Semantic wrapping for heterogeneous database management

Query processing is a commonly performed procedure and a vital and integral part of information processing. It is therefore important and necessary for information processing applications to continuously improve the accessibility of data sources as well as the ability to perform queries on those data sources. ^ It is well known that the relational database model and the Structured Query Language (SQL) are currently the most popular tools to implement and query databases. However, a certain level of expertise is needed to use SQL and to access relational databases. This study presents a semantic modeling approach that enables the average user to access and query existing relational databases without the concern of the database's structure or technicalities. This method includes an algorithm to represent relational database schemas in a more semantically rich way. The result of which is a semantic view of the relational database. The user performs queries using an adapted version of SQL, namely Semantic SQL. This method substantially reduces the size and complexity of queries. Additionally, it shortens the database application development cycle and improves maintenance and reliability by reducing the size of application programs. Furthermore, a Semantic Wrapper tool illustrating the semantic wrapping method is presented. ^ I further extend the use of this semantic wrapping method to heterogeneous database management. Relational, object-oriented databases and the Internet data sources are considered to be part of the heterogeneous database environment. Semantic schemas resulting from the algorithm presented in the method were employed to describe the structure of these data sources in a uniform way. Semantic SQL was utilized to query various data sources. As a result, this method provides users with the ability to access and perform queries on heterogeneous database systems in a more innate way. ^

Design and implementation of a multisite data repository for pediatric epilepsy

This dissertation established a software-hardware integrated design for a multisite data repository in pediatric epilepsy. A total of 16 institutions formed a consortium for this web-based application. This innovative fully operational web application allows users to upload and retrieve information through a unique human-computer graphical interface that is remotely accessible to all users of the consortium. A solution based on a Linux platform with My-SQL and Personal Home Page scripts (PHP) has been selected. Research was conducted to evaluate mechanisms to electronically transfer diverse datasets from different hospitals and collect the clinical data in concert with their related functional magnetic resonance imaging (fMRI). What was unique in the approach considered is that all pertinent clinical information about patients is synthesized with input from clinical experts into 4 different forms, which were: Clinical, fMRI scoring, Image information, and Neuropsychological data entry forms. A first contribution of this dissertation was in proposing an integrated processing platform that was site and scanner independent in order to uniformly process the varied fMRI datasets and to generate comparative brain activation patterns. The data collection from the consortium complied with the IRB requirements and provides all the safeguards for security and confidentiality requirements. An 1-MR1-based software library was used to perform data processing and statistical analysis to obtain the brain activation maps. Lateralization Index (LI) of healthy control (HC) subjects in contrast to localization-related epilepsy (LRE) subjects were evaluated. Over 110 activation maps were generated, and their respective LIs were computed yielding the following groups: (a) strong right lateralization: (HC=0%, LRE=18%), (b) right lateralization: (HC=2%, LRE=10%), (c) bilateral: (HC=20%, LRE=15%), (d) left lateralization: (HC=42%, LRE=26%), e) strong left lateralization: (HC=36%, LRE=31%). Moreover, nonlinear-multidimensional decision functions were used to seek an optimal separation between typical and atypical brain activations on the basis of the demographics as well as the extent and intensity of these brain activations. The intent was not to seek the highest output measures given the inherent overlap of the data, but rather to assess which of the many dimensions were critical in the overall assessment of typical and atypical language activations with the freedom to select any number of dimensions and impose any degree of complexity in the nonlinearity of the decision space.

Database As A Tool For Hospitality Management

In his discussion - Database As A Tool For Hospitality Management - William O'Brien, Assistant Professor, School of Hospitality Management at Florida International University, O’Brien offers at the outset, “Database systems offer sweeping possibilities for better management of information in the hospitality industry. The author discusses what such systems are capable of accomplishing.” The author opens with a bit of background on database system development, which also lends an impression as to the complexion of the rest of the article; uh, it’s a shade technical. “In early 1981, Ashton-Tate introduced dBase 11. It was the first microcomputer database management processor to offer relational capabilities and a user-friendly query system combined with a fast, convenient report writer,” O’Brien informs. “When 16-bit microcomputers such as the IBM PC series were introduced late the following year, more powerful database products followed: dBase 111, Friday!, and Framework. The effect on the entire business community, and the hospitality industry in particular, has been remarkable”, he further offers with his informed outlook. Professor O’Brien offers a few anecdotal situations to illustrate how much a comprehensive data-base system means to a hospitality operation, especially when billing is involved. Although attitudes about computer systems, as well as the systems themselves have changed since this article was written, there is pertinent, fundamental information to be gleaned. In regards to the digression of the personal touch when a customer is engaged with a computer system, O’Brien says, “A modern data processing system should not force an employee to treat valued customers as numbers…” He also cautions, “Any computer system that decreases the availability of the personal touch is simply unacceptable.” In a system’s ability to process information, O’Brien suggests that in the past businesses were so enamored with just having an automated system that they failed to take full advantage of its capabilities. O’Brien says that a lot of savings, in time and money, went un-noticed and/or under-appreciated. Today, everyone has an integrated system, and the wise business manager is the business manager who takes full advantage of all his resources. O’Brien invokes the 80/20 rule, and offers, “…the last 20 percent of results costs 80 percent of the effort. But times have changed. Everyone is automating data management, so that last 20 percent that could be ignored a short time ago represents a significant competitive differential.” The evolution of data systems takes center stage for much of the article; pitfalls also emerge.

XML storage and retrieval using the semantic binary object -oriented database system (SEM-ODB)

Over the past five years, XML has been embraced by both the research and industrial community due to its promising prospects as a new data representation and exchange format on the Internet. The widespread popularity of XML creates an increasing need to store XML data in persistent storage systems and to enable sophisticated XML queries over the data. The currently available approaches to addressing the XML storage and retrieval issue have the limitations of either being not mature enough (e.g. native approaches) or causing inflexibility, a lot of fragmentation and excessive join operations (e.g. non-native approaches such as the relational database approach). ^ In this dissertation, I studied the issue of storing and retrieving XML data using the Semantic Binary Object-Oriented Database System (Sem-ODB) to leverage the advanced Sem-ODB technology with the emerging XML data model. First, a meta-schema based approach was implemented to address the data model mismatch issue that is inherent in the non-native approaches. The meta-schema based approach captures the meta-data of both Document Type Definitions (DTDs) and Sem-ODB Semantic Schemas, thus enables a dynamic and flexible mapping scheme. Second, a formal framework was presented to ensure precise and concise mappings. In this framework, both schemas and the conversions between them are formally defined and described. Third, after major features of an XML query language, XQuery, were analyzed, a high-level XQuery to Semantic SQL (Sem-SQL) query translation scheme was described. This translation scheme takes advantage of the navigation-oriented query paradigm of the Sem-SQL, thus avoids the excessive join problem of relational approaches. Finally, the modeling capability of the Semantic Binary Object-Oriented Data Model (Sem-ODM) was explored from the perspective of conceptually modeling an XML Schema using a Semantic Schema. ^ It was revealed that the advanced features of the Sem-ODB, such as multi-valued attributes, surrogates, the navigation-oriented query paradigm, among others, are indeed beneficial in coping with the XML storage and retrieval issue using a non-XML approach. Furthermore, extensions to the Sem-ODB to make it work more effectively with XML data were also proposed. ^

Integration and querying of heterogeneous, autonomous, distributed database systems

Today, databases have become an integral part of information systems. In the past two decades, we have seen different database systems being developed independently and used in different applications domains. Today's interconnected networks and advanced applications, such as data warehousing, data mining & knowledge discovery and intelligent data access to information on the Web, have created a need for integrated access to such heterogeneous, autonomous, distributed database systems. Heterogeneous/multidatabase research has focused on this issue resulting in many different approaches. However, a single, generally accepted methodology in academia or industry has not emerged providing ubiquitous intelligent data access from heterogeneous, autonomous, distributed information sources. This thesis describes a heterogeneous database system being developed at Highperformance Database Research Center (HPDRC). A major impediment to ubiquitous deployment of multidatabase technology is the difficulty in resolving semantic heterogeneity. That is, identifying related information sources for integration and querying purposes. Our approach considers the semantics of the meta-data constructs in resolving this issue. The major contributions of the thesis work include: (i.) providing a scalable, easy-to-implement architecture for developing a heterogeneous multidatabase system, utilizing Semantic Binary Object-oriented Data Model (Sem-ODM) and Semantic SQL query language to capture the semantics of the data sources being integrated and to provide an easy-to-use query facility; (ii.) a methodology for semantic heterogeneity resolution by investigating into the extents of the meta-data constructs of component schemas. This methodology is shown to be correct, complete and unambiguous; (iii.) a semi-automated technique for identifying semantic relations, which is the basis of semantic knowledge for integration and querying, using shared ontologies for context-mediation; (iv.) resolutions for schematic conflicts and a language for defining global views from a set of component Sem-ODM schemas; (v.) design of a knowledge base for storing and manipulating meta-data and knowledge acquired during the integration process. This knowledge base acts as the interface between integration and query processing modules; (vi.) techniques for Semantic SQL query processing and optimization based on semantic knowledge in a heterogeneous database environment; and (vii.) a framework for intelligent computing and communication on the Internet applying the concepts of our work.

Design and Development of Geographical Information System (GIS) Map for Nuclear Waste Streams

A nuclear waste stream is the complete flow of waste material from origin to treatment facility to final disposal. The objective of this study was to design and develop a Geographic Information Systems (GIS) module using Google Application Programming Interface (API) for better visualization of nuclear waste streams that will identify and display various nuclear waste stream parameters. A proper display of parameters would enable managers at Department of Energy waste sites to visualize information for proper planning of waste transport. The study also developed an algorithm using quadratic Bézier curve to make the map more understandable and usable. Microsoft Visual Studio 2012 and Microsoft SQL Server 2012 were used for the implementation of the project. The study has shown that the combination of several technologies can successfully provide dynamic mapping functionality. Future work should explore various Google Maps API functionalities to further enhance the visualization of nuclear waste streams.

SLA-Based Guidelines for Database Transitioning

Component-based Software Engineering (CBSE) and Service-Oriented Architecture (SOA) became popular ways to develop software over the last years. During the life-cycle of a software system, several components and services can be developed, evolved and replaced. In production environments, the replacement of core components, such as databases, is often a risky and delicate operation, where several factors and stakeholders should be considered. Service Level Agreement (SLA), according to ITILv3’s official glossary, is “an agreement between an IT service provider and a customer. The agreement consists on a set of measurable constraints that a service provider must guarantee to its customers.”. In practical terms, SLA is a document that a service provider delivers to its consumers with minimum quality of service (QoS) metrics.This work is intended to assesses and improve the use of SLAs to guide the transitioning process of databases on production environments. In particular, in this work we propose SLA-Based Guidelines/Process to support migrations from a relational database management system (RDBMS) to a NoSQL one. Our study is validated by case studies.

Definizione e validazione di uno strumento per la misurazione dell'impatto delle variabili redazionali di un item matematico sulla performance degli studenti

Questa tesi descrive la ricerca condotta tra l'autunno e l'inverno di quest'anno da un gruppo di ricercatori in didattica della matematica relativamente all'influenza che le variazioni redazionali di un quesito matematico hanno sulle performance degli studenti. Lo scopo della ricerca è quella di strutturare e validare una metodologia e uno strumento che permettano di individuare e quantificare l'influenza delle variazioni del testo sulle prestazioni dello studente. Si è sentita l'esigenza di condurre uno studio di questo tipo poichè è sempre più evidente il profondo legame tra il linguaggio e l'apprendimento della matematica. La messa a punto di questo strumento aprirebbe le porte a una serie di ricerche più approfondite sulle varie tipologie di variazioni numeriche e/o linguistiche finora individuate. Nel primo capitolo è presentato il quadro teorico di riferimento relativo agli studi condotti fino ad ora nell'ambito della didattica della matematica, dai quali emerge la grossa influenza che la componente linguistica ha sulla comprensione e la trasmissione della matematica. Si farà quindi riferimento alle ricerche passate volte all'individuazione e alla schematizzazione delle variazioni redazionali dei Word Problems. Nel secondo capitolo, invece si passerà alla descrizione teorica relativa allo strumento statistico utilizzato. Si tratta del modello di Rasch appartenente alla famiglia dei modelli statistici dell'Item Response Theory, particolarmente utilizzato nella ricerca in didattica. Il terzo capitolo sarà dedicato alla descrizione dettagliata della sperimentazione svolta. Il quarto capitolo sarà il cuore di questa tesi; in esso infatti verrà descritta e validata la nuova metodologia utilizzata. Nel quinto sarà eseguita un analisi puntuale di come lo strumento ha messo in evidenza le differenze per ogni item variato. Infine verranno tratte le conclusioni complessive dello studio condotto.

Interrogazione visuale per basi di dati a grafo: il sistema GraphVista

Oggi l’esigenza di permettere all’utente di riuscire a formulare interrogazioni su database a grafo in maniera più semplice e soprattutto intuitiva ha portato gli istituti di ricerca a proporre metodi di interrogazione visuale. Uno dei sistemi che sono stati proposti è GraphVista. Tale sistema si basa sull’idea di dividere l’interrogazione in due macro-fasi. La prima fase permette di avvicinarsi al risultato richiesto escludendo da successive analisi dati che sicuramente non potranno far parte del risultato finale, mentre la seconda fase permette all’utente di essere protagonista. Infatti ad esso è concessa la possibilità di manipolare a proprio piacimento i risultati ottenuti dalla prima fase al fine di “ricercare” da sé le informazioni desiderate. Il tutto viene supportato grazie a un’interfaccia intuitiva ed efficace che permette all’utente di navigare interattivamente all’interno di una base di dati a grafo. Le caratteristiche dell’interfaccia e la possibilità di formulare interrogazioni visuali fanno in modo che l’utente non necessiti di conoscere alla perfezione un linguaggio di query specifico. Nel corso di questa tesi viene descritto il sistema GraphVista e la tecnologia sulla quale si fonda. Infine, viene effettuata una comparazione sull’efficacia e la semplicità d’uso del sistema GraphVista rispetto alla formulazione di query tramite un linguaggio standard come SPARQL.

Analisi dinamica e a regime del convertitore Dickson-Charge-Pump

I circuti di tipo charge-pump trovano vasto impiego nell'elettronica moderna in quanto offrono un metodo semplice e totalmente integrato per elevare le basse tensioni di alimentazione tipiche dei circuiti digitali e trasformarle nelle alimentazioni adatte al pilotaggio di circuti di programmazione delle memorie, al pilotaggio dei mos di potenza, alla generazione della tensione di riferimento dei VCO nei PLL e in numerose altre applicazioni. Questa tesi studia il circuito charge-pump di Dickson nel suo comportamento sia a regime stazionario sia a regime dinamico. Al fine di aumentare l'efficienza è infatti importante attivare il circuito solo all'occorrenza, prestando attenzione al transitorio di accensione. Ogni aspetto teorico viene verificato per mezzo di simulazioni su LTSpice. Si è quindi potuto constatare che un dimensionamento corretto del numero di stadi ottimizza le prestazioni sia statiche che dinamiche sotto il vincolo di una massima occupazione d'area. L'impiego dei circuiti charge-pump si prevede possa essere sempre più diffuso in futuro, visto il trend verso un maggiore livello di integrazione dei sistemi elettronici e la tendenza ad utilizzare tensioni di alimentazione sempre più basse.

Soluzioni di dettaglio negli interventi dei consumi energetici.Caso della palazzina situata in via Maria Zanotti nel comune di Imola

In questo elaborato viene analizzata l’importanza di isolare termicamente in modo corretto le nostre abitazioni, per poterne trarre un vantaggio sia salutare che economico. E’ stata presa in esame la palazzina di Via Maria Zanotti situata nel comune di Imola (Bo). Si sono dapprima valutate le prestazioni energetiche dell’edificio, andando a calcolare la trasmittanza delle pareti e dei solai dell'edificio, che sono risultate inferiori rispetto a quelle prescritte oggi giorno nel Bollettino Ufficiale della Regione Emilia Romagna (BURERT) n.184 parte seconda. Affinché i valori della trasmittanza risultassero coerenti con quanto imposto dalla normativa si è avanzata l'ipotesi di andare ad inserire il sistema a cappotto. Si sono quindi analizzati diversi materiali isolanti fino a giungere alla scelta di quello più idoneo per la seguente struttura. Una volta scelto il materiale isolante è stata calcolata la trasmittanza delle pareti complessive dell'isolamento a cappotto, le quali sono risultate verificate nei confronti della normativa vigente. Si sono poi studiate le fasi necessarie per il montaggio del sistema a cappotto ed infine si è posta particolare attenzione ai dettagli costruttivi, evidenziando tutti i punti critici dell'edificio e le soluzioni di dettaglio necessarie per eliminare i ponti termici.

Caratterizzazione sperimentale di sistemi di localizzazione a banda ultra-larga

Il processo di localizzazione risponde all'esigenza dell'uomo di avere una percezione sempre più dettagliata e precisa del contesto in cui si trova, con l'intento di migliorare e semplificare l'interazione con oggetti e cose ivi presenti. L'idea attuale è quella di progettare sistemi di posizionamento con particolare riguardo agli ambienti indoor, caratterizzati da proprietà e densità di elementi che limitano fortemente le prestazioni dei consolidati sistemi di tracking, particolarmente efficienti in spazi aperti. Consapevole di questa necessità, il seguente elaborato analizza le prestazioni di un sistema di localizzazione sviluppato dall'Università di Bologna funzionante in tecnologia Ultra-Wide Bandwidth (UWB) e installato nei laboratori DEI dell'Alma Mater Studiorum con sede a Cesena. L'obiettivo è quello di caratterizzare l'accuratezza di localizzazione del sistema, suggerendo nuovi approcci operativi e de�finendo il ruolo dei principali parametri che giocano nel meccanismo di stima della posizione, sia in riferimento a scenari marcatamente statici sia in contesti in cui si ha una interazione dinamica degli oggetti con lo spazio circostante. Una caratteristica della tecnologia UWB è, infatti, quella di limitare l'errore di posizionamento nel caso di localizzazione indoor, grazie alle caratteristiche fisiche ed elettriche dei segnali, aprendo nuovi scenari applicativi favorevoli in termini economici, energetici e di minore complessità dei dispositivi impiegati.

Studio di stati fotoeccitati in nanoparticelle di V-TiO2 mediante scattering inelastico risonante di raggi X

La TiO2 è uno dei materiali più studiati degli ultimi decenni. I motivi sono da ricercarsi nelle sue numerose applicazioni, possibili in molti campi come dispositivi fotovoltaici, depurazione da agenti inquinanti o filtraggio di raggi UV. Per le celle elettrochimiche in particolare, il biossido di titanio offre molti vantaggi, ma non è privo di ostacoli. Il limite principale è lo scarso assorbimento dello spettro visibile, dovuto all’energy gap elevato (circa 3.2 eV). La ricerca da diversi anni si concentra sul tentativo di aumentare l’assorbimento di luce solare: promettenti sono i risultati raggiunti grazie alla forma nanoparticellare della TiO2, che presenta proprietà diverse dal materiale bulk. Una delle strategie più studiate riguarda il drogaggio tramite impurità, che dovrebbero aumentare le prestazioni di assorbimento del materiale. Gli elementi ritenuti migliori a questo scopo sono il vanadio e l’azoto, che possono essere usati sia singolarmente che in co-doping. In questo lavoro abbiamo realizzato la crescita di nanoparticelle di V-TiO2, tramite Inert Gas Condensation. La morfologia e la struttura atomica sono state analizzate attraverso microscopia a trasmissione, analizzandone la mappe tramite image processing. Successivamente abbiamo studiato le proprietà di assorbimento ottico dei campioni, nello spettro visibile e nel vicino ultravioletto, attraverso il metodo della riflettanza diffusa, determinando poi il bandgap tramite Tauc Plot. L’esperimento centrale di questo lavoro di tesi è stato condotto sulla beamline ID26 dell’European Synchrotron Radiation Facility, a Grenoble. Lì, abbiamo effettuato misure XANES, allo scopo di studiare gli stati fotoeccitati del materiale. L’eccitazione avveniva mediante laser con lunghezza d’onda di 532 nm. Tramite gli spettri, abbiamo analizzato la struttura locale e lo stato di ossidazione del vanadio. Le variazioni indotta dal laser hanno permesso di capire il trasferimento di carica e determinare la vita media.

La "casa degli Inquilini" a Sala Bolognese: analisi dello stato di fatto e ipotesi di intervento

Nel presente elaborato si è descritto, dal punto di vista delle modalità realizzative e dei materiali costruttivi, la "casa degli inquilini", edificio di Sala Bolognese oggetto di forti danneggiamenti in seguito all'azione sismica del febbraio 2012. Sono state descritte e analizzate le molteplici lesioni riportate dalla struttura cercando di ipotizzane le cause e si sono proposti alcuni interventi di ripristino e consolidamento da attuare per migliorare le prestazioni della costruzione e favorire una rigidezza e stabilità adeguate.

Ottimizzazione di mix design di geopolimeri a base di metacaolino e studio dei relativi processi di formatura

Il seguente lavoro di tesi si pone come obiettivo di ottimizzare il mix design di materiali geopolimerici a base di metacaolino in modo da ottimizzare il procedimento di formatura tramite pressatura tipico delle piastrelle ceramiche. La parte iniziale del lavoro sperimentale è stata incentrata sullo studio dell’ottimizzazione delle formulazioni per ottenere impasti geopolimerici a base di metacaolino idonei per la pressatura e il colaggio; sono stati quindi preparate diverse formulazioni ottenute variando diversi parametri di processo, quali il contenuto totale di acqua dell’impasto e la concentrazione di quarzo utilizzato come filler inerte. Su tali mix è stato individuato il processo di formatura più idoneo dal punto di vista di temperatura di consolidamento, modalità e tempi di cottura ed è stato messo a punto il procedimento ottimale per la preparazione dei materiali, procedimento che è stato poi mantenuto per l’intero decorso dello studio. Nella produzione degli impasti si è deciso di eliminare sistematicamente quelle formulazioni che avevano prodotto materiali con peggiori prestazioni fisiche, come alcune formulazioni testate per il colaggio. Successivamente, dopo avere preparato i campioni, su di essi sono state eseguite le prove di assorbimento d’acqua e porosimetria ad intrusione di mercurio, per valutare le caratteristiche fisiche dei vari impasti prodotti, osservazioni al microscopio ottico e al microscopio a scansione elettronica, per analizzare i campioni selezionati dal punto di vista microstrutturale e morfologico e prove al microscopio riscaldante, per studiarne il comportamento alle alte temperature. I risultati ottenuti sono stati messi a confronto con quelli dei materiali ceramici tradizionali, per avere indicazioni sulla potenzialità dei prodotti a base geopolimerica come alternativa alla produzione di piastrelle ceramiche.