Erasure error correcting codes applied to DTN communications.

The space environment has always been one of the most challenging for communications, both at physical and network layer. Concerning the latter, the most common challenges are the lack of continuous network connectivity, very long delays and relatively frequent losses. Because of these problems, the normal TCP/IP suite protocols are hardly applicable. Moreover, in space scenarios reliability is fundamental. In fact, it is usually not tolerable to lose important information or to receive it with a very large delay because of a challenging transmission channel. In terrestrial protocols, such as TCP, reliability is obtained by means of an ARQ (Automatic Retransmission reQuest) method, which, however, has not good performance when there are long delays on the transmission channel. At physical layer, Forward Error Correction Codes (FECs), based on the insertion of redundant information, are an alternative way to assure reliability. On binary channels, when single bits are flipped because of channel noise, redundancy bits can be exploited to recover the original information. In the presence of binary erasure channels, where bits are not flipped but lost, redundancy can still be used to recover the original information. FECs codes, designed for this purpose, are usually called Erasure Codes (ECs). It is worth noting that ECs, primarily studied for binary channels, can also be used at upper layers, i.e. applied on packets instead of bits, offering a very interesting alternative to the usual ARQ methods, especially in the presence of long delays. A protocol created to add reliability to DTN networks is the Licklider Transmission Protocol (LTP), created to obtain better performance on long delay links. The aim of this thesis is the application of ECs to LTP.

Progetto e realizzazione di un sistema di catalogazione dell'eterogeneita di lesioni neoplastiche polmonari in immagini di tc perfusionali

Progettare e realizzare un sistema di catalogazione delle varie tipologie di eterogeneità tissutale di lesioni neoplastiche polmonari, a partire dall’analisi di immagini TCp, in quanto non risulta presente in letteratura una classificazione dell’eterogeneità basata sull’analisi visuale del radiologo.

Charakterisierung einer pflanzlichen Variante des Cytoskelettproteins gamma-Tubulin durch Strukturmodellierung, Überexpression und Analyse der Interaktionspartner

Wie alle Eukaryoten besitzen auch höhere Pflanzen ein mikrotubuläres Cytoskelett. Einige Funktionen dieses Cytoskeletts sind relativ stark konserviert, andere dagegen scheinen sehr pflanzenspezifisch zu sein. Dies betrifft insbesondere charakteristische mikrotubuläre Netzwerke, die bei der Neubildung und der Verstärkung der Zellwände wichtige Rollen übernehmen. Wie der Aufbau dieser Netzwerke kontrolliert wird, ist bisher relativ unklar. Typische Mikrotubuli organisierende Zentren (MTOC), insbesondere Centrosomen oder Spindelpolkörper, sind bei höheren Pflanzen nicht beobachtet worden. Von pilzlichen und tierischen Organismen weiß man, dass gamma-Tubulin (gTUB) mit seinen assoziierten Proteinen in den MTOC bei der Nukleation von Mikrotubuli eine Schlüsselfunktion hat. Dieses Mitglied der Tubulin-Superfamilie wird aber auch in Pflanzen gefunden, dessen genaue Funktion bisher unbekannt ist. Zu Beginn der Arbeit wurden mittels in silico Berechnungen Strukturmodelle des pflanzlichen gTUBs aus Nicotiana tabacum erarbeitet, da die Struktur, die zu einem Verständnis der pflanzlichen Wachstumsregulation beitragen könnte, bisher unbekannt ist. Auf Grundlage der bioinformatischen Daten konnte für weitere Studien eine notwendige gTUB-Deletionsmutante entwickelt werden. Für Röntgendiffraktionsstudien und gTUB-Interaktionspartneranalysen war die Verfügbarkeit verhältnismäßig großer Proteinmengen notwendig. Die Expression der gTUB-Volllängensequenz in gelöster und aktiver Form stellte einen immanent wichtigen Zwischenschritt dar. Das Escherichia coli T7/lacO-Expressionssystem lieferte, trotz vielversprechender Erfolge in der Vergangenheit, kein gelöstes rekombinantes gTUB. So wurden zwar verhältnismäßig hohe Expressionsraten erzielt, aber das rekombinante gTUB lag quantitativ als Inclusion bodies vor. Eine Variationen der Expressionsparameter sowie umfangreiche Versuche mittels verschiedenster Konstrukte sowie potentiell die Löslichkeit erhöhenden Tags gTUB in gelöster Form in E. coli zu exprimieren blieben erfolglos. Eine Denaturierung der Inclusion bodies und Rückfaltung wurde aufgrund der wohl bei der Tubulinfaltung notwendigen komplexeren Chaperone sowie thermodynamischer Überlegungen ausgeschlossen. Die höher evolvierte Chaperonausstattung war ein Hauptgrund für die Verwendung der eukaryotischen Hefe-Expressionssysteme K. lactis und des S. cerevisiae-Stammes FGY217 zur gTUB-Expression. So konnten nach der Selektion nur transgene Hefe-Zellen dokumentiert werden, die die gTUB-Expressionskassette nachweislich an der vorgesehenen Zielposition in ihrem Genom integrierten, aber keine dokumentierbare Expression zeigten. Die wahrscheinlichste Begründung hierfür ist, dass ein erhöhter intrazellulärer gTUB-Titer mit dem Zellwachstum und der Zellteilung dieser eukaryotischen Organismen interferierte und durch Rückkopplungen die rekombinante gTUB-CDS aus N. tabacum ausgeschaltet wurde. Der Versuch einer transienten gTUB-Überexpression in differenzierten Blattgeweben höherer Pflanzen war eine logische Konsequenz aus den vorherigen Ergebnissen und lieferte, wenn auch nicht die für eine Proteinkristallisation notwendigen Mengen, gelöstes gTUB. Bestrebungen einer stabilen Transfektion von A. thaliana oder BY-2-Zellkulturen mit einer gTUB-CDS lieferten keine transgenen Organismen, was starke Interferenzen der rekombinanten gTUB-CDS in den Zellen vermuten lies. Transfektionsversuche mit nur GFP tragenden Konstrukten ergaben hingegen eine hohe Anzahl an transgenen Organismen, die auch verhältnismäßig starke Expressionsraten zeigten. Die erzielten Proteinmengen bei der transienten gTUB-Überexpression in N. benthamiana Blattgeweben, in Co-Expression mit dem Posttransriptional Gene Silencing-Suppressorprotein p19, waren für einen Pull-Down sowie eine massenspektroskopische Analyse der Interaktionspartner ausreichend und ergaben Befunde. Eine abschließende Auswertung des erarbeiteten massenspektroskopischen Datensatzes wird jedoch erst dann möglich sein, wenn das Tabak-Proteom vollständig sequenziert ist. Die Erweiterung der bestehenden pflanzlichen Vergleichsdatenbanken um das bisher bekannte Tabak-Proteom vervielfachte die Anzahl der in dieser Studie identifizierten gTUB-Interaktionspartner. Interaktionen mit dem TCP1-Chaperon untermauern die Hypothese der zur Faltung pflanzlichen gTUBs notwendigen Chaperone. Beobachtete gTUB-Degradationsmuster in Verbindung mit Interaktionen des 26S-Proteasoms deuten auf eine Gegenregulationen bei erhöhtem gTUB-Titer auf Proteinebene hin. Da Blattgewebe selbst nur noch über eine sehr geringe und inhomogene Teilungsaktivität verfügen ist diese Regulation hoch spannend. Auch konnte durch Co-Expression des PTGS-Suppressorproteins p19 gezeigt werden, dass bei der gTUB-Expression eine Regulation auf RNA-Ebene erfolgt.

ExoTCP: uno stack di rete minimale e userspace specializzato per il protocollo HTTP

In questo lavoro verrà presentato ExoTCP, uno stack di rete minimale e userspace specializzato per il protocollo HTTP. Verrà inoltre presentato Eth, un server web zerocopy che utilizza ExoTCP per servire contenuti statici. L'obiettivo del lavoro è riuscire ad ottenere prestazioni migliori di quelle di un server web tradizionale che si appoggia ai servizi offerti dal sistema operativo per accedere alla rete.

Implementazione di modulatori e demodulatori su piattaforma raspberry-pi

Cattura di un segnale AM e FM stereofonico (radio commerciale) mediante chiavetta NooElec R820T dotata di tecnologia Software Defined Radio (SDR). Implementazione di un codice di demodulazione AM e di algoritmi di modulazione/demodulazione FM stereo attraverso l’ambiente di lavoro MATLAB e lo strumento Simulink- Interfacciamento dei codici con la piattaforma Raspberry-Pi fungente da server TCP/IP la quale permetterà la comunicazione tra chiavetta e PC. Ricostruzione del segnale modulante trasmesso

Misure sperimentali per il monitoraggio e la sorveglianza di aree e strutture mediante reti di sensori wireless

Studio e realizzazione di una rete Wireless Sensor Network per il monitoraggio ambientale di area archeologica. Trasmissione dati raccolti su server tcp. Misure sperimentali su rete di sensori radar UWB per la localizzazione di un target in ambiente indoor

Progetto e realizzazione di un sistema di catalogazione di lesioni neoplastiche polmonari per la validazione visuale di mappe perfusionali da tomografia computerizzata

La TC perfusionale (TCp) è un valido strumento per l'imaging funzionale dei tumori. Tale tecnica consente di misurare in modo oggettivo la perfusione tissutale, attraverso l'analisi matematica dei dati ottenuti effettuando scansioni TC ripetute nel tempo, dopo la somministrazione di un mezzo di contrasto iodato. Il principale obiettivo degli studi perfusionali in oncologia è la valutazione precoce dell’efficacia delle terapie anti-angiogenetiche utilizzate per bloccare la vascolarizzazione che alimenta le lesioni tumorali. Infatti, sin dal primo ciclo di terapie, è possibile rilevare se la vascolarizzazione tumorale si riduce, senza dover attendere i cambiamenti dimensionali che, in genere, avvengono tardivamente. Questa Tesi si focalizza sullo studio del carcinoma polmonare e perviene alla costruzione di un catalogo, completo di mappe colorimetriche, che sintetizza i casi analizzati, i dati relativi al paziente e alle lesioni. L'obiettivo è quindi quello di fornire uno strumento di facile consultazione che consenta di valutare vari aspetti relativi alla malattia, tra cui il tasso di accrescimento, il grado di malignità, presenza di invasione vascolare, al fine di andare sempre più verso una cura personalizzata e più efficace per i pazienti che, attualmente, sono sottoposti a soluzione terapeutica standard. Questa è, senza dubbio, la nuova frontiera della ricerca per tutte i tipi di neoplasie negli anni futuri.

Preparazione dei dati e generazione delle mappe di TC perfusionale nel cancro al polmone

L’introduzione della tomografia computerizzata nelle applicazioni oncologiche è stata rivoluzionaria per la diagnostica delle immagini di molti organi e apparati, superando i limiti della radiologia convenzionale. Questa tecnica rappresenta, infatti, un efficace strumento nella diagnosi e caratterizzazione di numerosi tumori, in quanto questo tipo di applicazione perfusionale amalgama informazioni di natura morfologica, tipiche della TC tradizionale, con studi funzionali sui tessuti in esame. Tuttavia, diversi problemi, tra cui la mancanza di un protocollo standard sia durante la fase di acquisizione dei dati, sia durante la fase di elaborazione dei dati, costituiscono un ostacolo per la trasposizione in clinica della TCp. In questo lavoro di Tesi si è trattato principalmente della modalità di analisi dei dati: ad oggi, infatti, non è ancora stato formulato un protocollo che stabilisca in modo univoco una tecnica di analisi delle mappe perfusionali risultanti dall’elaborazione delle immagini TCp. In particolare, si è tentato di affiancare ai classici metodi di analisi di immagini noti in letteratura un ulteriore tecnica che si basa sull’analisi voxel-by-voxel della regione d’interesse su più slice e non solo su quella di riferimento. Questo studio è stato fortemente motivato dall’elevato grado di eterogeneità che caratterizza molti tessuti neoplastici. A tal proposito, l’elaborato mira ad analizzare in modo qualitativo le mappe perfusionali di slice adiacenti a quella di riferimento e a verificare se queste possano restituire informazioni aggiuntive che risultino indispensabili ai fini della formulazione di una corretta diagnosi e scelta del piano terapeutico da applicare al paziente.

Modifiche al protocollo di trasporto LTP per migliorarne le prestazioni in presenza di perdite elevate

La presente tesi si pone come obiettivo quello di analizzare il protocollo LTP (in particolare in ION) e proporre dei miglioramenti utili al caso in cui siano presenti perdite elevate. Piu in dettaglio, una prima parte introduttiva motiva l'inefficacia del TCP/IP in ambito interplanetario e introduce l'architettura DTN Bundle Protocol (Cap.1). La tesi prosegue con la descrizione delle specifiche del protocollo LTP (Cap.2), in particolar modo evidenziando come un bundle venga incapsulato in un blocco LTP, come questo sia successivamente diviso in tanti segmenti LTP e come questi vengano successivamente inviati con il protocollo UDP o con un protocollo analogo. Viene quindi presentata un'approfondita analisi delle penalizzazioni dovute alle perdite dei segmenti LTP, sia di tipo dati che di segnalazione (Cap. 3). Quest'analisi permette di dimostrare la criticita degli effetti delle perdite, in particolare per quello che riguarda i segmenti LTP di segnalazione. Mentre in presenza di perdite basse tali effetti hanno in media un impatto minimo sul tempo di consegna di un blocco LTP (quindi del bundle in esso contenuto), in quanto avvengono raramente, in presenza di perdite elevate rappresentano un collo di bottiglia per il tempo di consegna di un blocco LTP. A tal proposito sono state proposte alcune modifiche che permettono di migliorare le prestazioni di LTP (Cap. 4) compatibilmente con le specifiche RFC in modo da garantire l'interoperabilita con le diverse implementazioni del protocollo. Successivamente nel Cap. 5 viene mostrato come sono state implementate le modifiche proposte in ION 3.4.1. Nel capitolo finale (Cap. 6) sono presenti i risultati numerici relativi ad alcuni test preliminari eseguiti confrontando la versione originale del protocollo con le versioni modificate contenenti i miglioramenti proposti. I test sono risultati molto positivi per elevate perdite, confermando cosi la validita dell'analisi e dei miglioramenti introdotti.

DTN discovery and routing: from space applications to terrestrial networks.

L'argomento di questa tesi è l'architettura di rete Delay-/Disruption-Tolerant Networking (DTN), progettata per operare nelle reti “challenged”, dove la suite di protocolli TCP/IP risulta inefficace a causa di lunghi ritardi di propagazione del segnale, interruzioni e disturbi di canale, ecc. Esempi di reti “challenged” variano dalle reti interplanetarie alle Mobile Ad-Hoc Networks (MANETs). Le principali implementazioni dell'architettura DTN sono DTN2, implementazione di riferimento, e ION, sviluppata da NASA JPL per applicazioni spaziali. Una grande differenza tra reti spaziali e terrestri è che nello spazio i movimenti dei nodi sono deterministici, mentre non lo sono per i nodi mobili terrestri, i quali generalmente non conoscono la topologia della rete. Questo ha portato allo sviluppo di diversi algoritmi di routing: deterministici per le reti spaziali e opportunistici per quelle terrestri. NASA JPL ha recentemente deciso di estendere l'ambito di applicazione di ION per supportare anche scenari non deterministici. Durante la tesi, svolta presso NASA JPL, mi sono occupato di argomenti diversi, tutti finalizzati a questo obiettivo. Inizialmente ho testato la nuova implementazione dell'algoritmo IP Neighbor Discovery (IPND) di ION, corretti i bug e prodotta la documentazione ufficiale. Quindi ho contribuito ad integrare il Contact Graph Routing (CGR) di ION nel simulatore DTN “ONE” utilizzando la Java Native Interface (JNI) come ponte tra il codice Java di ONE e il codice C di ION. In particolare ho adattato tutte le librerie di ION necessarie per far funzionare CGR all'interno dell'ambiente di ONE. Infine, dopo aver analizzato un dataset di tracce reali di nodi mobili, ho contribuito a progettare e a sviluppare OCGR, estensione opportunistica del CGR, quindi ne ho curato l'integrazione in ONE. I risultati preliminari sembrano confermare la validità di OCGR che, una volta messo a punto, può diventare un valido concorrente ai più rinomati algoritmi opportunistici.

Clinical and histologic evaluation of granular Beta-tricalcium phosphate for the treatment of human intrabony periodontal defects: a report on five cases

BACKGROUND: The aim of the study is to clinically and histologically evaluate the healing of advanced intrabony defects treated with open flap debridement and the adjunct implantation of granular beta tricalcium phosphate (beta-TCP). METHODS: Five patients, each displaying advanced combined 1- and 2-wall intrabony defects around teeth scheduled for extraction or root resection, were recruited. Approximately 6 months after surgery, the teeth or roots were removed together with a portion of their surrounding soft and hard tissues and processed for histologic evaluation. RESULTS: The mean probing depth (PD) was reduced from 10.8 +/- 2.3 mm presurgically to 4.6 +/- 2.1 mm, whereas a mean clinical attachment level (CAL) gain of 5.0 +/- 0.7 mm was observed. The increase in gingival recession was 1.2 +/- 3.2 mm. The histologic evaluation indicated the formation of new cellular cementum with inserting collagen fibers to a varying extent (mean: 1.9 +/- 0.7 mm; range: 1.2 to 3.03 mm) coronal to the most apical extent of the root instrumentation. The mean new bone formation was 1.0 +/- 0.7 mm (range: 0.0 to 1.9 mm). In most specimens, beta-TCP particles were embedded in the connective tissue, whereas the formation of a mineralized bone-like or cementum-like tissue around the particles was only occasionally observed. CONCLUSION: The present data indicates that treatment of intrabony periodontal defects with this beta-TCP may result in substantial clinical improvements such as PD reduction and CAL gain, but this beta-TCP does not seem to enhance the regeneration of cementum, periodontal ligament, and bone.

Bone healing and graft resorption of autograft, anorganic bovine bone and beta-tricalcium phosphate. A histologic and histomorphometric study in the mandibles of minipigs

OBJECTIVE: The purpose was to qualitatively and quantitatively compare the bone formation and graft resorption of two different bone substitutes used in both orthopedic and oral surgery, with autogenous bone as a positive control. MATERIALS AND METHODS: Three standardized bone defects were prepared in both mandibular angles of 12 adult minipigs. The defects were grafted with either autograft, anorganic bovine bone (ABB), or synthetic beta-tricalcium phosphate (beta-TCP). Sacrifice was performed after 1, 2, 4, and 8 weeks for histologic and histomorphometric analysis. RESULTS: At 2 weeks, more new bone formation was seen in defects filled with autograft than with ABB (P approximately 0.0005) and beta-TCP (P approximately 0.002). After 4 weeks, there was no significant difference between beta-TCP and the two other materials. Defects grafted with ABB still exhibited less bone formation as compared with autograft (P approximately 0.004). At 8 weeks, more bone formation was observed in defects grafted with autograft (P approximately 0.003) and beta-TCP (P approximately 0.00004) than with ABB. No difference could be demonstrated between beta-TCP and autograft. beta-TCP resorbed almost completely over 8 weeks, whereas ABB remained stable. CONCLUSION: Both bone substitutes seemed to decelerate bone regeneration in the early healing phase as compared with autograft. All defects ultimately regenerated with newly formed bone and a developing bone marrow. The grafting materials showed complete osseous integration. Both bone substitutes may have a place in reconstructive surgery where different clinical indications require differences in biodegradability.

An in vivo study of a growth-factor enhanced, cell free, two-layered collagen-tricalcium phosphate in deep osteochondral defects

Focal osteochondral defects are still a challenging problem in joint surgery. We have developed a two-layered implant consisting of a basal porous beta-tricalcium phosphate (TCP) for bone reconstruction and a superficial fibrous collagen type I/III layer for cartilage regeneration. Fifty-four osteochondral defects in the trochlear groove of 27 Göttinger Minipigs were created and either left untreated, treated with the implant alone, or the implant augmented with an additional growth factor mixture, which was assumed to stimulate cell and tissue differentiation. Follow-up was 6, 12 and 52 weeks with n=6 for each group. The repair tissue was evaluated for its gross appearance and biomechanical properties. Histological sections were semi-quantitatively scored for their histomorphological structure. Treatment with the two-layered implant improved defect filling and subchondral bone repair at 6 and 12 weeks follow-up. The TCP was replaced by cancellous bone at 52 weeks. Cartilage repair tissue mainly consisted of fibrocartilage and showed a moderate cell density up to the joint surface. Growth factor treatment improved the mechanical and histomorphological properties of the cartilage repair tissue at 12, but not at 52 weeks postoperatively. In conclusion, the two-layered collagen-TCP implant augmented with chondroinductive growth factors seems a promising new option for the treatment of deep osteochondral defects in joint surgery.

Evaluation of a novel biphasic calcium phosphate in standardized bone defects: a histologic and histomorphometric study in the mandibles of minipigs

OBJECTIVE: A novel biphasic calcium phosphate (CaP) granulate consisting of hydroxyapatite (HA) and beta-tricalciumphosphate (TCP) was compared with pure HA and pure TCP and with autograft as positive control. MATERIALS AND METHODS: Four standardized bone defects were prepared in both mandibular angles of 16 minipigs and grafted with autogenous bone chips, HA, HA/TCP (60% : 40%), or TCP. Histologic and histomorphometric analysis of bone formation and graft degradation followed healing periods of 2, 4, 8, and 24 weeks. RESULTS: 2 weeks: more bone formation in defects filled with autograft than with the three CaP materials (P<0.05). 4 weeks: bone formation differed significantly (P<0.05) between all four materials (autograft>TCP>HA/TCP>HA). 8 weeks: more bone formation in defects with autograft and TCP than with HA/TCP (P<0.05), and HA/TCP had more bone formation than HA (P<0.05). 24 weeks: no difference in bone formation between the groups. Autograft and TCP resorbed quickly and almost completely over 8 weeks, whereas HA/TCP and HA showed limited degradation over 24 weeks. CONCLUSION: All defects healed with mature lamellar bone and intimate contact between bone and the remaining graft material. The rate of bone formation corresponded to the content of TCP in the CaP materials.

Performance of dental implants after staged sinus floor elevation procedures: 5-year results of a prospective study in partially edentulous patients

OBJECTIVES: The aim of this prospective study was to evaluate the 5-year performance and success rate of titanium screw-type implants with the titanium plasma spray (TPS) or the sand-blasted, large grit, acid-etched (SLA) surface inserted in a two-stage sinus floor elevation (SFE) procedure in the posterior maxilla. MATERIAL AND METHODS: A total of 59 delayed SFEs were performed in 56 patients between January 1997 and December 2001, using a composite graft with autogenous bone chips combined with deproteinized bovine bone mineral (DBBM) or synthetic porous beta-tricalcium phosphate (beta-TCP). After a healing period averaging 7.75 months, 111 dental implants were inserted. After an additional 8-14-week healing period, all implants were functionally loaded with cemented crowns or fixed partial dentures. The patients were recalled at 12 and 60 months for clinical and radiographic examination. RESULTS: One patient developed an acute infection in the right maxillary sinus after SFE and did not undergo implant therapy. Two of the 111 inserted implants had to be removed because of a developing atypical facial pain, and 11 implants were lost to follow-up and were considered drop-outs. The remaining 98 implants showed favorable clinical and radiographic findings at the 5-year examination. The peri-implant soft tissues were stable over time; the mean probing depths and mean attachment levels did not change during the follow-up period. The measurement of the bone crest levels (DIB values) indicated stability as well. Based on strict success criteria, all 98 implants were considered successfully integrated, resulting in a 5-year success rate of 98% (for TPS implants 89%, for SLA implants 100%). CONCLUSION: This prospective study assessing the performance of dental implants inserted after SFE demonstrated that titanium implants can achieve and maintain successful tissue integration with high predictability for at least 5 years of follow-up in carefully selected patients.