Focused time-lapse inversion of radio and audio magnetotelluric data

Geoelectrical techniques are widely used to monitor groundwater processes, while surprisingly few studies have considered audio (AMT) and radio (RMT) magnetotellurics for such purposes. In this numerical investigation, we analyze to what extent inversion results based on AMT and RMT monitoring data can be improved by (1) time-lapse difference inversion; (2) incorporation of statistical information about the expected model update (i.e., the model regularization is based on a geostatistical model); (3) using alternative model norms to quantify temporal changes (i.e., approximations of l(1) and Cauchy norms using iteratively reweighted least-squares), (4) constraining model updates to predefined ranges (i.e., using Lagrange Multipliers to only allow either increases or decreases of electrical resistivity with respect to background conditions). To do so, we consider a simple illustrative model and a more realistic test case related to seawater intrusion. The results are encouraging and show significant improvements when using time-lapse difference inversion with non l(2) model norms. Artifacts that may arise when imposing compactness of regions with temporal changes can be suppressed through inequality constraints to yield models without oscillations outside the true region of temporal changes. Based on these results, we recommend approximate l(1)-norm solutions as they can resolve both sharp and smooth interfaces within the same model. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Local and global error models to improve uncertainty quantification

In groundwater applications, Monte Carlo methods are employed to model the uncertainty on geological parameters. However, their brute-force application becomes computationally prohibitive for highly detailed geological descriptions, complex physical processes, and a large number of realizations. The Distance Kernel Method (DKM) overcomes this issue by clustering the realizations in a multidimensional space based on the flow responses obtained by means of an approximate (computationally cheaper) model; then, the uncertainty is estimated from the exact responses that are computed only for one representative realization per cluster (the medoid). Usually, DKM is employed to decrease the size of the sample of realizations that are considered to estimate the uncertainty. We propose to use the information from the approximate responses for uncertainty quantification. The subset of exact solutions provided by DKM is then employed to construct an error model and correct the potential bias of the approximate model. Two error models are devised that both employ the difference between approximate and exact medoid solutions, but differ in the way medoid errors are interpolated to correct the whole set of realizations. The Local Error Model rests upon the clustering defined by DKM and can be seen as a natural way to account for intra-cluster variability; the Global Error Model employs a linear interpolation of all medoid errors regardless of the cluster to which the single realization belongs. These error models are evaluated for an idealized pollution problem in which the uncertainty of the breakthrough curve needs to be estimated. For this numerical test case, we demonstrate that the error models improve the uncertainty quantification provided by the DKM algorithm and are effective in correcting the bias of the estimate computed solely from the MsFV results. The framework presented here is not specific to the methods considered and can be applied to other combinations of approximate models and techniques to select a subset of realizations

Taajuusmuuttajan ohjelmiston testaus

Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää menetelmiä ja ohjeitataajuusmuuttajan sulautetun ohjelmiston kehityksen aikaiseen testaukseen. Soveltuvia menetelmiä etsittiin tutkimalla laajasti kirjallisuutta sekä selvittämälläyrityksen testauskäytäntöä. Tutkittuja kirjallisuudesta löytyneitä menetelmä olivat testauskehykset, simulointi ja staattinen sekä automaattinen testaus. Kirjallisuudesta etsittiin myös menetelmiä, joiden avulla testausprosessia voidaan helpottaa tai muuten parantaa. Tällaisista menetelmistä tutkittiin muun muassa testidatan valintaa, testauslähtöistä kehitystä sekä testattavuuden parantamista. Lisäksi selvitettiin uudelleenkäytettävien testien ohjelmointiin soveltuvia ohjelmointikieliä. Haastatteluiden ja dokumentaation avulla saatiin hyvä käsitys yrityksessä vallitsevasta testauskäytännöstä sekä sen ongelmakohdista. Testauksen ongelmiksi havaittiin testausprosessin järjestelmällisyyden puute sekä tarve suunnittelijoiden testauskoulutukseen. Testausprosessin parantamiseksi esitetään moduulitestauskehyksen käyttöönottoa. Lisäksi suunnittelijoiden testauskoulutuksella arvioidaan olevan suuri vaikutus koko testausprosessiin. Testitapausten suunnitteluun esitetään menetelmiä, joiden avulla voidaan suunnitella kattavampia testejä.

Tietojärjestelmäinvestoinnin jälkitarkkailumalli

Tämän työn ensisijaisena tavoitteena oli kehittää tietojärjestelmähankkeiden investointiprosessia luomalla kohdeyritykseen yhtenäinen toimintatapa hankkeiden jälkitarkkailuun. Tavoiteltu muutos koskee järjestelmäinvestointien arviointiperusteita sekä niiden käyttöönoton jälkeistä seurantaa. Jälkitarkkailumalli on rakennettu tasapainotettujen mittaristojen viitekehyksestä mittaamalla onnistumista johdon, loppukäyttäjän sekä projektin näkökulmasta. Työn tuloksena on Excel -sovellus sekä toimintatapa sovelluksen käytölle. Esimerkki-investoinnista kerätyn kokemuksen perusteella malli tukee investointiin liittyvien sidosryhmien sitoutumista yhteisiin tavoitteisiin sekä selkeyttää roolijakoa IT - vetoisen projektiryhmän ja yrityksen liiketoiminnallisen johdon välillä. Lisäksi mallin koettiin tukevan käyttöönotetun järjestelmän tavoitelähtöistä johtamista. Käytön laajentuessa mallilla uskotaan olevan yksittäistenhankkeiden lisäksi positiivinen vaikutus myös yrityksen tietojärjestelmähankkeiden investointiprosessiin.

3G SGSN Toiminnallisuustestauksen Automatisointi

3G SGSN (3rd Generation Serving GPRS Support Node) onUMTS (Universal Mobile Telecommunications System) pakettiverkon verkkoelementti, joka toimii linkkinä ulkoisen verkon(kuten Internet) ja radioverkon välillä. 3G SGSN ylläpitää tilaajan tietoja ja paikannustietoja päätelaitteen liikkuessa verkon sisällä ja välittää myös dataa ulkoisen verkon ja mobiilipäätelaitteen välillä. Tämän diplomityön aiheena on 3G SGSN toiminnallisuus-testauksen automatisointi. Työssä kehitetään 3G SGSN toiminnallisuustestaukseen soveltuva testauksen automatisointijärjestelmä Linux-ympäristössä AuTS (Automated Test Sequences)-automatisointityökalulla. Kehitystyöhön kuuluu järjestelmän suunnittelu ja toteutus. Toteutettu automatisointijärjestelmä suorittaa 3G SGSN toiminnallisuustestauksen istunnon- ja liikkuvuudenhallinnan testitapauksia.Suoritettujen testitapausten tuloksista luodaan HTML (Hypertext Markup Language)-raportti, joka sisältää tiedot ja analyysit suoritetuista testitapauksista sekä linkit testitapausten lokitietoihin. Hyvä automatisointi vaatii suunnittelua, jossa huomioidaan käytettävyys ja ylläpidettävyys. Näihin ominaisuuksiin on toteutuksessa kiinnitetty erityistä huomiota. Lopputuloksena saatiin toimiva automatisointijärjestelmä, joka osoittaa automatisoinnin tuovan huomattavia etuja toiminnallisuustestauksen tehokkuuteen. Työssä käsitelläänmyös ohjelmistotestausta sekä testauksen automatisointia ja niiden periaatteita.

Integrating testcase generator into Eclipse environment

Tämädiplomityö tutkii kuinka Eclipse -ympäristöä voidaan käyttää testitapausten generoinnissa. Eräs diplomityön pääaiheista on tutkia voidaanko olemassa olevilla Eclipsen komponenteilla parantaa symboolitietoutta, jotta testitapausten generointiin saataisiin lisää tietoa. Aluksi diplomityö antaa lyhyen katsauksen ohjelmistojentestaukseen, jotta lukija ymmärtää mitä ohjelmistotekniikan osa-aluetta diplomityö käsittelee. Tämän jälkeen kerrotaan lisää tietoa itse testitapausten generointiprosessista. Kun perusteet on käsitelty, tutustetaan lukija Eclipse -ympäristöön, mikä se on, mistä se koostuu ja mitä sillä voidaan tehdä. Tarkempaa tietoa kerrotaan Eclipsen komponenteista joita voidaan käyttää apuna testitapausten generoinnissa. Integrointi esimerkkinä diplomityössä esitellään valmiin testitapausgeneraattorin integrointi Eclipse -ympäristöön. Lopuksi Eclipse -pohjaista ratkaisua verrataan symboolitietouden sekä ajoajan kannalta aikaisempaan ratkaisuun. Diplomityön tuloksena syntyi prototyyppi jonka avulla todistettiin, että Eclipse - ympäristöön on mahdollista integroida testitapausgeneraattori ja että se voi lisätä symboolitietoutta. Tämätietouden lisäys kuitenkin lisäsi myös tarvittavaa ajoaikaa, joissakintapauksissa jopa merkittävästi. Samalla todettiin, että tällä hetkellä on menossa projekteja joiden tarkoituksena on parantaa käytettyjen Eclipse komponenttien suorituskykyä ja että tämä voi parantaa tuloksia tulevaisuudessa.

A modified structural stress method for fatigue assessment of welded structures

Fatigue life assessment of weldedstructures is commonly based on the nominal stress method, but more flexible and accurate methods have been introduced. In general, the assessment accuracy is improved as more localized information about the weld is incorporated. The structural hot spot stress method includes the influence of macro geometric effects and structural discontinuities on the design stress but excludes the local features of the weld. In this thesis, the limitations of the structural hot spot stress method are discussed and a modified structural stress method with improved accuracy is developed and verified for selected welded details. The fatigue life of structures in the as-welded state consists mainly of crack growth from pre-existing cracks or defects. Crack growth rate depends on crack geometry and the stress state on the crack face plane. This means that the stress level and shape of the stress distribution in the assumed crack path governs thetotal fatigue life. In many structural details the stress distribution is similar and adequate fatigue life estimates can be obtained just by adjusting the stress level based on a single stress value, i.e., the structural hot spot stress. There are, however, cases for which the structural stress approach is less appropriate because the stress distribution differs significantly from the more common cases. Plate edge attachments and plates on elastic foundations are some examples of structures with this type of stress distribution. The importance of fillet weld size and weld load variation on the stress distribution is another central topic in this thesis. Structural hot spot stress determination is generally based on a procedure that involves extrapolation of plate surface stresses. Other possibilities for determining the structural hot spot stress is to extrapolate stresses through the thickness at the weld toe or to use Dong's method which includes through-thickness extrapolation at some distance from the weld toe. Both of these latter methods are less sensitive to the FE mesh used. Structural stress based on surface extrapolation is sensitive to the extrapolation points selected and to the FE mesh used near these points. Rules for proper meshing, however, are well defined and not difficult to apply. To improve the accuracy of the traditional structural hot spot stress, a multi-linear stress distribution is introduced. The magnitude of the weld toe stress after linearization is dependent on the weld size, weld load and plate thickness. Simple equations have been derived by comparing assessment results based on the local linear stress distribution and LEFM based calculations. The proposed method is called the modified structural stress method (MSHS) since the structural hot spot stress (SHS) value is corrected using information on weld size andweld load. The correction procedure is verified using fatigue test results found in the literature. Also, a test case was conducted comparing the proposed method with other local fatigue assessment methods.

In silico pathway reconstruction: Iron-sulfur cluster biogenesis in Saccharomyces cerevisiae

Background: Current advances in genomics, proteomics and other areas of molecular biology make the identification and reconstruction of novel pathways an emerging area of great interest. One such class of pathways is involved in the biogenesis of Iron-Sulfur Clusters (ISC). Results: Our goal is the development of a new approach based on the use and combination of mathematical, theoretical and computational methods to identify the topology of a target network. In this approach, mathematical models play a central role for the evaluation of the alternative network structures that arise from literature data-mining, phylogenetic profiling, structural methods, and human curation. As a test case, we reconstruct the topology of the reaction and regulatory network for the mitochondrial ISC biogenesis pathway in S. cerevisiae. Predictions regarding how proteins act in ISC biogenesis are validated by comparison with published experimental results. For example, the predicted role of Arh1 and Yah1 and some of the interactions we predict for Grx5 both matches experimental evidence. A putative role for frataxin in directly regulating mitochondrial iron import is discarded from our analysis, which agrees with also published experimental results. Additionally, we propose a number of experiments for testing other predictions and further improve the identification of the network structure. Conclusion: We propose and apply an iterative in silico procedure for predictive reconstruction of the network topology of metabolic pathways. The procedure combines structural bioinformatics tools and mathematical modeling techniques that allow the reconstruction of biochemical networks. Using the Iron Sulfur cluster biogenesis in S. cerevisiae as a test case we indicate how this procedure can be used to analyze and validate the network model against experimental results. Critical evaluation of the obtained results through this procedure allows devising new wet lab experiments to confirm its predictions or provide alternative explanations for further improving the models.

The Development of an Internal Testing Process for a Bluetooth Product

BlueGiga Technologies on uusi Bluetooth -teknologiaa soveltava pk-yritys. Yrityksen tuotekehitysprosessia täydentämään tarvittiin testausprosessi. Testausprosessin luominen oli haastavaa, koska Bluetooth -teknologia on uutta ja yritys on vielä nuori. Lisäksi se integroi kovo- ja ohjelmistokomponentteja tuotteissaan. Testaus aloitettiin evaluoimalla standardinmukaista tapaa dokumentoida testit. Tämän jälkeen tutkittiin BlueGigan ohjelmistokehitysprosessin suhdetta olemassa oleviin ohjelmistokehitysprosesseihin. Samanaikaisesti perehdyttiin Bluetooth -kvalifikaation testaukselle asettamiin vaatimuksiin. Tämän seurauksena TTCN:ää kokeiltiin helppolukuisen testitapauksen määrittelyssä. Käyttötapauksiin perustuvan testauksen sopivuutta Wireless Remote Access Platform:in (WRAP) testaamiseen arvioitiin kokeilemalla sitä Man-to-Machine -käyttötapauksen testaamisessa. Yllämainittujen tehtävien aikana kerätyn tiedon ja hankittujen kokemusten pohjalta laadittiin testausprosessi, joka kattaa yksikkö-, integraatio- ja järjestelmätason testauksen. Painopiste on järjestelmätason testauksessa. Prosessi määrittelee myös vastuuhenkilön tai -henkilöt eri testaustasoille.

Functional testing in TETRA system

Terrestrial Trunked Radio (TETRA) on moderni digitaalinen matkapuhelinjärjestelmän standardi, joka on suunniteltu täyttämään erityisesti viranomaisten vaativat tarpeet turvallisuuden ja luotettavuuden suhteen. Ohjelmiston testaus on tärkeä osa sen laadun takaamiseksi. Testaus on jaettu useisiin vaiheisiin ja se kattaa koko ohjelmiston elinkaaren: ohjelmiston kehittelystä alkaen asiakkaalle lähetettyyn valmiiseen tuotteeseen saakka. Toiminnallisuustestauksen suorittaa joko ohjelmiston suunnittelijat tai erillinen testausryhmä käyttäen Nokia TETRA-järjestelmän testauslaboratoriota. Testauksen tarkoituksena on varmistaa, että ohjelmisto, sen aliohjelmat ja ominaisuudet täyttävät niille annetut toiminnalliset ja laadulliset vaatimukset. Tämä diplomityö antaa yleiskuvan toiminnallisuustestausprosessista Nokia TETRA järjestelmän laboratoriossa. Se tarjoaa esimerkkitestitapauksen avulla kokonaiskuvan siitä, kuinka toiminnallisuustestausprosessi suoritetaan alusta loppuun.

TTCN testing of WCDMA base station operation and maintenance software

TTCN-kieltä käytetään testitapausten määrittelemiseen tietoliikennejärjestelmissä. Nykyään TTCN:stä on tullut yhä suositumpi tapa toteuttaa testitapauksia. TTCN tarjoaa hyvän ja yksinkertaisen tavan muuntaa käsin testattavat testitapaukset automatisoiduiksi. Tämän diplomityön yhteydessä toteutettiin TTCN testitapaukset WCDMA -tukiaseman käyttö- ja kunnossapito- (O&M) ohjelmistolle. Ohjelmistoa on käytetty myös toisen sukupolven tukiasemissa, mutta kolmannen sukupolven tukiasemissa sillä on huomattavasti isompi rooli. WCDMA -tukiasemassa O&M käsittelee muun muassa tukiaseman käynnistyksen, virhetilanteet ja valvoo tukiaseman komponentteja. Ensimmäisiä tehtäviä diplomityötä tehdessä oli valita ne testitapaukset, jotka olisivat mahdollisia ja hyödyllisiä toteuttaa TTCN:n avulla. Testitapaukset valittiin valmiina olleista testitapausten kuvauksista. Valitut testitapaukset toteutettiin käyttäen rinnakkaista ja modulaarista TTCN-kieltä ja testattiin WCDMA -tukiasemaa vasten käyttäen TTCN Tester ohjelmistoa. Tämän diplomityön yhteydessä toteutettuja testitapauksia käytetään varmistamaan, että tukiasema voi toipua erilaisista virhetilanteista O&M ohjelmiston avulla. Testitapauksia WCDMA -tukiasemaa vasten ajettaessa varmistetaan myös, että O&M ohjelmisto toimii määrittelyn mukaisesti eri tilanteissa. Toteutetut testi tapaukset korvaavat nykyään käsin testatut O&M testi tapaukset tukiaseman O&M ohjelmistoa testatessa. Automatisoidut testi tapaukset tekevät O&M ohjelmiston testaamisen merkittävästi nopeammaksi ja helpommaksi.

A System-Level Simulation Model for a Protocol Processor

As the development of integrated circuit technology continues to follow Moore’s law the complexity of circuits increases exponentially. Traditional hardware description languages such as VHDL and Verilog are no longer powerful enough to cope with this level of complexity and do not provide facilities for hardware/software codesign. Languages such as SystemC are intended to solve these problems by combining the powerful expression of high level programming languages and hardware oriented facilities of hardware description languages. To fully replace older languages in the desing flow of digital systems SystemC should also be synthesizable. The devices required by modern high speed networks often share the same tight constraints for e.g. size, power consumption and price with embedded systems but have also very demanding real time and quality of service requirements that are difficult to satisfy with general purpose processors. Dedicated hardware blocks of an application specific instruction set processor are one way to combine fast processing speed, energy efficiency, flexibility and relatively low time-to-market. Common features can be identified in the network processing domain making it possible to develop specialized but configurable processor architectures. One such architecture is the TACO which is based on transport triggered architecture. The architecture offers a high degree of parallelism and modularity and greatly simplified instruction decoding. For this M.Sc.(Tech) thesis, a simulation environment for the TACO architecture was developed with SystemC 2.2 using an old version written with SystemC 1.0 as a starting point. The environment enables rapid design space exploration by providing facilities for hw/sw codesign and simulation and an extendable library of automatically configured reusable hardware blocks. Other topics that are covered are the differences between SystemC 1.0 and 2.2 from the viewpoint of hardware modeling, and compilation of a SystemC model into synthesizable VHDL with Celoxica Agility SystemC Compiler. A simulation model for a processor for TCP/IP packet validation was designed and tested as a test case for the environment.

WWW-pohjaisen sovelluksen automatisoitu testaus ja sitä edistävät ohjelmointikäytännöt

Ohjelmistotestauksen avulla voidaan tarkastella sovelluksen vastaavuutta vaatimuksiin. Tavoitteena on löytää sovelluksesta virheitä, ja siten parantaa sovelluksen laatua. Sovelluksen laatu voidaan määritellä useilla mittareilla, kuten esimerkiksi testattavuudella. Tässä työssä tarkastellaan WWW-sovelluksen automatisoidun testauksen toteutusta, jossa käytetään apuna testauskehystä. Automatisoituun testaukseen kuuluu testitapausten suunnittelu sekä toteutus, joiden lopputuloksena on uudelleenajettavia testitapauksia. Testaus keskittyy sovelluksen toiminnallisuuteen ja jättää tietokantaan päivitettävien tietojen tarkastamisen tekemättä. Testaus suoritetaan ilman tarkempaa tietoa sovelluksen sisäisestä toiminnasta. Testattava sovellus on Mobilding-hankkeessa toteutettu WWW-sovellus, jonka avulla hallinnoidaan rakennuksen elementtejä. Työssä vertaillaan WWW-sovelluksen käyttöliittymän testaukseen soveltuvia testauskehyksiä, ja pyritään tuomaan esille niiden ominaispiirteitä. Työn tuloksena on uudelleensuoritettavia testitapahtumia. Lisäksi pohditaan ohjelmointikäytäntöjä, joilla voidaan edistää automatisoitua testausta. Ohjelmointikäytännöt perustuvat työn toteutuksen aikana havaittuihin ongelmiin.

Testausmenetelmien ja testauksen lähestymistapojen valintaperusteet kirjallisuudessa

Testaustapausten valitseminen on testauksessa tärkeää, koska kaikkia testaustapauksia ei voida testata aika- ja raharajoitteiden takia. Testaustapausten valintaan on paljon eri menetelmiä joista eniten esillä olevat ovat malleihin perustuva valinta, kombinaatiovalinta ja riskeihin perustuva valinta. Kaikkiin edellä mainittuihin menetelmiin testaustapaukset luodaan ohjelman spesifikaation perusteella. Malleihin perustuvassa menetelmässä käytetään hyväksi ohjelman toiminnasta olevia malleja, joista valitaan tärkeimmät testattavaksi. Kombinaatiotestauksessa testitapaukset on muodostettu ominaisuuspareina jolloin yhden parin testaamisesta päätellään kahden ominaisuuden toiminta. Kombinaatiotestaus on tehokas löytämään virheitä, jotka johtuvat yhdestä tai kahdesta tekijästä. Riskeihin perustuva testaus pyrkii arvioimaan ohjelman riskejä ja valitsemaan testitapaukset niiden perusteella. Kaikissa menetelmissä priorisointi on tärkeässä roolissa, jotta testauksesta saadaan riittävä luotettavuus ilman kustannusten nousua.

Synthesis of percarboxylic acids in microreactor

Percarboxylic acids are commonly used as disinfection and bleaching agents in textile, paper, and fine chemical industries. All of these applications are based on the oxidative potential of these compounds. In spite of high interest in these chemicals, they are unstable and explosive chemicals, which increase the risk of synthesis processes and transportation. Therefore, the safety criteria in the production process should be considered. Microreactors represent a technology that efficiently utilizes safety advantages resulting from small scale. Therefore, microreactor technology was used in the synthesis of peracetic acid and performic acid. These percarboxylic acids were produced at different temperatures, residence times and catalyst i.e. sulfuric acid concentrations. Both synthesis reactions seemed to be rather fast because with performic acid equilibrium was reached in 4 min at 313 K and with peracetic acid in 10 min at 343 K. In addition, the experimental results were used to study the kinetics of the formation of performic acid and peracetic acid. The advantages of the microreactors in this study were the efficient temperature control even in very exothermic reaction and good mixing due to the short diffusion distances. Therefore, reaction rates were determined with high accuracy. Three different models were considered in order to estimate the kinetic parameters such as reaction rate constants and activation energies. From these three models, the laminar flow model with radial velocity distribution gave most precise parameters. However, sulfuric acid creates many drawbacks in this synthesis process. Therefore, a ´´greener´´ way to use heterogeneous catalyst in the synthesis of performic acid in microreactor was studied. The cation exchange resin, Dowex 50 Wx8, presented very high activity and a long life time in this reaction. In the presence of this catalyst, the equilibrium was reached in 120 second at 313 K which indicates a rather fast reaction. In addition, the safety advantages of microreactors were investigated in this study. Four different conventional methods were used. Production of peracetic acid was used as a test case, and the safety of one conventional batch process was compared with an on-site continuous microprocess. It was found that the conventional methods for the analysis of process safety might not be reliable and adequate for radically novel technology, such as microreactors. This is understandable because the conventional methods are partly based on experience, which is very limited in connection with totally novel technology. Therefore, one checklist-based method was developed to study the safety of intensified and novel processes at the early stage of process development. The checklist was formulated using the concept of layers of protection for a chemical process. The traditional and three intensified processes of hydrogen peroxide synthesis were selected as test cases. With these real cases, it was shown that several positive and negative effects on safety can be detected in process intensification. The general claim that safety is always improved by process intensification was questioned.