Automated network resilience optimization using computational intelligence methods

This paper presents an automated optimization framework able to provide network administrators with resilient routing configurations for link-state protocols, such as OSPF or IS-IS. In order to deal with the formulated NP-hard optimization problems, the devised framework is underpinned by the use of computational intelligence optimization engines, such as Multi-objective Evolutionary Algorithms (MOEAs). With the objective of demonstrating the framework capabilities, two illustrative Traffic Engineering methods are described, allowing to attain routing configurations robust to changes in the traffic demands and maintaining the network stable even in the presence of link failure events. The presented illustrative results clearly corroborate the usefulness of the proposed automated framework along with the devised optimization methods.

ILS-ESP An efficient, simple, and parameter-free algorithm for solving the permutation flow-shop problem

From a managerial point of view, the more effcient, simple, and parameter-free (ESP) an algorithm is, the more likely it will be used in practice for solving real-life problems. Following this principle, an ESP algorithm for solving the Permutation Flowshop Sequencing Problem (PFSP) is proposed in this article. Using an Iterated Local Search (ILS) framework, the so-called ILS-ESP algorithm is able to compete in performance with other well-known ILS-based approaches, which are considered among the most effcient algorithms for the PFSP. However, while other similar approaches still employ several parameters that can affect their performance if not properly chosen, our algorithm does not require any particular fine-tuning process since it uses basic "common sense" rules for the local search, perturbation, and acceptance criterion stages of the ILS metaheuristic. Our approach defines a new operator for the ILS perturbation process, a new acceptance criterion based on extremely simple and transparent rules, and a biased randomization process of the initial solution to randomly generate different alternative initial solutions of similar quality -which is attained by applying a biased randomization to a classical PFSP heuristic. This diversification of the initial solution aims at avoiding poorly designed starting points and, thus, allows the methodology to take advantage of current trends in parallel and distributed computing. A set of extensive tests, based on literature benchmarks, has been carried out in order to validate our algorithm and compare it against other approaches. These tests show that our parameter-free algorithm is able to compete with state-of-the-art metaheuristics for the PFSP. Also, the experiments show that, when using parallel computing, it is possible to improve the top ILS-based metaheuristic by just incorporating to it our biased randomization process with a high-quality pseudo-random number generator.

The EU-ADR Web Platform: delivering advanced pharmacovigilance tools

PURPOSE: Pharmacovigilance methods have advanced greatly during the last decades, making post-market drug assessment an essential drug evaluation component. These methods mainly rely on the use of spontaneous reporting systems and health information databases to collect expertise from huge amounts of real-world reports. The EU-ADR Web Platform was built to further facilitate accessing, monitoring and exploring these data, enabling an in-depth analysis of adverse drug reactions risks.METHODS: The EU-ADR Web Platform exploits the wealth of data collected within a large-scale European initiative, the EU-ADR project. Millions of electronic health records, provided by national health agencies, are mined for specific drug events, which are correlated with literature, protein and pathway data, resulting in a rich drug-event dataset. Next, advanced distributed computing methods are tailored to coordinate the execution of data-mining and statistical analysis tasks. This permits obtaining a ranked drug-event list, removing spurious entries and highlighting relationships with high risk potential.RESULTS: The EU-ADR Web Platform is an open workspace for the integrated analysis of pharmacovigilance datasets. Using this software, researchers can access a variety of tools provided by distinct partners in a single centralized environment. Besides performing standalone drug-event assessments, they can also control the pipeline for an improved batch analysis of custom datasets. Drug-event pairs can be substantiated and statistically analysed within the platform's innovative working environment.CONCLUSIONS: A pioneering workspace that helps in explaining the biological path of adverse drug reactions was developed within the EU-ADR project consortium. This tool, targeted at the pharmacovigilance community, is available online at https://bioinformatics.ua.pt/euadr/. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

The Job Board : Borsa de treball on-line, distribuïda i multi-dispositiu

Aquest treball final de carrera es basa en la creació d'una borsa de treball on-line, distribuïda i multi-dispositiu. Ha estat creada a partir de noves tecnologies com Play Framework i Twiter Bootstrap, utilitzant els llenguatges Java i Scala, usant marcatge HTML5 i desplegada en un servidor de cloud computing anomenat Heroku.

Composing Web Services

Web-palvelut muodostavat keskeisen osan semanttista web:iä. Ne mahdollistavat nykyaikaisen ja tehokkaan välineistön hajautettuun laskentaan ja luovat perustan palveluperustaisille arkkitehtuureille. Verkottunut automatisoitu liiketoiminta edellyttää jatkuvaa aktiivisuutta kaikilta osapuolilta. Lisäksi sitä tukevan järjestelmäntulee olla joustava ja sen tulee tukea monipuolista toiminnallisuutta. Nämä tavoitteet voidaan saavuttamaan yhdistämällä web-palveluita. Yhdistämisprosessi muodostuu joukosta tehtäviä kuten esim. palveluiden mallintaminen, palveluiden koostaminen, palveluiden suorittaminen ja tarkistaminen. Työssä on toteutettu yksinkertainen liiketoimintaprosessi. Toteutuksen osalta tarkasteltiin vaihtoehtoisia standardeja ja toteutustekniikoita. Myös suorituksen optimointiin liittyvät näkökulmat pyrittiin ottamaan huomioon.

Component Architecture for Context-Aware Applications

Mobiililaitteisiin tehdyt sovellukset ovat nykyään laajassa käytössä. Mobiilisovellukset tarjoavat käyttäjälleen usein tietyn ennalta määritellyn toiminnallisuuden eivätkä ne pysty mukautumaan vaihtelevaan käyttöympäristöönsä. Jos sovellus olisi tietoinen käyttöympäristöstään ja sen muutoksista, se voisi tarjota käyttäjälleen tilanteeseen sopivia ominaisuuksia. Käyttöympäristöstään tietoiset hajautetut sovellukset tarvitsevat kuitenkin huomattavasti perinteisiä sovelluksia monimutkaisemman arkkitehtuurin toimiakseen. Tässä työssä esitellään hajautetuille ja kontekstitietoisille sovelluksille tarkoitettu ohjelmistoarkkitehtuuri. Työ perustuu Oulun yliopiston CAPNET-tutkimusprojektissa kehitettyyn, mobiilisovelluksille tarkoitettuun arkkitehtuuriin. Tämän työn tarkoituksena on tarjota ratkaisuja niihin puutteisiin, jotka tulivat esille CAPNET-arkkitehtuurin kehitys- ja testausvaiheessa. Esimerkiksi arkkitehtuurin komponenttien määrittelyä tulisi tarkentaa ja ne tulisi jakaa horisontaalisiin kerroksiin niiden ominaisuuksien ja alustariippuvuuden mukaisesti. Työssä luodaan katsaus olemassa oleviin teknologioihin jotka tukevat hajautettujen ja kontekstitietoisten järjestelmien kehittämistä. Myös niiden soveltumista CAPNET-arkkitehtuuriin analysoidaan. Työssä esitellään CAPNET-arkkitehtuuri ja ehdotetaan uutta arkkitehtuuria ja komponenttien kerrosjaottelua. Ehdotuksessa arkkitehtuurin komponentit ja järjestelmän rakenne määritellään ja mallinnetaan UML-menetelmällä. Työn tuloksena on arkkitehtuurimäärittely, joka jakaa nykyisen arkkitehtuurin komponentit kerroksiin. Komponenttien rajapinnat on määritelty selkeästi ja tarkasti. Työ tarjoaa myös projektiryhmälle hyvän lähtökohdan uuden arkkitehtuurin suunnittelulle ja toteuttamiselle.

Implementation of CORBA interface in a wireless device

CORBA (Common Object Request Broker Architecture) on laajalle levinnyt ja teollisuudessa yleisesti käytetty hajautetun tietojenkäsittelyn arkkitehtuuri. CORBA skaalautuu eri kokoisiin tarpeisiin ja sitä voidaan hyödynntää myös sulautetuissa langattomissa laitteissa. Oleellista sulautetussa ympäristössä on rakentaa rajapinnat kevytrakenteisiksi, pysyviksi ja helposti laajennettaviksi ilman että yhteensopivuus aikaisempiin rajapintoihin olisi vaarassa. Langattomissa laitteissa resurssit, kuten muistin määrä ja prosessointiteho, ovat hyvin rajalliset, joten rajapinta tulee suunnitella ja toteuttaa optimaalisesti. Palveluiden tulee ottaa huomioon myös langattomuuden rajoitukset, kuten hitaat tiedonsiirtonopeudet ja tiedonsiirron yhteydettömän luonteen. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin CORBA-rajapinta GSM-päätelaitteeseen, jonka on todettu täyttävän sille asetetut tavoitteet. Rajapinta tarjoaa kaikki yleisimmät GSM-terminaalin ominaisuudet ja on laajennettavissa tulevia tuotteita ja verkkotekniikoita varten. Laajennettavuutta saavutetaan esimerkiksi kuvaamalla terminaalin ominaisuudet yleisellä kuvauskielellä, kuten XML:lla (Extensible Markup Language).

An Experimental Study on Peer Selection in a P2P Network over PlanetLab

Peer-reviewed

Optimizing Customer Energy Invoice Calculation with Parallel Computation

Diplomityön tarkoituksena on optimoida asiakkaiden sähkölaskun laskeminen hajautetun laskennan avulla. Älykkäiden etäluettavien energiamittareiden tullessa jokaiseen kotitalouteen, energiayhtiöt velvoitetaan laskemaan asiakkaiden sähkölaskut tuntiperusteiseen mittaustietoon perustuen. Kasvava tiedonmäärä lisää myös tarvittavien laskutehtävien määrää. Työssä arvioidaan vaihtoehtoja hajautetun laskennan toteuttamiseksi ja luodaan tarkempi katsaus pilvilaskennan mahdollisuuksiin. Lisäksi ajettiin simulaatioita, joiden avulla arvioitiin rinnakkaislaskennan ja peräkkäislaskennan eroja. Sähkölaskujen oikeinlaskemisen tueksi kehitettiin mittauspuu-algoritmi.

Agent-based management systems for many-core platforms : rigorous design and efficient implementation

Due to various advantages such as flexibility, scalability and updatability, software intensive systems are increasingly embedded in everyday life. The constantly growing number of functions executed by these systems requires a high level of performance from the underlying platform. The main approach to incrementing performance has been the increase of operating frequency of a chip. However, this has led to the problem of power dissipation, which has shifted the focus of research to parallel and distributed computing. Parallel many-core platforms can provide the required level of computational power along with low power consumption. On the one hand, this enables parallel execution of highly intensive applications. With their computational power, these platforms are likely to be used in various application domains: from home use electronics (e.g., video processing) to complex critical control systems. On the other hand, the utilization of the resources has to be efficient in terms of performance and power consumption. However, the high level of on-chip integration results in the increase of the probability of various faults and creation of hotspots leading to thermal problems. Additionally, radiation, which is frequent in space but becomes an issue also at the ground level, can cause transient faults. This can eventually induce a faulty execution of applications. Therefore, it is crucial to develop methods that enable efficient as well as resilient execution of applications. The main objective of the thesis is to propose an approach to design agentbased systems for many-core platforms in a rigorous manner. When designing such a system, we explore and integrate various dynamic reconfiguration mechanisms into agents functionality. The use of these mechanisms enhances resilience of the underlying platform whilst maintaining performance at an acceptable level. The design of the system proceeds according to a formal refinement approach which allows us to ensure correct behaviour of the system with respect to postulated properties. To enable analysis of the proposed system in terms of area overhead as well as performance, we explore an approach, where the developed rigorous models are transformed into a high-level implementation language. Specifically, we investigate methods for deriving fault-free implementations from these models into, e.g., a hardware description language, namely VHDL.

Défis technologiques et pédagogiques rencontrés par des enseignants lors de la mise en place d'un "projet portable" dans une école primaire de milieu défavorisé

Depuis la dernière décennie, les outils technologiques et informatiques ont connu un essor considérable dans plusieurs sphères d’activité de la société. L’éducation n’y a pas échappé, et le ministère de l’Éducation, du Loisir et du Sport (MELS) en a d’ailleurs fait une compétence transversale dans le cadre du Programme de formation de l’école québécoise. L’intégration des TIC s’est faite à travers différents moyens, à commencer par les laboratoires informatiques, les ordinateurs à même la salle de classe et, plus récemment, par l’introduction de projets portables où chaque élève et l’enseignant disposent de leur propre ordinateur. Afin d’être mené à terme, ce projet de recherche a été inscrit dans un projet à plus grande échelle, soit celui d’une recherche financée par le Conseil de recherches en sciences humaines du Canada (CRSH), qui a pour objectif d'analyser les obstacles auxquels font face les enseignants dans l'intégration des technologies à l'école. Le présent projet s'est quant à lui attardé plus spécifiquement aux défis technologiques et pédagogiques inhérents aux projets portables. L’étude s'est déroulée en milieu défavorisé, dans une école primaire montréalaise. Une telle intégration demande une planification rigoureuse et un suivi continu afin d’assurer le succès du projet. De plus, il est évident que ce type de projet pose aussi des défis technologiques et pédagogiques particuliers pour les enseignants. À ce sujet, trois catégories de facteurs qui peuvent avoir un impact sur la réussite des projets portables ont été relevées, soit : les facteurs personnels (internes à l’enseignant), les facteurs relatifs au travail (contexte d'enseignement, pratiques pédagogiques, etc.), ainsi que les facteurs relatifs au matériel et à l’infrastructure. À l’intérieur de ce mémoire, différents concepts, dimensions et indicateurs sont donc explicités et mis en relation afin de mieux comprendre les défis technologiques et pédagogiques qui peuvent survenir dans le cadre de la mise en oeuvre de projets portables. Trois enseignantes rattachées à autant de groupes d’élèves ont accepté de participer à une entrevue individuelle et de répondre à un questionnaire. Les échanges par courriel ont aussi été analysés. L'ensemble des données recueillies ont fait l'objet d'analyses qualitatives. Les analyses ont montré que la catégorie de facteurs citée la plus fréquemment était celle des facteurs relatifs au travail avec une forte majorité. Des défis ont toutefois été identifiés pour toutes les dimensions.

Implantation des futures sur un système distribué par passage de messages

Ce mémoire présente une implantation de la création paresseuse de tâches desti- née à des systèmes multiprocesseurs à mémoire distribuée. Elle offre un sous-ensemble des fonctionnalités du Message-Passing Interface et permet de paralléliser certains problèmes qui se partitionnent difficilement de manière statique grâce à un système de partitionnement dynamique et de balancement de charge. Pour ce faire, il se base sur le langage Multilisp, un dialecte de Scheme orienté vers le traitement parallèle, et implante sur ce dernier une interface semblable à MPI permettant le calcul distribué multipro- cessus. Ce système offre un langage beaucoup plus riche et expressif que le C et réduit considérablement le travail nécessaire au programmeur pour pouvoir développer des programmes équivalents à ceux en MPI. Enfin, le partitionnement dynamique permet de concevoir des programmes qui seraient très complexes à réaliser sur MPI. Des tests ont été effectués sur un système local à 16 processeurs et une grappe à 16 processeurs et il offre de bonnes accélérations en comparaison à des programmes séquentiels équiva- lents ainsi que des performances acceptables par rapport à MPI. Ce mémoire démontre que l’usage des futures comme technique de partitionnement dynamique est faisable sur des multiprocesseurs à mémoire distribuée.

Conditions pouvant favoriser le succès global d'un projet à grand déploiement en éducation où chaque élève possède un ordinateur portable

L’intégration des TIC a connu un essor considérable dans les dernières années et des chercheurs à travers le monde y accordent une importance sans cesse croissante ; le sujet des TIC en éducation est ainsi répandu au sein des écrits depuis maintenant plusieurs années (Istance & Kools, 2013; Storz & Hoffman, 2013). Dans un monde où les technologies sont omniprésentes dans la plupart des sphères d’activités, il ne s’agit plus de savoir si les technologies doivent être intégrées dans les activités d’enseignement et d’apprentissage, mais bien de quelle façon elles doivent l’être. Comme les TIC présentent de nombreux avantages, notamment en ce qui concerne la motivation scolaire et la réduction du fossé numérique, les différents intervenants du monde de l’éducation sont généralement conscients de l’importance de bien utiliser les technologies de l’information et de la communication (TIC) en éducation, mais ne savent pas toujours par où commencer. La présente recherche s’intéresse à une forme particulière d’intégration des TIC en éducation, soit les projets portables. Les projets portables se différencient par le fait que l’enseignant et chaque élève disposent de leur propre ordinateur portable dans le but d’une utilisation pédagogique. Cette thèse de doctorat tente de détailler, à travers un langage clair et accessible, les défis qu’il est possible de rencontrer à l’intérieur de tels projets, de même que ce qui peut être fait pour en limiter les impacts. En vue de déterminer les conditions pouvant favoriser le succès global des projets portables au Québec, voire ailleurs, une recension des écrits exhaustive a permis de relever quatre catégories de facteurs principales dans lesquelles l’ensemble des défis identifiés semblent pouvoir être classés : les facteurs relatifs à la gestion du projet, les facteurs internes à l’enseignant, les facteurs relatifs au cadre de travail de même que les facteurs relatifs à l’infrastructure et au matériel. Ces diverses catégories de facteurs sont abordées en détails à l’intérieur du cadre théorique de cette thèse de doctorat. En vue d’atteindre les objectifs, un questionnaire a été mis au point et plus de 300 enseignants d’une commission scolaire où a lieu un projet portable à grand déploiement y ont répondu. Les données de nature mixte (données quantitatives et qualitatives) ont été analysées à l’aide de logiciels spécialisés et ceci a permis de vérifier la pertinence des éléments rencontrés dans la recension des écrits, de même que d’en découvrir de nouveaux. Il a été trouvé que de nombreux défis sont susceptibles d’être rencontrés. Les plus importants ont trait à la qualité du matériel utilisé, à l’importance de la formation des enseignants relativement aux TIC, et à l’importance de mettre au point une vision claire assurant la pleine adhésion des enseignants. Il a aussi été déterminé que l’enseignant doit pouvoir accéder à un soutien pédagogique ainsi qu’à un soutien technique facilement. Enfin, il a été découvert que la nature des projets à grand déploiement fait en sorte qu’il importe de porter une attention particulière aux besoins locaux des enseignants, qui peuvent varier selon le contexte de travail de ceux-ci.

Framework for middleware executed on mobile devices

Die ubiquitäre Datenverarbeitung ist ein attraktives Forschungsgebiet des vergangenen und aktuellen Jahrzehnts. Es handelt von unaufdringlicher Unterstützung von Menschen in ihren alltäglichen Aufgaben durch Rechner. Diese Unterstützung wird durch die Allgegenwärtigkeit von Rechnern ermöglicht die sich spontan zu verteilten Kommunikationsnetzwerken zusammen finden, um Informationen auszutauschen und zu verarbeiten. Umgebende Intelligenz ist eine Anwendung der ubiquitären Datenverarbeitung und eine strategische Forschungsrichtung der Information Society Technology der Europäischen Union. Das Ziel der umbebenden Intelligenz ist komfortableres und sichereres Leben. Verteilte Kommunikationsnetzwerke für die ubiquitäre Datenverarbeitung charakterisieren sich durch Heterogenität der verwendeten Rechner. Diese reichen von Kleinstrechnern, eingebettet in Gegenstände des täglichen Gebrauchs, bis hin zu leistungsfähigen Großrechnern. Die Rechner verbinden sich spontan über kabellose Netzwerktechnologien wie wireless local area networks (WLAN), Bluetooth, oder UMTS. Die Heterogenität verkompliziert die Entwicklung und den Aufbau von verteilten Kommunikationsnetzwerken. Middleware ist eine Software Technologie um Komplexität durch Abstraktion zu einer homogenen Schicht zu reduzieren. Middleware bietet eine einheitliche Sicht auf die durch sie abstrahierten Ressourcen, Funktionalitäten, und Rechner. Verteilte Kommunikationsnetzwerke für die ubiquitäre Datenverarbeitung sind durch die spontane Verbindung von Rechnern gekennzeichnet. Klassische Middleware geht davon aus, dass Rechner dauerhaft miteinander in Kommunikationsbeziehungen stehen. Das Konzept der dienstorienterten Architektur ermöglicht die Entwicklung von Middleware die auch spontane Verbindungen zwischen Rechnern erlaubt. Die Funktionalität von Middleware ist dabei durch Dienste realisiert, die unabhängige Software-Einheiten darstellen. Das Wireless World Research Forum beschreibt Dienste die zukünftige Middleware beinhalten sollte. Diese Dienste werden von einer Ausführungsumgebung beherbergt. Jedoch gibt es noch keine Definitionen wie sich eine solche Ausführungsumgebung ausprägen und welchen Funktionsumfang sie haben muss. Diese Arbeit trägt zu Aspekten der Middleware-Entwicklung für verteilte Kommunikationsnetzwerke in der ubiquitären Datenverarbeitung bei. Der Schwerpunkt liegt auf Middleware und Grundlagentechnologien. Die Beiträge liegen als Konzepte und Ideen für die Entwicklung von Middleware vor. Sie decken die Bereiche Dienstfindung, Dienstaktualisierung, sowie Verträge zwischen Diensten ab. Sie sind in einem Rahmenwerk bereit gestellt, welches auf die Entwicklung von Middleware optimiert ist. Dieses Rahmenwerk, Framework for Applications in Mobile Environments (FAME²) genannt, beinhaltet Richtlinien, eine Definition einer Ausführungsumgebung, sowie Unterstützung für verschiedene Zugriffskontrollmechanismen um Middleware vor unerlaubter Benutzung zu schützen. Das Leistungsspektrum der Ausführungsumgebung von FAME² umfasst: • minimale Ressourcenbenutzung, um auch auf Rechnern mit wenigen Ressourcen, wie z.B. Mobiltelefone und Kleinstrechnern, nutzbar zu sein • Unterstützung für die Anpassung von Middleware durch Änderung der enthaltenen Dienste während die Middleware ausgeführt wird • eine offene Schnittstelle um praktisch jede existierende Lösung für das Finden von Diensten zu verwenden • und eine Möglichkeit der Aktualisierung von Diensten zu deren Laufzeit um damit Fehlerbereinigende, optimierende, und anpassende Wartungsarbeiten an Diensten durchführen zu können Eine begleitende Arbeit ist das Extensible Constraint Framework (ECF), welches Design by Contract (DbC) im Rahmen von FAME² nutzbar macht. DbC ist eine Technologie um Verträge zwischen Diensten zu formulieren und damit die Qualität von Software zu erhöhen. ECF erlaubt das aushandeln sowie die Optimierung von solchen Verträgen.

Mobile P2Ping: A Super-Peer based Structured P2P System Using a Fleet of City Buses

Recently, researchers have introduced the notion of super-peers to improve signaling efficiency as well as lookup performance of peer-to-peer (P2P) systems. In a separate development, recent works on applications of mobile ad hoc networks (MANET) have seen several proposals on utilizing mobile fleets such as city buses to deploy a mobile backbone infrastructure for communication and Internet access in a metropolitan environment. This paper further explores the possibility of deploying P2P applications such as content sharing and distributed computing, over this mobile backbone infrastructure. Specifically, we study how city buses may be deployed as a mobile system of super-peers. We discuss the main motivations behind our proposal, and outline in detail the design of a super-peer based structured P2P system using a fleet of city buses.