography (EEG) and electrical impedance tomography (EIT) have been implemented for the first time in a 0.35 um process. Number of wires has been minimized by sharing the analog outputs and supply on a single wire, thus implementing electrodes that require only 4 wires for their operation. Minimization of wires reduces the cable weight and thus limits the patient's discomfort. The physical channel for communication between an IC and a biological medium is represented by the electrode itself. As this is a very crucial point for biopotential acquisitions, large efforts have been carried in order to investigate the different electrode technologies and geometries and an electromagnetic model is presented in order to characterize the properties of the electrode to skin interface.

Optical Design for Automatic Identification and Portable Systems

This thesis proposes design methods and test tools, for optical systems, which may be used in an industrial environment, where not only precision and reliability but also ease of use is important. The approach to the problem has been conceived to be as general as possible, although in the present work, the design of a portable device for automatic identification applications has been studied, because this doctorate has been funded by Datalogic Scanning Group s.r.l., a world-class producer of barcode readers. The main functional components of the complete device are: electro-optical imaging, illumination and pattern generator systems. For what concerns the electro-optical imaging system, a characterization tool and an analysis one has been developed to check if the desired performance of the system has been achieved. Moreover, two design tools for optimizing the imaging system have been implemented. The first optimizes just the core of the system, the optical part, improving its performance ignoring all other contributions and generating a good starting point for the optimization of the whole complex system. The second tool optimizes the system taking into account its behavior with a model as near as possible to reality including optics, electronics and detection. For what concerns the illumination and the pattern generator systems, two tools have been implemented. The first allows the design of free-form lenses described by an arbitrary analytical function exited by an incoherent source and is able to provide custom illumination conditions for all kind of applications. The second tool consists of a new method to design Diffractive Optical Elements excited by a coherent source for large pattern angles using the Iterative Fourier Transform Algorithm. Validation of the design tools has been obtained, whenever possible, comparing the performance of the designed systems with those of fabricated prototypes. In other cases simulations have been used.

Tutela dei minori e recupero della genitorialità: il caso dell'accoglienza in comunità

La tesi di Matteo Allodi intende analizzare alcune pratiche socio-assistenziali rivolte a minori e famiglie in difficoltà relative a progetti di accoglienza presso alcune strutture residenziali. In particolare, Matteo Allodi si sofferma su progetti di accoglienza elaborati presso alcune Comunità familiari la cui metodologia d’intervento si caratterizza per un orientamento verso un modello di lavoro sociale di tipo sussidiario nell’ottica del recupero dei legami e delle competenze genitoriali. La tesi affronta nella prima parte la dimensione teorica relativa a un approccio progettuale di intervento sociale che, mettendo al centro le relazioni dei soggetti in gioco, possa promuovere la loro attivazione in funzione della realizzazione dell’obiettivo del recupero della genitorialità. Allodi si concentra dal punto di vista teorico sulle modalità di realizzazione di un servizio alla persona guidato dal principio di sussidiarietà, ovvero orientato alla valorizzazione delle capacità riflessive degli attori. Nella seconda, parte Allodi presenta l’indagine condotta in alcune Comunità di tipo familiare di Parma. La strategia iniziale d’indagine è quella del case study. Allodi sceglie di indagare il fenomeno partendo da un’osservazione partecipata di orientamento etnometodologico integrata con interviste agli attori privilegiati. In questa fase si è proceduto a una prima ricerca qualitativa, attraverso la metodologia dello studio di caso, che ha permesso di entrare in contatto con alcune tipologie di strutture residenziali per minori al fine di completare il quadro generale del fenomeno delle Comunità familiari e impostare una prima mappatura esplorativa. La ricerca prosegue con uno studio longitudinale prospettico volto a monitorare e valutare il lavoro di rete della comunità e dei servizi, osservando principalmente la mobilitazione verso l’autonomia e l’empowerment dei soggetti (minori) e delle reti ancorate al soggetto (single case study). Si è voluto comprendere quali modalità relazionali gli attori della rete di coping mettono in gioco in funzione del “cambiamento sociale”.

Multi Processor Systems On Chip with Configurable Hardware Acceleration

The evolution of the electronics embedded applications forces electronics systems designers to match their ever increasing requirements. This evolution pushes the computational power of digital signal processing systems, as well as the energy required to accomplish the computations, due to the increasing mobility of such applications. Current approaches used to match these requirements relies on the adoption of application specific signal processors. Such kind of devices exploits powerful accelerators, which are able to match both performance and energy requirements. On the other hand, the too high specificity of such accelerators often results in a lack of flexibility which affects non-recurrent engineering costs, time to market, and market volumes too. The state of the art mainly proposes two solutions to overcome these issues with the ambition of delivering reasonable performance and energy efficiency: reconfigurable computing and multi-processors computing. All of these solutions benefits from the post-fabrication programmability, that definitively results in an increased flexibility. Nevertheless, the gap between these approaches and dedicated hardware is still too high for many application domains, especially when targeting the mobile world. In this scenario, flexible and energy efficient acceleration can be achieved by merging these two computational paradigms, in order to address all the above introduced constraints. This thesis focuses on the exploration of the design and application spectrum of reconfigurable computing, exploited as application specific accelerators for multi-processors systems on chip. More specifically, it introduces a reconfigurable digital signal processor featuring a heterogeneous set of reconfigurable engines, and a homogeneous multi-core system, exploiting three different flavours of reconfigurable and mask-programmable technologies as implementation platform for applications specific accelerators. In this work, the various trade-offs concerning the utilization multi-core platforms and the different configuration technologies are explored, characterizing the design space of the proposed approach in terms of programmability, performance, energy efficiency and manufacturing costs.

Tra società informazionale e prosumerismo: il citizen journalism e la partecipazione on line

I temi della ricerca riguardano il rapporto fra avvento del web e la modificazione dei processi di formazione di identità personale e sociale, della percezione dello spazio e del tempo, del prosumerismo digitale e delle varie forme di partecipazione ed associazione. Centrale è stata l’analisi del rapporto fra il Web 2.0 e la trasformazione delle forme di comunicazione a vari livelli, sia personali che sociali. Partendo da una analisi dei contesti socio-economici globali che hanno trasformato la società moderna nella società informazionale, è stato impostato un percorso di ricerca che approfondisse gli attuali criteri di strutturazione della propria identità, alla luce dell’avvento dei social network e delle reti virtuali di comunicazione come strumento preferenziale di socializzazione. La realtà delle reti sociali è stata analizzata in un’ottica di aggregazione spontanea mirata tanto alla comunicazione quanto alla tutela dei consumatori, e le trasformazioni portate dal Web 2.0 sono state la chiave di lettura per ridefinire i parametri della partecipazione dal basso generata dalla rete. Per comprendere la portata di tali trasformazioni nel contesto italiano è stato impostato un paragone tra l’uso del web negli Stati Uniti e in Italia, avendo le recente campagne elettorali dimostrato l’importanza del web nella partecipazione politica bottom-up; il percorso di ricerca ha dunque affrontato una comparazione di due casi, quello italiano e quello statunitense, finalizzato a comprendere l’attuale ruolo dell’utente nelle dinamiche di comunicazione mediatica. Per focalizzare al meglio le trasformazioni sociali generate dalla partecipazione on line è stato infine analizzato il caso del citizen journalism, per misurare, attraverso la metodologia dell’etnografia digitale, l’entità delle trasformazioni in corso. Il portale di giornalismo partecipativo YouReporter è stato il contesto privilegiato dove poter verificare le ipotesi iniziali circa le dinamiche di partecipazione, e il supporto di programmi di elaborazione statistica netnografica ha permesso di destrutturare al meglio tali dinamiche.