A Didactic Model of Computer Supported Education in Higher Mathematics

Report published in the Proceedings of the National Conference on "Education and Research in the Information Society", Plovdiv, May, 2016

Improving resource management in virtualized data centers using application performance models

The rapid growth of virtualized data centers and cloud hosting services is making the management of physical resources such as CPU, memory, and I/O bandwidth in data center servers increasingly important. Server management now involves dealing with multiple dissimilar applications with varying Service-Level-Agreements (SLAs) and multiple resource dimensions. The multiplicity and diversity of resources and applications are rendering administrative tasks more complex and challenging. This thesis aimed to develop a framework and techniques that would help substantially reduce data center management complexity.^ We specifically addressed two crucial data center operations. First, we precisely estimated capacity requirements of client virtual machines (VMs) while renting server space in cloud environment. Second, we proposed a systematic process to efficiently allocate physical resources to hosted VMs in a data center. To realize these dual objectives, accurately capturing the effects of resource allocations on application performance is vital. The benefits of accurate application performance modeling are multifold. Cloud users can size their VMs appropriately and pay only for the resources that they need; service providers can also offer a new charging model based on the VMs performance instead of their configured sizes. As a result, clients will pay exactly for the performance they are actually experiencing; on the other hand, administrators will be able to maximize their total revenue by utilizing application performance models and SLAs. ^ This thesis made the following contributions. First, we identified resource control parameters crucial for distributing physical resources and characterizing contention for virtualized applications in a shared hosting environment. Second, we explored several modeling techniques and confirmed the suitability of two machine learning tools, Artificial Neural Network and Support Vector Machine, to accurately model the performance of virtualized applications. Moreover, we suggested and evaluated modeling optimizations necessary to improve prediction accuracy when using these modeling tools. Third, we presented an approach to optimal VM sizing by employing the performance models we created. Finally, we proposed a revenue-driven resource allocation algorithm which maximizes the SLA-generated revenue for a data center.^

Improving Resource Management in Virtualized Data Centers using Application Performance Models

The rapid growth of virtualized data centers and cloud hosting services is making the management of physical resources such as CPU, memory, and I/O bandwidth in data center servers increasingly important. Server management now involves dealing with multiple dissimilar applications with varying Service-Level-Agreements (SLAs) and multiple resource dimensions. The multiplicity and diversity of resources and applications are rendering administrative tasks more complex and challenging. This thesis aimed to develop a framework and techniques that would help substantially reduce data center management complexity. We specifically addressed two crucial data center operations. First, we precisely estimated capacity requirements of client virtual machines (VMs) while renting server space in cloud environment. Second, we proposed a systematic process to efficiently allocate physical resources to hosted VMs in a data center. To realize these dual objectives, accurately capturing the effects of resource allocations on application performance is vital. The benefits of accurate application performance modeling are multifold. Cloud users can size their VMs appropriately and pay only for the resources that they need; service providers can also offer a new charging model based on the VMs performance instead of their configured sizes. As a result, clients will pay exactly for the performance they are actually experiencing; on the other hand, administrators will be able to maximize their total revenue by utilizing application performance models and SLAs. This thesis made the following contributions. First, we identified resource control parameters crucial for distributing physical resources and characterizing contention for virtualized applications in a shared hosting environment. Second, we explored several modeling techniques and confirmed the suitability of two machine learning tools, Artificial Neural Network and Support Vector Machine, to accurately model the performance of virtualized applications. Moreover, we suggested and evaluated modeling optimizations necessary to improve prediction accuracy when using these modeling tools. Third, we presented an approach to optimal VM sizing by employing the performance models we created. Finally, we proposed a revenue-driven resource allocation algorithm which maximizes the SLA-generated revenue for a data center.

Geospatial Data Indexing Analysis and Visualization via Web Services with Autonomic Resource Management

With the exponential growth of the usage of web-based map services, the web GIS application has become more and more popular. Spatial data index, search, analysis, visualization and the resource management of such services are becoming increasingly important to deliver user-desired Quality of Service. First, spatial indexing is typically time-consuming and is not available to end-users. To address this, we introduce TerraFly sksOpen, an open-sourced an Online Indexing and Querying System for Big Geospatial Data. Integrated with the TerraFly Geospatial database [1-9], sksOpen is an efficient indexing and query engine for processing Top-k Spatial Boolean Queries. Further, we provide ergonomic visualization of query results on interactive maps to facilitate the user’s data analysis. Second, due to the highly complex and dynamic nature of GIS systems, it is quite challenging for the end users to quickly understand and analyze the spatial data, and to efficiently share their own data and analysis results with others. Built on the TerraFly Geo spatial database, TerraFly GeoCloud is an extra layer running upon the TerraFly map and can efficiently support many different visualization functions and spatial data analysis models. Furthermore, users can create unique URLs to visualize and share the analysis results. TerraFly GeoCloud also enables the MapQL technology to customize map visualization using SQL-like statements [10]. Third, map systems often serve dynamic web workloads and involve multiple CPU and I/O intensive tiers, which make it challenging to meet the response time targets of map requests while using the resources efficiently. Virtualization facilitates the deployment of web map services and improves their resource utilization through encapsulation and consolidation. Autonomic resource management allows resources to be automatically provisioned to a map service and its internal tiers on demand. v-TerraFly are techniques to predict the demand of map workloads online and optimize resource allocations, considering both response time and data freshness as the QoS target. The proposed v-TerraFly system is prototyped on TerraFly, a production web map service, and evaluated using real TerraFly workloads. The results show that v-TerraFly can accurately predict the workload demands: 18.91% more accurate; and efficiently allocate resources to meet the QoS target: improves the QoS by 26.19% and saves resource usages by 20.83% compared to traditional peak load-based resource allocation.

Assessment of linear measurements of bone for implant sites in the presence of metallic artefacts using cone beam computed tomography and multislice computed tomography

The objective was to evaluate the influence of dental metallic artefacts on implant sites using multislice and cone-beam computed tomography techniques. Ten dried human mandibles were scanned twice by each technique, with and without dental metallic artefacts. Metallic restorations were placed at the top of the alveolar ridge adjacent to the mental foramen region for the second scanning. Linear measurements (thickness and height) for each cross-section were performed by a single examiner using computer software. All mandibles were analysed at both the right and the left mental foramen regions. For the multislice technique, dental metallic artefact produced an increase of 5% in bone thickness and a reduction of 6% in bone height; no significant differences (p > 0.05) were detected when comparing measurements performed with and without metallic artefacts. With respect to the cone-beam technique, dental metallic artefact produced an increase of 6% in bone thickness and a reduction of 0.68% in bone height. No significant differences (p > 0.05) were observed when comparing measurements performed with and without metallic artefacts. The presence of dental metallic artefacts did not alter the linear measurements obtained with both techniques, although its presence made the location of the alveolar bone crest more difficult.

Matrix-product codes over Fq

Codes C-1,...,C-M of length it over F-q and an M x N matrix A over F-q define a matrix-product code C = [C-1 (...) C-M] (.) A consisting of all matrix products [c(1) (...) c(M)] (.) A. This generalizes the (u/u + v)-, (u + v + w/2u + v/u)-, (a + x/b + x/a + b + x)-, (u + v/u - v)- etc. constructions. We study matrix-product codes using Linear Algebra. This provides a basis for a unified analysis of /C/, d(C), the minimum Hamming distance of C, and C-perpendicular to. It also reveals an interesting connection with MDS codes. We determine /C/ when A is non-singular. To underbound d(C), we need A to be 'non-singular by columns (NSC)'. We investigate NSC matrices. We show that Generalized Reed-Muller codes are iterative NSC matrix-product codes, generalizing the construction of Reed-Muller codes, as are the ternary 'Main Sequence codes'. We obtain a simpler proof of the minimum Hamming distance of such families of codes. If A is square and NSC, C-perpendicular to can be described using C-1(perpendicular to),...,C-M(perpendicular to) and a transformation of A. This yields d(C-perpendicular to). Finally we show that an NSC matrix-product code is a generalized concatenated code.

A web-based platform for biosignal visualization and annotation

With the advent of wearable sensing and mobile technologies, biosignals have seen an increasingly growing number of application areas, leading to the collection of large volumes of data. One of the difficulties in dealing with these data sets, and in the development of automated machine learning systems which use them as input, is the lack of reliable ground truth information. In this paper we present a new web-based platform for visualization, retrieval and annotation of biosignals by non-technical users, aimed at improving the process of ground truth collection for biomedical applications. Moreover, a novel extendable and scalable data representation model and persistency framework is presented. The results of the experimental evaluation with possible users has further confirmed the potential of the presented framework.

Plataforma web de informação automobilística

Esta dissertação enquadra-se no âmbito dos Sistemas de Informação, em concreto, no desenvolvimento de aplicações Web, como é o caso de um website. Com a utilização em larga escala dos meios tecnológicos tem-se verificado um crescimento exponencial dos mesmos, o que se traduz na facilidade com que podem ser encontradas na Internet diversos tipos de plataformas informáticas. Além disso, hoje em dia, uma grande parte das organizações possui o seu próprio sítio na Internet, onde procede à divulgação dos seus serviços e/ou produtos. Pretende-se com esta dissertação explorar estas novas tecnologias, nomeadamente, os diagramas UML - Unified Modeling Language e a concepção de bases de dados, e posteriormente desenvolver um website. Com o desenvolvimento deste website não se propõe a criação de uma nova tecnologia, mas o uso de diversas tecnologias em conjunto com recurso às ferramentas UML. Este encontra-se organizado em três fases principais: análise de requisitos, implementação e desenho das interfaces. Na análise de requisitos efectuou-se o levantamento dos objectivos propostos para o sistema e das necessidades/requisitos necessários à sua implementação, auxiliado essencialmente pelo Diagrama de Use Cases do sistema. Na fase de implementação foram elaborados os arquivos e directórios que formam a arquitectura lógica de acordo com os modelos descritos no Diagrama de Classes e no Diagrama de Entidade-Relação. Os requisitos identificados foram analisados e usados na composição das interfaces e sistema de navegação. Por fim, na fase de desenho das interfaces foram aperfeiçoadas as interfaces desenvolvidas, com base no conceito artístico e criativo do autor. Este aperfeiçoamento vai de encontro ao gosto pessoal e tem como objectivo elaborar uma interface que possa também agradar ao maior número possível de utilizadores. Este pode ser observado na maneira como se encontram distribuídas as ligações (links) entre páginas, nos títulos, nos cabeçalhos, nas cores e animações e no seu design em geral. Para o desenvolvimento do website foram utilizadas diferentes linguagens de programação, nomeadamente a HyperText Markup Language (HTML), a Page Hypertext Preprocessor (PHP) e Javascript. A HTML foi utilizada para a disposição de todo o conteúdo visível das páginas e para definição do layout das mesmas e a PHP para executar pequenos scripts que permitem interagir com as diferentes funcionalidades do site. A linguagem Javascript foi usada para definir o design das páginas e incluir alguns efeitos visuais nas mesmas. Para a construção das páginas que compõem o website foi utilizado o software Macromedia Dreamweaver, o que simplificou a sua implementação pela facilidade com que estas podem ser construídas. Para interacção com o sistema de gestão da base de dados, o MySQL, foi utilizada a aplicação phpMyAdmin, que simplifica o acesso à base de dados, permitindo definir, manipular e consultar os seus dados.

Planeamento de uma estrada utilizando CCS Candy - Caso de estudo

O tema desta dissertação foi escolhido tendo em consideração a crescente necessidade de planeamento de empreitadas de construção de estradas, sendo um dos objetivos desta dissertação o de oferecer uma visão global do processo de planeamento da construção de uma estrada, focado apenas no fator tempo, recorrendo a ferramentas informáticas e utilizando um caso de estudo de uma estrada real e já construída. Inicialmente, faz-se uma breve descrição dos métodos de planeamento mais aplicados em planeamentos de projetos, bem como dos softwares a utilizar neste trabalho. De seguida, descreve-se o caso de estudo, indicando as suas características principais. Partindo-se deste caso real, com base no estudo do Projeto de Execução, determinam-se as atividades, as suas relações e dependências, definem-se equipas e frentes de trabalho e determinam-se os respetivos rendimentos. Após a obtenção dos rendimentos de todas as atividades, elabora-se o planeamento da estrada, focado apenas no fator tempo, recorrendo ao diagrama de Gantt e ao diagrama espaço-tempo, utilizando para isso softwares de referência no mercado, o Microsoft Project e o CCS Candy. Por fim, são apresentadas algumas das principais diferenças entre as duas ferramentas informáticas aplicadas, as conclusões gerais, assim como uma proposta de desenvolvimento futuro.

Odin: a service for gamification of learning activities

Existing gamification services have features that preclude their use by e-learning tools. Odin is a gamification service that mimics the API of state-of-the-art services without these limitations. This paper describes Odin, its role in an e-learning system architecture requiring gamification, and details its implementation. The validation of Odin involved the creation of a small e-learning game, integrated in a Learning Management System (LMS) using the Learning Tools Interoperability (LTI) specification.

Utilization of Quality Tools: does sector and size matter?

This research focuses on the influence of company sector and size on the level of utilization of Basic and Advanced Quality Tools. The paper starts with a literature review and then presents the methodology used for the survey. Based on the responses from 202 managers of Portuguese ISO 9001:2008 Quality Management System certified organizations, statistical tests were performed. Results show, with 95% confidence level, that industry and services have a similar proportion of use of Basic and Advanced Quality Tools. Concerning size, bigger companies show a higher trend to use Advanced Quality Tools than smaller ones. For Basic Quality Tools, there was no statistical significant difference at a 95% confidence level for different company sizes. The three basic Quality tools with higher utilization were Check sheets, Flow charts and Histograms (for Services) or Control Charts/ (for Industry), however 22% of the surveyed organizations reported not using Basic Quality Tools, which highlights a major improvement opportunity for these companies. Additional studies addressing motivations, benefits and barriers for Quality Tools application should be undertaken for further validation and understanding of these results.

Análise da interoperabilidade aplicada ao projeto BIM de Estruturas Metálicas

O BIM – Building Information Modeling – é um conceito de controlo e gestão de informação desenvolvida, entre diferentes especialidades e intervenientes envolventes, durante o ciclo de vida das construções. A utilização das tecnologias BIM, no ramo da Engenharia Mecânica e Civil, tem sido uma aposta constante, e cada vez mais concisa, nos projetos de construção. A justificação para a adoção destas metodologias mais eficientes, em substituição dos processos convencionais, prende-se com o facto desses processos convencionais, ainda hoje, apresentarem muitas dificuldades e problemas associados, por exemplo, à falta de comunicação entre os intervenientes e ao ineficiente controlo na gestão de projetos. O objetivo desta dissertação centra-se na análise da interoperabilidade de softwares BIM, ou seja, na verificação da viabilidade de exportação de dados dos modelos produzidos, entre as ferramentas BIM. Para este campo de ação contribuirá a análise da passagem de informação, relativa ao modelo de uma Nave Industrial modelada, em alguns dos softwares BIM, correntemente mais utilizados. O conhecimento adquirido com a modelação do caso de estudo do presente trabalho irá permitir identificar algumas lacunas existentes ao nível da falta de recomendações práticas que sirvam de orientação na modelação recorrendo a ferramentas informáticas BIM-compatíveis. Assim, a base deste trabalho consiste na criação de uma série de recomendações ou de um roteiro de modelação em específico para a disciplina de estruturas enquanto área de aplicação concreta do estudo efetuado. Nesse sentido, a proposta deste trabalho é de apresentar alguns critérios de modelação onde são definidos os elementos a modelar em cada fase do projeto.

Aquisição por Visão Artificial e Medição Automática de Micro Dureza Vickers

O ensaio de dureza, e mais concretamente o ensaio de micro dureza Vickers, é no universo dos ensaios mecânicos um dos mais utilizados quer seja na indústria, no ensino ou na investigação e desenvolvimento de produto no âmbito das ciências dos materiais. Na grande maioria dos casos, a utilização deste ensaio tem como principal aplicação a caracterização ou controlo da qualidade de fabrico de materiais metálicos. Sendo um ensaio de relativa simplicidade de execução, rapidez e com resultados comparáveis e relacionáveis a outras grandezas físicas das propriedades dos materiais. Contudo, e tratando-se de um método de ensaio cuja intervenção humana é importante, na medição da indentação gerada por penetração mecânica através de um sistema ótico, não deixa de exibir algumas debilidades que daí advêm, como sendo o treino dos técnicos e respetivas acuidades visuais, fenómenos de fadiga visual que afetam os resultados ao longo de um turno de trabalho; ora estes fenómenos afetam a repetibilidade e reprodutibilidade dos resultados obtidos no ensaio. O CINFU possui um micro durómetro Vickers, cuja realização dos ensaios depende de um técnico treinado para a execução do mesmo, apresentando todas as debilidades já mencionadas e que o tornou elegível para o estudo e aplicação de uma solução alternativa. Assim, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução alternativa ao método ótico convencional na medição de micro dureza Vickers. Utilizando programação em LabVIEW da National Instruments, juntamente com as ferramentas de visão computacional (NI Vision), o programa começa por solicitar ao técnico a seleção da câmara para aquisição da imagem digital acoplada ao micro durómetro, seleção do método de ensaio (Força de ensaio); posteriormente o programa efetua o tratamento da imagem (aplicação de filtros para eliminação do ruído de fundo da imagem original), segue-se, por indicação do operador, a zona de interesse (ROI) e por sua vez são identificadas automaticamente os vértices da calote e respetivas distâncias das diagonais geradas concluindo, após aceitação das mesmas, com o respetivo cálculo de micro dureza resultante. Para validação dos resultados foram utilizados blocos-padrão de dureza certificada (CRM), cujos resultados foram satisfatórios, tendo-se obtido um elevado nível de exatidão nas medições efetuadas. Por fim, desenvolveu-se uma folha de cálculo em Excel com a determinação da incerteza associada às medições de micro dureza Vickers. Foram então comparados os resultados nas duas metodologias possíveis, pelo método ótico convencional e pela utilização das ferramentas de visão computacional, tendo-se obtido bons resultados com a solução proposta.

Environmental Decision-making utilizing a Web GIS to Monitor Hazardous Industrial Emissions in the Valencian community of Spain

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Metaphorisms in programming

This paper introduces the metaphorism pattern of relational specification and addresses how specification following this pattern can be refined into recursive programs. Metaphorisms express input-output relationships which preserve relevant information while at the same time some intended optimization takes place. Text processing, sorting, representation changers, etc., are examples of metaphorisms. The kind of metaphorism refinement proposed in this paper is a strategy known as change of virtual data structure. It gives sufficient conditions for such implementations to be calculated using relation algebra and illustrates the strategy with the derivation of quicksort as example.