LQG control policy design against agent identity privacy problem

This thesis project studies the agent identity privacy problem in the scalar linear quadratic Gaussian (LQG) control system. For the agent identity privacy problem in the LQG control, privacy models and privacy measures have to be established first. It depends on a trajectory of correlated data rather than a single observation. I propose here privacy models and the corresponding privacy measures by taking into account the two characteristics. The agent identity is a binary hypothesis: Agent A or Agent B. An eavesdropper is assumed to make a hypothesis testing on the agent identity based on the intercepted environment state sequence. The privacy risk is measured by the Kullback-Leibler divergence between the probability distributions of state sequences under two hypotheses. By taking into account both the accumulative control reward and privacy risk, an optimization problem of the policy of Agent B is formulated. The optimal deterministic privacy-preserving LQG policy of Agent B is a linear mapping. A sufficient condition is given to guarantee that the optimal deterministic privacy-preserving policy is time-invariant in the asymptotic regime. An independent Gaussian random variable cannot improve the performance of Agent B. The numerical experiments justify the theoretic results and illustrate the reward-privacy trade-off. Based on the privacy model and the LQG control model, I have formulated the mathematical problems for the agent identity privacy problem in LQG. The formulated problems address the two design objectives: to maximize the control reward and to minimize the privacy risk. I have conducted theoretic analysis on the LQG control policy in the agent identity privacy problem and the trade-off between the control reward and the privacy risk.Finally, the theoretic results are justified by numerical experiments. From the numerical results, I expected to have some interesting observations and insights, which are explained in the last chapter.

Massive MIMO-based system analysis and comparison with MIMO based-systems

The thesis is focused on introducing basic MIMO-based and Massive MIMO-based systems and their possible benefits. Then going through the implementation options that we have, according to 3GPP standards, for 5G systems and how the transition is done from a non-standalone 5G RAN to a completely standalone 5G RAN. Having introduced the above-mentioned subjects and providing some definition of telecommunications principles, we move forward to a more technical analysis of the Capacity, Throughput, Power consumption, and Costs. Comparing all the mentioned parameters between a Massive-MIMO-based system and a MIMO-based system. In the analysis of power consumption and costs, we also introduce the concept of virtualization and its benefits in terms of both power and costs. Finally, we try to justify a trade-off between having a more reliable system with a high capacity and throughput while keeping the costs as low as possible.

Rollup Ottimistici e di Validità: Confronto e Analisi tra Optimism e StarkNet

La tesi affronta il problema della scalabilità nelle blockchain decentralizzate nel contesto del trade-off tra portata delle transazioni e requisiti hardware per partecipare alla rete. Vengono presentati i Rollup, ovvero tecnologie per verificare on-chain blocchi eseguiti off-chain minimizzando le assunzioni di fiducia. Viene discussa la variante dei Rollup Ottimistici, in particolare di Optimism e l'utilizzo di prove d'invalidità tramite ricerca binaria interattiva e dei Rollup di Validità, in particolare di StarkNet e l'utilizzo di prove di validità tramite prove di integrità computazionale STARK. Infine si confrontano le due soluzioni sul tempo di prelievo, sul costo delle transazioni e tecniche per minimizzarlo, sulla possibilità di applicare la tecnologia ricorsivamente, sulla compatibilità con Ethereum e sulle licenze utilizzate.

Methodologies for attitude determination from MEMS sensors in vehicles

The focus of the thesis is the application of different attitude’s determination algorithms on data evaluated with MEMS sensor using a board provided by University of Bologna. MEMS sensors are a very cheap options to obtain acceleration, and angular velocity. The use of magnetometers based on Hall effect can provide further data. The disadvantage is that they have a lot of noise and drift which can affects the results. The different algorithms that have been used are: pitch and roll from accelerometer, yaw from magnetometer, attitude from gyroscope, TRIAD, QUEST, Magdwick, Mahony, Extended Kalman filter, Kalman GPS aided INS. In this work the algorithms have been rewritten to fit perfectly with the data provided from the MEMS sensor. The data collected by the board are acceleration on the three axis, angular velocity on the three axis, magnetic fields on the three axis, and latitude, longitude, and altitude from the GPS. Several tests and comparisons have been carried out installing the electric board on different vehicles operating in the air and on ground. The conclusion that can be drawn from this study is that the Magdwich filter is the best trade-off between computational capabilities required and results obtained. If attitude angles are obtained from accelerometers, gyroscopes, and magnetometer, inconsistent data are obtained for cases where high vibrations levels are noticed. On the other hand, Kalman filter based algorithms requires a high computational burden. TRIAD and QUEST algorithms doesn’t perform as well as filters.

Pianificazione della produzione e gestione strategica dei fornitori nel settore della moda: il caso Fabiana Filippi s.p.a.

Il presente elaborato è volto all’analisi di come viene pianificata la produzione in Fabiana Filippi spa e nello specifico al monitoraggio delle prestazioni dei fornitori di materie prime. L’attività di pianificazione della produzione viene infatti strutturata a partire dalle consegne che i fornitori confermano di riuscire a garantire; risulterebbe dunque inutile strutturare e pianificare una produzione se a monte non vengono monitorati i fornitori che ne permettono l’avvio. Proprio per questa ragione è stato introdotto uno strumento di monitoraggio dei fornitori che permetta di analizzarli completamente a 360°, sulla base di quattro parametri di riferimento: affidabilità di consegna, puntualità, qualità di consegna e rispetto delle quantità richieste. A ciascun fornitore è stata poi associata una classe (A, B, C) con lo scopo di individuare dei target minimi prestazionali che i fornitori appartenenti a ciascuna di esse devono raggiungere.Tali target minimi sono stati poi definiti a partire da un trade-off tra gli obiettivi prestazionali richiesti dall’azienda e i valori di prestazione medi ottenuti dai fornitori relativi ad una stessa classe. A partire dai valori prestazionali ottenuti di partenza (AS-IS), si è deciso di analizzare nello specifico la situazione di quattro differenti fornitori ai quali, sono state dapprima individuate le cause che determinavano un basso livello prestazionale e a partire da queste, trovate e poi applicate delle soluzioni migliorative al fine di elevare il livello prestazionale iniziale (TO-BE). I risultati ottenuti hanno permesso di dimostrare quanto sia migliorativo avere un sistema di monitoraggio continuo del livello di prestazione di fornitura che permetta dunque, qualora si registrino dei valori non soddisfacenti, di individuare delle soluzioni al fine di agevolare la fornitura e di conseguenza evitare ritardi di produzione.

Applicazione di un modello bi-obiettivo per la progettazione sostenibile di sistemi produttivi riconfigurabili

Negli ultimi anni la competitività nei mercati è notevolmente cresciuta, la complessità dei prodotti industriali è considerevolmente aumentata e quest’ultimi devono ora essere accuratamente ottimizzati sotto ogni aspetto. I prodotti, oltre ad avere dei cicli di vita più brevi, sono soggetti a un’alta personalizzazione e a una domanda variabile. Per rimanere competitive, le aziende manifatturiere devono possedere nuovi tipi di sistemi di produzione che siano convenienti e molto reattivi a tutti questi cambiamenti del mercato, quali i Sistemi di produzione riconfigurabili (Reconfigurable Manufacturing System - RMS). La particolarità di tali sistemi risiede nella capacità di cambiare rapidamente le loro strutture hardware e software, aspetto che li renda idonei a soddisfare la produzione moderna. Oltre agli aspetti produttivi, l’attenzione odierna è incentrata anche sulle tematiche ambientali legate al risparmio energetico durante i processi produttivi, alla riduzione delle quantità di CO2 emesse e alla sostenibilità ambientale. L’obiettivo di questa tesi è quello di proporre un modello di ottimizzazione multi-obiettivo che tenga conto sia della minimizzazione del tempo complessivo necessario alla movimentazione dei prodotti e alla riconfigurazione delle macchine, e sia della minimizzazione del consumo energetico. Tale modello è stato applicato ad un caso studio realistico che ha permesso di individuare un trade-off tecnico-ambientale individuando la frontiera di Pareto con punto di ottimo (134.6 min; 9346.3 kWh) che si discosta del 57% dal valore trovato ottimizzando la funzione tempo, e dello 0.76% dal valore ottenuto ottimizzando la funzione energia.

Studio della permeabilità di CO2 e N2 in membrane composite di Aquivion e PVAm

Per mitigare il notevole aumento di emissioni di gas serra, molti studi si stanno focalizzando sulle membrane a trasporto facilitato per la separazione e la cattura di CO2. In particolare, le tecnologie di Carbon Capture and Storage (CCS) hanno ridestato interesse basandosi principalmente sulla cattura dell’anidride carbonica. L’obiettivo di questo studio è stato di migliorare le prestazioni di selettività nell’Aquivion, membrana ionomerica dell’acido perfluorosolfonico. Gli ottimi valori di permeabilità che raggiunge hanno portato quindi a focalizzare le ricerche sul miglioramento della capacità selettiva tra CO2 e N2. Infatti, la permeabilità e la selettività sono considerati parametri di trade-off, all’aumento di uno corrisponde la diminuzione dell’altro. Inoltre, le buone prestazioni delle membrane a trasporto facilitato in presenza di gruppi amminici hanno portato al tentativo di associare ad un materiale come l’Aquivion, dalla buona conduttività protonica, la Polivinilammina. Le ammine in membrane a trasporto facilitato sono infatti in grado di legare selettivamente l’anidride carbonica. Il presente lavoro si è inizialmente focalizzato sulla purificazione della Polivinilammina e sull’accoppiamento delle due membrane. In seguito alla realizzazione, i film sono stati caratterizzati mediante spettroscopia FTIR-ATR e infine testati in condizioni di umidità con l’utilizzo di un permeometro. È infatti ampiamente studiato come migliorare la permeabilità dell’Aquivion all’aumentare dell’umidità. In conclusione, in condizioni di alta adesione della Polivinilammina all’Aquivion la selettività ad alte umidità è aumentata rispetto ai valori di letteratura in articoli condizioni.

Comparison of different solutions for the hybridization of a motorcycle engine for Formula Student applications and evaluation of the effectiveness on the simulated lap time

Following the latest environmental concerns, the importance of minimising the detrimental effect of emissions of terrestrial vehicles has become a major goal for the whole automotive field. The key to achieve an emission-free long term future is the electrification of vehicle fleets; this huge step cannot be taken without intermediate technologies. In this context, hybrid vehicles are fundamental to reach this goal. Specifically, mild hybrid vehicles represent a trade-off between cost and emissions that could act now as a bridge towards electrification. Like the industry, also student engineering competitions are likely to take the same route: Combustion vehicles may well turn into hybrid vehicles. For this reason, a preliminary design overview is necessary to pinpoint the key performance indicators for the prototypes of the future.

La gestione scorte a magazzino: il progetto 'ROP' in Ravaglioli S.p.A.

L’elaborato di tesi presentato è stato svolto con l’obiettivo di identificare una metodologia chiara ed efficacie per consentire alle aziende di classificare correttamente i codici presenti a magazzino e assegnarvi la politica di approvvigionamento più idonea. Il focus del lavoro si è incentrato sulla realizzazione di un trade off tra l’obiettivo delle aziende di evitare lo stock out di merce, e quello di riuscire a contenere le giacenze medie dei codici a magazzino e delle corrispettive scorte di sicurezza, che rappresentano sempre un insieme di costi ingenti. Partendo quindi da una analisi dettagliata delle politiche di approvvigionamento dettate dalla letteratura, ci si sofferma sul metodo a punto di riordino, individuato come il più idoneo a perseguire questa mission. Segue quindi una descrizione dei passi da seguire per riuscire a determinare il perimetro di azione più compatibile con le caratteristiche del modello, fino a giungere alla reale simulazione di calcolo e successiva implementazione dei nuovi dati a sistema. Il tutto viene svolto facendo riferimento ai dati appartenenti all’azienda Ravaglioli S.p.A. di Sasso Marconi (BO), che ha permesso di svolgere ed implementare tutti gli steps e le analisi elencate nell’elaborato di tesi e sta attualmente lavorando utilizzando gli output del lavoro presentato. La tesi si conclude con la valutazione degli effettivi benefici derivanti dal progetto e una proposta di possibile sviluppo futuro dell’elaborato.

Continual learning on nano drones

Miniaturized flying robotic platforms, called nano-drones, have the potential to revolutionize the autonomous robots industry sector thanks to their very small form factor. The nano-drones’ limited payload only allows for a sub-100mW microcontroller unit for the on-board computations. Therefore, traditional computer vision and control algorithms are too computationally expensive to be executed on board these palm-sized robots, and we are forced to rely on artificial intelligence to trade off accuracy in favor of lightweight pipelines for autonomous tasks. However, relying on deep learning exposes us to the problem of generalization since the deployment scenario of a convolutional neural network (CNN) is often composed by different visual cues and different features from those learned during training, leading to poor inference performances. Our objective is to develop and deploy and adaptation algorithm, based on the concept of latent replays, that would allow us to fine-tune a CNN to work in new and diverse deployment scenarios. To do so we start from an existing model for visual human pose estimation, called PULPFrontnet, which is used to identify the pose of a human subject in space through its 4 output variables, and we present the design of our novel adaptation algorithm, which features automatic data gathering and labeling and on-device deployment. We therefore showcase the ability of our algorithm to adapt PULP-Frontnet to new deployment scenarios, improving the R2 scores of the four network outputs, with respect to an unknown environment, from approximately [−0.2, 0.4, 0.0,−0.7] to [0.25, 0.45, 0.2, 0.1]. Finally we demonstrate how it is possible to fine-tune our neural network in real time (i.e., under 76 seconds), using the target parallel ultra-low power GAP 8 System-on-Chip on board the nano-drone, and we show how all adaptation operations can take place using less than 2mWh of energy, a small fraction of the available battery power.

The skill bias of world trade

Under plausible assumptions about preferences and technology, the model in this papersuggests that the entire volume of world trade matters for wage inequality. Therefore,trade integration, even among identical countries, is likely to increase the skill premium.Further, we argue that empirical evidence of a falling relative price of skill-intensive goods can be reconciled with the fast growth of world trade and that the intersectoral mobility of capital exacerbates the effect of trade on inequality. We provide new empirical evidence in support of our results and a quantitative assessment of the skill bias of world trade.

Radiographic total disc replacement angle measurement accuracy using the Oxford Cobbometer: precision and bias.

Total disc replacement (TDR) clinical success has been reported to be related to the residual motion of the operated level. Thus, accurate measurement of TDR range of motion (ROM) is of utmost importance. One commonly used tool in measuring ROM is the Oxford Cobbometer. Little is known however on its accuracy (precision and bias) in measuring TDR angles. The aim of this study was to assess the ability of the Cobbometer to accurately measure radiographic TDR angles. An anatomically accurate synthetic L4-L5 motion segment was instrumented with a CHARITE artificial disc. The TDR angle and anatomical position between L4 and L5 was fixed to prohibit motion while the motion segment was radiographically imaged in various degrees of rotation and elevation, representing a sample of possible patient placement positions. An experienced observer made ten readings of the TDR angle using the Cobbometer at each different position. The Cobbometer readings were analyzed to determine measurement accuracy at each position. Furthermore, analysis of variance was used to study rotation and elevation of the motion segment as treatment factors. Cobbometer TDR angle measurements were most accurate (highest precision and lowest bias) at the centered position (95.5%), which placed the TDR directly inline with the x-ray beam source without any rotation. In contrast, the lowest accuracy (75.2%) was observed in the most rotated and off-centered view. A difference as high as 4 degrees between readings at any individual position, and as high as 6 degrees between all the positions was observed. Furthermore, the Cobbometer was unable to detect the expected trend in TDR angle projection with changing position. Although the Cobbometer has been reported to be reliable in different clinical applications, it lacks the needed accuracy to measure TDR angles and ROM. More accurate ROM measurement methods need to be developed to help surgeons and researchers assess radiological success of TDRs.

Alocação dinâmica ótima com momentos de ordem superior para a estratégia de carry trade

O objetivo do presente trabalho é verificar se, ao levar-se em consideração momentos de ordem superior (assimetria e curtose) na alocação de uma carteira de carry trade, há ganhos em relação à alocação tradicional que prioriza somente os dois primeiros momentos (média e variância). A hipótese da pesquisa é que moedas de carry trade apresentam retornos com distribuição não-Normal, e os momentos de ordem superior desta têm uma dinâmica, a qual pode ser modelada através de um modelo da família GARCH, neste caso IC-GARCHSK. Este modelo consiste em uma equação para cada momento condicional dos componentes independentes, explicitamente: o retorno, a variância, a assimetria, e a curtose. Outra hipótese é que um investidor com uma função utilidade do tipo CARA (constant absolute risk aversion), pode tê-la aproximada por uma expansão de Taylor de 4ª ordem. A estratégia do trabalho é modelar a dinâmica dos momentos da série dos logartimos neperianos dos retornos diários de algumas moedas de carry trade através do modelo IC-GARCHSK, e estimar a alocação ótima da carteira dinamicamente, de tal forma que se maximize a função utilidade do investidor. Os resultados mostram que há ganhos sim, ao levar-se em consideração os momentos de ordem superior, uma vez que o custo de oportunidade desta foi menor que o de uma carteira construída somente utilizando como critérios média e variância.

Cooperative off-policy prediction of markov decision processes in adaptive networks

We apply diffusion strategies to propose a cooperative reinforcement learning algorithm, in which agents in a network communicate with their neighbors to improve predictions about their environment. The algorithm is suitable to learn off-policy even in large state spaces. We provide a mean-square-error performance analysis under constant step-sizes. The gain of cooperation in the form of more stability and less bias and variance in the prediction error, is illustrated in the context of a classical model. We show that the improvement in performance is especially significant when the behavior policy of the agents is different from the target policy under evaluation.

Extensions of discrete triangular distributions and boundary bias in kernel estimation for discrete functions

Asymmetric discrete triangular distributions are introduced in order to extend the symmetric ones serving for discrete associated kernels in the nonparametric estimation for discrete functions. The extension from one to two orders around the mode provides a large family of discrete distributions having a finite support. Establishing a bridge between Dirac and discrete uniform distributions, some different shapes are also obtained and their properties are investigated. In particular, the mean and variance are pointed out. Applications to discrete kernel estimators are given with a solution to a boundary bias problem. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.