General-Purpose Computing on Graphic Processing Unit (GPGPU): metodi e tecnologie per lo sviluppo di applicazioni

Microprocessori basati su singolo processore (CPU), hanno visto una rapida crescita di performances ed un abbattimento dei costi per circa venti anni. Questi microprocessori hanno portato una potenza di calcolo nell’ordine del GFLOPS (Giga Floating Point Operation per Second) sui PC Desktop e centinaia di GFLOPS su clusters di server. Questa ascesa ha portato nuove funzionalità nei programmi, migliori interfacce utente e tanti altri vantaggi. Tuttavia questa crescita ha subito un brusco rallentamento nel 2003 a causa di consumi energetici sempre più elevati e problemi di dissipazione termica, che hanno impedito incrementi di frequenza di clock. I limiti fisici del silicio erano sempre più vicini. Per ovviare al problema i produttori di CPU (Central Processing Unit) hanno iniziato a progettare microprocessori multicore, scelta che ha avuto un impatto notevole sulla comunità degli sviluppatori, abituati a considerare il software come una serie di comandi sequenziali. Quindi i programmi che avevano sempre giovato di miglioramenti di prestazioni ad ogni nuova generazione di CPU, non hanno avuto incrementi di performance, in quanto essendo eseguiti su un solo core, non beneficiavano dell’intera potenza della CPU. Per sfruttare appieno la potenza delle nuove CPU la programmazione concorrente, precedentemente utilizzata solo su sistemi costosi o supercomputers, è diventata una pratica sempre più utilizzata dagli sviluppatori. Allo stesso tempo, l’industria videoludica ha conquistato una fetta di mercato notevole: solo nel 2013 verranno spesi quasi 100 miliardi di dollari fra hardware e software dedicati al gaming. Le software houses impegnate nello sviluppo di videogames, per rendere i loro titoli più accattivanti, puntano su motori grafici sempre più potenti e spesso scarsamente ottimizzati, rendendoli estremamente esosi in termini di performance. Per questo motivo i produttori di GPU (Graphic Processing Unit), specialmente nell’ultimo decennio, hanno dato vita ad una vera e propria rincorsa alle performances che li ha portati ad ottenere dei prodotti con capacità di calcolo vertiginose. Ma al contrario delle CPU che agli inizi del 2000 intrapresero la strada del multicore per continuare a favorire programmi sequenziali, le GPU sono diventate manycore, ovvero con centinaia e centinaia di piccoli cores che eseguono calcoli in parallelo. Questa immensa capacità di calcolo può essere utilizzata in altri campi applicativi? La risposta è si e l’obiettivo di questa tesi è proprio quello di constatare allo stato attuale, in che modo e con quale efficienza pùo un software generico, avvalersi dell’utilizzo della GPU invece della CPU.

Progettazione di un'applicazione web-oriented per la gestione di un sistema informativo aziendale

L’azienda committente vuole ampliare la possibilità di accedere al suo database, sia dall’esterno che dall’interno, non solamente da parte di un unico utente amministratore, ma anche da tutti gli agenti distribuiti sul territorio nazionale e tutti gli impiegati degli uffici. Si vuole inoltre creare un sistema di notifiche via email che permetta a tutti gli utenti (agenti) registrati di avere in tempo reale informazioni sempre aggiornate riguardo i propri clienti. La ditta si chiama Tropical Lane S.p.A. e vuole realizzare questo progetto per rendere maggiormente accessibili le informazioni per i propri agenti, distribuiti nelle varie regioni italiane, direttamente tramite un loro dispositivo mobile, come smartphone o tablet, senza dover necessariamente telefonare continuamente in ditta dove è presente una segretaria che svolge solamente questa mansione. In questo modo si cerca di velocizzare la procedura di accesso ai dati così da liberare una risorsa utile per lo svolgimento di altre funzioni interne. Si è deciso quindi di creare un sito web, basato su tecnologia Active Server Pages e interfacciato al database aziendale, che sia fruibile dall’esterno della rete aziendale e sul quale vengono mostrati i dati, organizzati in modo da essere facilmente comprensibili e visualizzabili da tutti. La realizzazione del sito è stata effettuata utilizzando notepad++ sia per le pagine ASP che per le poche pagine di HTML statico presenti. Gli script sono stati realizzati in linguaggio Javascript, compatibile con le specifiche dei browser più diffusi. Il sito è supportato da un unico database realizzato in precedenza con Microsoft SQL ed integrato.

Thinkmix: dall'idea alla progettazione dello story network

Thinkmix è un network con componenti social che permette agli utenti di creare storie collaborando. La tesi illustra tutti gli step che hanno portato alla realizzazione di questo network: l'idea, la progettazione, lo sviluppo e la pubblicazione. Ritengo si tratti di un progetto ben riuscito e completo che mi ha permesso di esprimere totalmente le capacità acquisite durante il corso nelle varie materie (e non unicamente nella materia di riferimento) e di avvicinarmi a tematiche esterne a una laurea triennale (sicurezza informatica, marketing, acquisto e gestione di server dedicati, burocrazia per la pubblicazione di applicazione iOS e sito web con dominio).

A clustering method for robust and reliable large scale functional and structural protein sequence annotation

Bioinformatics, in the last few decades, has played a fundamental role to give sense to the huge amount of data produced. Obtained the complete sequence of a genome, the major problem of knowing as much as possible of its coding regions, is crucial. Protein sequence annotation is challenging and, due to the size of the problem, only computational approaches can provide a feasible solution. As it has been recently pointed out by the Critical Assessment of Function Annotations (CAFA), most accurate methods are those based on the transfer-by-homology approach and the most incisive contribution is given by cross-genome comparisons. In the present thesis it is described a non-hierarchical sequence clustering method for protein automatic large-scale annotation, called “The Bologna Annotation Resource Plus” (BAR+). The method is based on an all-against-all alignment of more than 13 millions protein sequences characterized by a very stringent metric. BAR+ can safely transfer functional features (Gene Ontology and Pfam terms) inside clusters by means of a statistical validation, even in the case of multi-domain proteins. Within BAR+ clusters it is also possible to transfer the three dimensional structure (when a template is available). This is possible by the way of cluster-specific HMM profiles that can be used to calculate reliable template-to-target alignments even in the case of distantly related proteins (sequence identity < 30%). Other BAR+ based applications have been developed during my doctorate including the prediction of Magnesium binding sites in human proteins, the ABC transporters superfamily classification and the functional prediction (GO terms) of the CAFA targets. Remarkably, in the CAFA assessment, BAR+ placed among the ten most accurate methods. At present, as a web server for the functional and structural protein sequence annotation, BAR+ is freely available at http://bar.biocomp.unibo.it/bar2.0.

Una piattaforma collaborativa di urban-sensing basata su dispositivi android

Tesi di laurea volta a descrivere la realizzazione di un sistema che permette la condivisione dei dati dai sensori dei dispositivi android su un server centrale

Un'applicazione android per il monitoraggio del traffico stradale

L'obiettivo di questa tesi è stato quello di implementare un applicazione client-server per dispositivi Android basato sul paradigma del crowdsourcing. Il focus è stato rivolto sulla ricerca di un modo che consentisse all'utente di notificare degli eventi stradali senza distrarlo dalla guida, consentendogli di interagire vocalmente con il dispositivo per la segnalazione di differenti notifiche. Viene implementa un sistema di rilevazione delle velocità delle strade tramite l'invio di dati anonimi da parte degli utenti, che si integra con il sistema di notifica, consentendo una migliore rappresentazione della viabilità stradale. Inoltre è stato implementato anche un navigatore satellitare con tecnologia turn-by-turn da cui gli utenti possono effettuare itinerari, configurandosi, in ultima analisi, come una strumento in grado di supportare gli automobilisti da più punti di vista.

Agents, nodes & resources: Universal naming system for a coordination middleware

La tesi si propone di sviluppare un modello, l'architettura e la tecnologia per il sistema di denominazione del Middleware Coordinato TuCSoN, compresi gli agenti, i nodi e le risorse. Identità universali che rappresentano queste entità, sia per la mobilità fisica sia per quella virtuale, per un Management System (AMS, NMS, RMS) distribuito; tale modulo si occupa anche di ACC e trasduttori, prevedendo questioni come la tolleranza ai guasti, la persistenza, la coerenza, insieme con il coordinamento disincarnata in rete, come accade con le tecnologie Cloud. All’interno dell’elaborato, per prima cosa si è fatta una introduzione andando a descrivere tutto ciò che è contenuto nell’elaborato in modo da dare una visione iniziale globale del lavoro eseguito. Di seguito (1° capitolo) si è descritta tutta la parte relativa alle conoscenze di base che bisogna avere per la comprensione dell’elaborato; tali conoscenze sono relative a TuCSoN (il middleware coordinato con cui il modulo progettato dovrà interfacciarsi) e Cassandra (sistema server distribuito su cui si appoggia la parte di mantenimento e salvataggio dati del modulo). In seguito (2° capitolo) si è descritto JADE, un middleware da cui si è partiti con lo studio per la progettazione del modello e dell’architettura del modulo. Successivamente (3° capitolo) si è andati a spiegare la struttura e il modello del modulo considerato andando ad esaminare tutti i dettagli relativi alle entità interne e di tutti i legami fra esse. In questa parte si è anche dettagliata tutta la parte relativa alla distribuzione sulla rete del modulo e dei suoi componenti. In seguito (4° capitolo) è stata dettagliata e spiegata tutta la parte relativa al sistema di denominazione del modulo, quindi la sintassi e l’insieme di procedure che l’entità consumatrice esterna deve effettuare per ottenere un “nome universale” e quindi anche tutti i passaggi interni del modulo per fornire l’identificatore all’entità consumatrice. Nel capitolo successivo (5° capitolo) si sono descritti tutti i casi di studio relativi alle interazioni con le entità esterne, alle entità interne in caso in cui il modulo sia o meno distribuito sulla rete, e i casi di studio relativi alle politiche, paradigmi e procedure per la tolleranza ai guasti ed agli errori in modo da dettagliare i metodi di riparazione ad essi. Successivamente (6° capitolo) sono stati descritti i possibili sviluppi futuri relativi a nuove forme di interazione fra le entità che utilizzano questo modulo ed alle possibili migliorie e sviluppi tecnologici di questo modulo. Infine sono state descritte le conclusioni relative al modulo progettato con tutti i dettagli in modo da fornire una visione globale di quanto inserito e descritto nell’elaborato.

Analysis of cone-beam ct dose in image-guided radiation therapy for brain and prostate cancer patients via gpu-based Monte Carlo simulations

La radioterapia guidata da immagini (IGRT), grazie alle ripetute verifiche della posizione del paziente e della localizzazione del volume bersaglio, si è recentemente affermata come nuovo paradigma nella radioterapia, avendo migliorato radicalmente l’accuratezza nella somministrazione di dose a scopo terapeutico. Una promettente tecnica nel campo dell’IGRT è rappresentata dalla tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT). La CBCT a kilovoltaggio, consente di fornire un’accurata mappatura tridimensionale dell’anatomia del paziente, in fase di pianificazione del trattamento e a ogni frazione del medisimo. Tuttavia, la dose da imaging attribuibile alle ripetute scansioni è diventata, negli ultimi anni, oggetto di una crescente preoccupazione nel contesto clinico. Lo scopo di questo lavoro è di valutare quantitativamente la dose addizionale somministrata da CBCT a kilovoltaggio, con riferimento a tre tipici protocolli di scansione per Varian OnBoard Imaging Systems (OBI, Palo Alto, California). A questo scopo sono state condotte simulazioni con codici Monte Carlo per il calcolo della dose, utilizzando il pacchetto gCTD, sviluppato sull’architettura della scheda grafica. L’utilizzo della GPU per sistemi server di calcolo ha permesso di raggiungere alte efficienze computazionali, accelerando le simulazioni Monte Carlo fino a raggiungere tempi di calcolo di ~1 min per un caso tipico. Inizialmente sono state condotte misure sperimentali di dose su un fantoccio d’acqua. I parametri necessari per la modellazione della sorgente di raggi X nel codice gCTD sono stati ottenuti attraverso un processo di validazione del codice al fine di accordare i valori di dose simulati in acqua con le misure nel fantoccio. Lo studio si concentra su cinquanta pazienti sottoposti a cicli di radioterapia a intensità modulata (IMRT). Venticinque pazienti con tumore al cervello sono utilizzati per studiare la dose nel protocollo standard-dose head e venticinque pazienti con tumore alla prostata sono selezionati per studiare la dose nei protocolli pelvis e pelvis spotlight. La dose media a ogni organo è calcolata. La dose media al 2% dei voxels con i valori più alti di dose è inoltre computata per ogni organo, al fine di caratterizzare l’omogeneità spaziale della distribuzione.

Ninja typing: Typing game su piattaforma android

NinjaTyping è un cosiddetto "Typing Game", sviluppato per terminali Android. L'utente deve scrivere il testo visualizzato su schermo, nel minor tempo e con la minor incidenza possibile d'errore. I punteggi effettuati dagli utenti, possono essere condivisi su Facebook oltre che su un apposito server dedicato, atto a gestire i migliori punteggi. Inoltre è prevista anche una modalità online in cui gli utenti possono sfidarsi in partite a turni. Anche questa feature è gestita tramite il server dedicato.

Un'applicazione mobile per controllo e monitoraggio della qualità dell'acqua di una piscina

Questo elaborato ha come argomento lo sviluppo di un progetto informatico creato per mettere in comunicazione tra di loro un sistema di gestione e controllo del ricambio di acqua in una piscina e un dispositivo mobile. Per la realizzazione del sistema di controllo è stata utilizzata una scheda Arduino Mega 2560 munita di modulo Ethernet, mentre, per quello che concerne il dispositivo mobile, la scelta è ricaduta su un device dotato di sistema operativo Android. La comunicazione tra questi due attori è mediata attraverso un server scritto in Java che gira nella stessa rete locale in cui è presente la scheda Arduino. Il progetto può essere inserito nell'ambito dell'Internet of Things, dove ogni oggetto è caratterizzato dalla possibilità di connettersi ad Internet e scambiare informazioni con ogni altro oggetto creando una rete. Questo progetto è suddiviso in tre parti: la prima si occupa della definizione di due protocolli di comunicazione tra le varie componenti, uno per lo scambio di messaggi tra client Android e Server Java e un secondo per quello tra scheda Arduino e Server; la seconda parte è incentrata sulla realizzazione del server Java che rende accessibile la scheda da qualsiasi luogo e permette la raccolta dei dati rilevanti provenienti dalla centralina. L’ultima parte infine è quella relativa allo sviluppo di una applicazione per Android che permette di monitorare il tutto e interagire con la centralina stessa.

Sviluppo di componenti per una piattaforma web database-independent.

Lo scopo di questo lavoro è realizzare, in ambito web, un'applicazione client-server database-independent, ovvero un'applicazione il cui funzionamento non è vincolato da uno specifico tipo di base di dati.

Progettazione e sviluppo del back-end per il modulo di correzione automatica del corso di programmazione.

Il web ha cambiato radicalmente le nostre vite. Grazie ad esso, oggi si possono fare cose che solo qualche decennio fa erano pura fantascienza, come ad esempio la telepresenza o gli interventi chirurgici da remoto, ma anche cose più “semplici” come seguire corsi di formazione (anche universitaria), effettuare la spesa, operare con il proprio conto corrente, tutto restando comodamente a casa propria, semplificando così la vita di tutti. Allo stesso tempo il web è stato utilizzato per fini tutt’altro che nobili, ad esempio per commettere crimini informatici, recare danni alla concorrenza, compiere varie forme di truffe ecc. Ogni persona dovrebbe comportarsi in modo corretto e nel pieno rispetto del prossimo, sia sul mondo reale che sul web, ma purtroppo non è sempre così. Per quanto riguarda il mondo del web, sta agli sviluppatori soddisfare le necessità dei propri utenti, assicurandosi però che la propria applicazione non verrà usata per recare qualche tipo di danno a terzi o alla propria infrastruttura. Questa tesi nasce da un idea dei docenti del corso di Programmazione riguardo alla realizzazione di un modulo del sito web del corso che si occupa della correzione automatica di esercizi scritti in linguaggio C dagli studenti del corso, dove per correzione automatica si intende la verifica della correttezza degli esercizi.

Progettazione e realizzazione di un'applicazione social georeferenziata per dispositivi android

In questo lavoro di tesi abbiamo ideato e implementato un nuovo social network combinando in una sola applicazione per dispositivi mobili alcune nuove idee con altre già esistenti, ma ancora poco sviluppate. Dopo aver analizzato le app attualmente esistenti, si sono definite le caratteristiche dell'applicazione che si vuole creare, traendo ispirazione da Snapchat, Foursquare e Whisper. L'obiettivo è un'applicazione che permette agli utenti di inviare messaggi con testo e immagini geotaggati sulla loro posizione. Essi saranno anonimi, dato che gli utenti avranno la possibilità di creare e utilizzare facilmente più identità. I messaggi potranno essere votati e commentati e avranno una durata definita dall'autore, dopo di che si autodistruggeranno. Tutti i messaggi saranno visibili su una mappa che li mostrerà nel punto in cui l'autore si trovava quando li ha inviati. Gli utenti riceveranno una notifica per i nuovi messaggi inviati nelle loro vicinanze. I primi mesi di lavoro sul progetto sono stati dedicati al perfezionamento dell'idea originale e alla realizzazione della parte server. In questa fase è stato acquisito e configurato un Virtual Private Server, è stato progettato e creato il database MySql, ed è stata implementata la logica applicativa lato server in PHP. Successivamente, ci si è concentrati sulla progettazione e realizzazione dell'applicazione stessa, scegliendo la piattaforma Android e programmando in linguaggio Java. In questa fase si è definita e implementata l'interfaccia utente e la logica applicativa lato client. Giunti ad un buon livello di sviluppo, si è cominciato a distribuire limitatamente una versione alpha dell'applicazione per ottenere feedback dagli utenti, soprattutto riguardanti l'usabilità. La seguente tesi descrive in dettaglio l'idea di partenza, l'architettura del progetto e le funzionalità realizzate, per concludersi con una previsione degli sviluppi futuri. Vi è inoltre in allegato il codice sorgente dell'applicazione Android realizzata.

Progetto e sviluppo di un network informativo per dispositivi mobili sull'alimentazione senza glutine

La tesi descrive la progettazione e lo sviluppo di un network informativo accessibile come Web App e come app sullo store Android, sviluppato con architettura Client / Server grazie ad un sistema di API sviluppato parzialmente ad-hoc.

Confronto di performance tra applicazioni web SQL e NoSQL su grandi quantità di dati

Lo scopo di questa tesi è di mettere a confronto le performance, su grandi quantità di dati, tra applicazioni web basate su database a modello relazionale, noti come RDBMS, e applicazioni web basate su database a modello non-relazionale, meglio conosciuti con l'appellativo NoSQL. Sono stati selezionati sette casi d'uso appartenenti ad una applicazione reale per effettuare il confronto di prestazioni tra i seguenti database: MySQL, Microsoft SQL Server, OrientDB, MongoDB e BaseX.