Esperimenti di design pattern di ispirazione biologica

L'informatica, assieme alle sue innovazioni tecnologiche, offre al mondo d'oggi uno scenario in continuo sviluppo evolutivo che permette di facilitare alcune necessità dell'essere umano. Con la nascita di internet e dei nuovi dispositivi cellulari, la comunicazione è stata resa più malleabile e immediata. Tuttavia, le nuove tecnologie utilizzano infrastrutture complesse che non sempre sono ampiamente sfruttate a causa delle loro esigenze quali scalabilità, risposte in tempo reale, o tolleranza. Per far fronte a queste caratteristiche, una nuova tendenza del software è quella di fornire autonomia e pro-attività alle entità nel sistema in modo da incrementare la loro interazione. Queste caratteristiche permettono di responsabilizzare i soggetti rendendo il sistema auto-organizzato, con una migliore scalabilità,robustezza, e quindi riducendo le esigenze di calcolo di ciascuna entità. Lo studio dei sistemi auto-organizzanti è stato ispirato alla natura, e in particolare, ai sistemi biologici. Questi sistemi mostrano le caratteristiche interessanti per gli scenari pervasivi, poichè sono robusti e resistenti, in grado di adattarsi al contesto ambientale e quindi reagiscono a determinate modifiche che si verificano nell'ambiente comportandosi di conseguenza. L'ingegneria dell'auto-organizzazione ha il compito di simulare e testare questi comportamenti presentando uno schema progettuale completo che permetta di presentare soluzioni ricorrenti a problemi noti. Tale schema è definito in termini informatici design pattern. Le entità, definite agenti, per interagire e comunicare tra di loro hanno bisogno di coordinarsi tramite un modello specifico. Nel nostro caso è stato scelto TuCSoN, poichè riesce a separare uno spazio dedicato allo scambio di informazioni da uno spazio dedicato alle specifiche che permette di descrivere delle politiche di comportamento per sistemi MAS implementati nell'opportuno linguaggio di programmazione ReSpecT.

A design pattern approach to bitemporal data modeling

The importance of patterns in constructing complex systems has long been recognised in other disciplines. In software engineering, for example, well-crafted object-oriented architectures contain several design patterns. Focusing on mechanisms of constructing software during system development can yield an architecture that is simpler, clearer and more understandable than if design patterns were ignored or not properly applied. In this paper, we propose a model that uses object-oriented design patterns to develop a core bitemporal conceptual model. We define three core design patterns that form a core bitemporal conceptual model of a typical bitemporal object. Our framework is known as the Bitemporal Object, State and Event Modelling Approach (BOSEMA) and the resulting core model is known as a Bitemporal Object, State and Event (BOSE) model. Using this approach, we demonstrate that we can enrich data modelling by using well known design patterns which can help designers to build complex models of bitemporal databases.

A design pattern for integration of business process management systems

A cross-domain workflow application may be constructed using a standard reference model such as the one by the Workflow Management Coalition (WfMC) [7] but the requirements for this type of application are inherently different from one organization to another. The existing models and systems built around them meet some but not all the requirements from all the organizations involved in a collaborative process. Furthermore the requirements change over time. This makes the applications difficult to develop and distribute. Service Oriented Architecture (SOA) based approaches such as the BPET (Business Process Execution Language) intend to provide a solution but fail to address the problems sufficiently, especially in the situations where the expectations and level of skills of the users (e.g. the participants of the processes) in different organisations are likely to be different. In this paper, we discuss a design pattern that provides a novel approach towards a solution. In the solution, business users can design the applications at a high level of abstraction: the use cases and user interactions; the designs are documented and used, together with the data and events captured later that represents the user interactions with the systems, to feed an intermediate component local to the users -the IFM (InterFace Mapper) -which bridges the gaps between the users and the systems. We discuss the main issues faced in the design and prototyping. The approach alleviates the need for re-programming with the APIs to any back-end service thus easing the development and distribution of the applications

Design e auto-produção : novos paradigmas para o design de artefactos na sociedade pós-industrial : a contribuição das tecnologias digitais

Tese de doutoramento, Belas-Artes (Design de Equipamento), Universidade de Lisboa, Faculdade de Belas-Artes, 2015

Sviluppo di una infrastruttura location-based per l'auto-organizzazione di smart-devices.

La tesi consiste nel realizzare una infrastruttura che mantenga il modello tipico dello Spatial Computing e coniughi al meglio le tecnologie location-based come GPS, NFC e BLE, per permettere ai moderni smart-devices Android di cooperare e auto-organizzarsi al fine di compiere un certo task definito a livello applicativo.

A design pattern for efficient retrieval of large data sets from remote data sources

Retrieving large amounts of information over wide area networks, including the Internet, is problematic due to issues arising from latency of response, lack of direct memory access to data serving resources, and fault tolerance. This paper describes a design pattern for solving the issues of handling results from queries that return large amounts of data. Typically these queries would be made by a client process across a wide area network (or Internet), with one or more middle-tiers, to a relational database residing on a remote server. The solution involves implementing a combination of data retrieval strategies, including the use of iterators for traversing data sets and providing an appropriate level of abstraction to the client, double-buffering of data subsets, multi-threaded data retrieval, and query slicing. This design has recently been implemented and incorporated into the framework of a commercial software product developed at Oracle Corporation.

Core Design Pattern for Efficient Multi-agent Architecture

Interaction engineering is fundamental for agent based systems. In this paper we will present a design pattern for the core of a multi-agent platform - the message communication and behavior activation mechanisms - using language features of C#. An agent platform is developed based on the pattern structure, which is legiti- mated through experiences of using JADE in real applications. Results of the communication model are compared against the popular JADE platform.

Ingegneria di sistemi auto‐organizzanti con il paradigma multiagente

Self-organisation is increasingly being regarded as an effective approach to tackle modern systems complexity. The self-organisation approach allows the development of systems exhibiting complex dynamics and adapting to environmental perturbations without requiring a complete knowledge of the future surrounding conditions. However, the development of self-organising systems (SOS) is driven by different principles with respect to traditional software engineering. For instance, engineers typically design systems combining smaller elements where the composition rules depend on the reference paradigm, but typically produce predictable results. Conversely, SOS display non-linear dynamics, which can hardly be captured by deterministic models, and, although robust with respect to external perturbations, are quite sensitive to changes on inner working parameters. In this thesis, we describe methodological aspects concerning the early-design stage of SOS built relying on the Multiagent paradigm: in particular, we refer to the A&A metamodel, where MAS are composed by agents and artefacts, i.e. environmental resources. Then, we describe an architectural pattern that has been extracted from a recurrent solution in designing self-organising systems: this pattern is based on a MAS environment formed by artefacts, modelling non-proactive resources, and environmental agents acting on artefacts so as to enable self-organising mechanisms. In this context, we propose a scientific approach for the early design stage of the engineering of self-organising systems: the process is an iterative one and each cycle is articulated in four stages, modelling, simulation, formal verification, and tuning. During the modelling phase we mainly rely on the existence of a self-organising strategy observed in Nature and, hopefully encoded as a design pattern. Simulations of an abstract system model are used to drive design choices until the required quality properties are obtained, thus providing guarantees that the subsequent design steps would lead to a correct implementation. However, system analysis exclusively based on simulation results does not provide sound guarantees for the engineering of complex systems: to this purpose, we envision the application of formal verification techniques, specifically model checking, in order to exactly characterise the system behaviours. During the tuning stage parameters are tweaked in order to meet the target global dynamics and feasibility constraints. In order to evaluate the methodology, we analysed several systems: in this thesis, we only describe three of them, i.e. the most representative ones for each of the three years of PhD course. We analyse each case study using the presented method, and describe the exploited formal tools and techniques.

Simulazioni realistiche di algoritmi di Crowd Steering

La simulazione realistica del movimento di pedoni riveste una notevole importanza nei mondi dell'architettonica e della sicurezza (si pensi ad esempio all'evacuazione di ambienti), nell'industria dell'entertainment e in molti altri ambiti, importanza che è aumentata negli ultimi anni. Obiettivo di questo lavoro è l'analisi di un modello di pedone esistente e l'applicazione ad esso di algoritmi di guida, l'implementazione di un modello più realistico e la realizzazione di simulazioni con particolare attenzione alla scalabilità. Per la simulazione è stato utilizzato il framework Alchemist, sviluppato all'interno del laboratorio di ricerca APICe, realizzando inoltre alcune estensioni che potranno essere inglobate nel pacchetto di distribuzione del sistema stesso. I test effettuati sugli algoritmi presi in esame evidenziano un buon guadagno in termini di tempo in ambienti affollati e il nuovo modello di pedone risulta avere un maggiore realismo rispetto a quello già esistente, oltre a superarne alcuni limiti evidenziati durante i test e ad essere facilmente estensibile.

Aggregate Programming in Scala: a Core Library and Actor-Based Platform for Distributed Computational Fields

La programmazione aggregata è un paradigma che supporta la programmazione di sistemi di dispositivi, adattativi ed eventualmente a larga scala, nel loro insieme -- come aggregati. L'approccio prevalente in questo contesto è basato sul field calculus, un calcolo formale che consente di definire programmi aggregati attraverso la composizione funzionale di campi computazionali, creando i presupposti per la specifica di pattern di auto-organizzazione robusti. La programmazione aggregata è attualmente supportata, in modo più o meno parziale e principalmente per la simulazione, da DSL dedicati (cf., Protelis), ma non esistono framework per linguaggi mainstream finalizzati allo sviluppo di applicazioni. Eppure, un simile supporto sarebbe auspicabile per ridurre tempi e sforzi d'adozione e per semplificare l'accesso al paradigma nella costruzione di sistemi reali, nonché per favorire la ricerca stessa nel campo. Il presente lavoro consiste nello sviluppo, a partire da un prototipo della semantica operazionale del field calculus, di un framework per la programmazione aggregata in Scala. La scelta di Scala come linguaggio host nasce da motivi tecnici e pratici. Scala è un linguaggio moderno, interoperabile con Java, che ben integra i paradigmi ad oggetti e funzionale, ha un sistema di tipi espressivo, e fornisce funzionalità avanzate per lo sviluppo di librerie e DSL. Inoltre, la possibilità di appoggiarsi, su Scala, ad un framework ad attori solido come Akka, costituisce un altro fattore trainante, data la necessità di colmare l'abstraction gap inerente allo sviluppo di un middleware distribuito. Nell'elaborato di tesi si presenta un framework che raggiunge il triplice obiettivo: la costruzione di una libreria Scala che realizza la semantica del field calculus in modo corretto e completo, la realizzazione di una piattaforma distribuita Akka-based su cui sviluppare applicazioni, e l'esposizione di un'API generale e flessibile in grado di supportare diversi scenari.