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    ENHANCING CLOUD SYSTEM RUNTIME TO ADDRESS COMPLEX FAILURES

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    As the reliance on cloud systems intensifies in our progressively digital world, understanding and reinforcing their reliability becomes more crucial than ever. Despite impressive advancements in augmenting the resilience of cloud systems, the growing incidence of complex failures now poses a substantial challenge to the availability of these systems. With cloud systems continuing to scale and increase in complexity, failures not only become more elusive to detect but can also lead to more catastrophic consequences. Such failures question the foundational premises of conventional fault-tolerance designs, necessitating the creation of novel system designs to counteract them. This dissertation aims to enhance distributed systems’ capabilities to detect, localize, and react to complex failures at runtime. To this end, this dissertation makes contributions to address three emerging categories of failures in cloud systems. The first part delves into the investigation of partial failures, introducing OmegaGen, a tool adept at generating tailored checkers for detecting and localizing such failures. The second part grapples with silent semantic failures prevalent in cloud systems, showcasing our study findings, and introducing Oathkeeper, a tool that leverages past failures to infer rules and expose these silent issues. The third part explores solutions to slow failures via RESIN, a framework specifically designed to detect, diagnose, and mitigate memory leaks in cloud-scale infrastructures, developed in collaboration with Microsoft Azure. The dissertation concludes by offering insights into future directions for the construction of reliable cloud systems

    On the real world practice of Behaviour Driven Development

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    Surveys of industry practice over the last decade suggest that Behaviour Driven Development is a popular Agile practice. For example, 19% of respondents to the 14th State of Agile annual survey reported using BDD, placing it in the top 13 practices reported. As well as potential benefits, the adoption of BDD necessarily involves an additional cost of writing and maintaining Gherkin features and scenarios, and (if used for acceptance testing,) the associated step functions. Yet there is a lack of published literature exploring how BDD is used in practice and the challenges experienced by real world software development efforts. This gap is significant because without understanding current real world practice, it is hard to identify opportunities to address and mitigate challenges. In order to address this research gap concerning the challenges of using BDD, this thesis reports on a research project which explored: (a) the challenges of applying agile and undertaking requirements engineering in a real world context; (b) the challenges of applying BDD specifically and (c) the application of BDD in open-source projects to understand challenges in this different context. For this purpose, we progressively conducted two case studies, two series of interviews, four iterations of action research, and an empirical study. The first case study was conducted in an avionics company to discover the challenges of using an agile process in a large scale safety critical project environment. Since requirements management was found to be one of the biggest challenges during the case study, we decided to investigate BDD because of its reputation for requirements management. The second case study was conducted in the company with an aim to discover the challenges of using BDD in real life. The case study was complemented with an empirical study of the practice of BDD in open source projects, taking a study sample from the GitHub open source collaboration site. As a result of this Ph.D research, we were able to discover: (i) challenges of using an agile process in a large scale safety-critical organisation, (ii) current state of BDD in practice, (iii) technical limitations of Gherkin (i.e., the language for writing requirements in BDD), (iv) challenges of using BDD in a real project, (v) bad smells in the Gherkin specifications of open source projects on GitHub. We also presented a brief comparison between the theoretical description of BDD and BDD in practice. This research, therefore, presents the results of lessons learned from BDD in practice, and serves as a guide for software practitioners planning on using BDD in their projects

    Speech Intelligibility Versus Congruency : User Preferences of the Acoustics of Virtual Reality Game Spaces

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    3D audio spatializers for Virtual Reality (VR) can use the acoustic properties of the surfaces of a visualised game space to calculate a matching reverb. However, this approach could lead to reverbs that impair the tasks performed in such a space, such as listening to speech-based audio. Sound designers would then have to alter the room’s acoustic properties independently of its visualisation to improve speech intelligibility, causing audio-visual incongruency. As user expectation of simulated room acoustics regarding speech intelligibility in VR has not been studied, this study asked participants to rate the congruency of reverbs and their visualisations in 6-DoF VR while listening to speech-based audio. The participants compared unaltered, matching reverbs with sound-designed, mismatching reverbs. The latter featured improved D50s and reduced RT60s at the cost of lower audio-visual congruency. Results suggest participants preferred improved reverbs only when the unaltered reverbs had comparatively low D50s or excessive ringing. Otherwise, too dry or too reverberant reverbs were disliked. The range of expected RT60s depended on the surface visualisation. Differences in timbre between the reverbs may not affect preferences as strongly as shorter RT60s. Therefore, sound designers can intervene and prioritise speech intelligibility over audio-visual congruency in acoustically challenging game spaces

    Organizing sustainable development

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    The role and meaning of sustainable development have been recognized in the scientific literature for decades. However, there has recently been a dynamic increase in interest in the subject, which results in numerous, in-depth scientific research and publications with an interdisciplinary dimension. This edited volume is a compendium of theoretical knowledge on sustainable development. The context analysed in the publication includes a multi-level and multi-aspect analysis starting from the historical and legal conditions, through elements of the macro level and the micro level, inside the organization. Organizing Sustainable Development offers a systematic and comprehensive theoretical analysis of sustainable development supplemented with practical examples, which will allow obtaining comprehensive knowledge about the meaning and its multi-context application in practice. It shows the latest state of knowledge on the topic and will be of interest to students at an advanced level, academics and reflective practitioners in the fields of sustainable development, management studies, organizational studies and corporate social responsibility

    Multidisciplinary perspectives on Artificial Intelligence and the law

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    This open access book presents an interdisciplinary, multi-authored, edited collection of chapters on Artificial Intelligence (‘AI’) and the Law. AI technology has come to play a central role in the modern data economy. Through a combination of increased computing power, the growing availability of data and the advancement of algorithms, AI has now become an umbrella term for some of the most transformational technological breakthroughs of this age. The importance of AI stems from both the opportunities that it offers and the challenges that it entails. While AI applications hold the promise of economic growth and efficiency gains, they also create significant risks and uncertainty. The potential and perils of AI have thus come to dominate modern discussions of technology and ethics – and although AI was initially allowed to largely develop without guidelines or rules, few would deny that the law is set to play a fundamental role in shaping the future of AI. As the debate over AI is far from over, the need for rigorous analysis has never been greater. This book thus brings together contributors from different fields and backgrounds to explore how the law might provide answers to some of the most pressing questions raised by AI. An outcome of the Católica Research Centre for the Future of Law and its interdisciplinary working group on Law and Artificial Intelligence, it includes contributions by leading scholars in the fields of technology, ethics and the law.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

    LIPIcs, Volume 251, ITCS 2023, Complete Volume

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    LIPIcs, Volume 251, ITCS 2023, Complete Volum

    Rethink Digital Health Innovation: Understanding Socio-Technical Interoperability as Guiding Concept

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    Diese Dissertation sucht nach einem theoretischem Grundgerüst, um komplexe, digitale Gesundheitsinnovationen so zu entwickeln, dass sie bessere Erfolgsaussichten haben, auch in der alltäglichen Versorgungspraxis anzukommen. Denn obwohl es weder am Bedarf von noch an Ideen für digitale Gesundheitsinnovationen mangelt, bleibt die Flut an erfolgreich in der Praxis etablierten Lösungen leider aus. Dieser unzureichende Diffusionserfolg einer entwickelten Lösung - gern auch als Pilotitis pathologisiert - offenbart sich insbesondere dann, wenn die geplante Innovation mit größeren Ambitionen und Komplexität verbunden ist. Dem geübten Kritiker werden sofort ketzerische Gegenfragen in den Sinn kommen. Beispielsweise was denn unter komplexen, digitalen Gesundheitsinnovationen verstanden werden soll und ob es überhaupt möglich ist, eine universale Lösungsformel zu finden, die eine erfolgreiche Diffusion digitaler Gesundheitsinnovationen garantieren kann. Beide Fragen sind nicht nur berechtigt, sondern münden letztlich auch in zwei Forschungsstränge, welchen ich mich in dieser Dissertation explizit widme. In einem ersten Block erarbeite ich eine Abgrenzung jener digitalen Gesundheitsinnovationen, welche derzeit in Literatur und Praxis besondere Aufmerksamkeit aufgrund ihres hohen Potentials zur Versorgungsverbesserung und ihrer resultierenden Komplexität gewidmet ist. Genauer gesagt untersuche ich dominante Zielstellungen und welche Herausforderung mit ihnen einhergehen. Innerhalb der Arbeiten in diesem Forschungsstrang kristallisieren sich vier Zielstellungen heraus: 1. die Unterstützung kontinuierlicher, gemeinschaftlicher Versorgungsprozesse über diverse Leistungserbringer (auch als inter-organisationale Versorgungspfade bekannt); 2. die aktive Einbeziehung der Patient:innen in ihre Versorgungsprozesse (auch als Patient Empowerment oder Patient Engagement bekannt); 3. die Stärkung der sektoren-übergreifenden Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Versorgungpraxis bis hin zu lernenden Gesundheitssystemen und 4. die Etablierung daten-zentrierter Wertschöpfung für das Gesundheitswesen aufgrund steigender bzgl. Verfügbarkeit valider Daten, neuen Verarbeitungsmethoden (Stichwort Künstliche Intelligenz) sowie den zahlreichen Nutzungsmöglichkeiten. Im Fokus dieser Dissertation stehen daher weniger die autarken, klar abgrenzbaren Innovationen (bspw. eine Symptomtagebuch-App zur Beschwerdedokumentation). Vielmehr adressiert diese Doktorarbeit jene Innovationsvorhaben, welche eine oder mehrere der o.g. Zielstellung verfolgen, ein weiteres technologisches Puzzleteil in komplexe Informationssystemlandschaften hinzufügen und somit im Zusammenspiel mit diversen weiteren IT-Systemen zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung und/ oder ihrer Organisation beitragen. In der Auseinandersetzung mit diesen Zielstellungen und verbundenen Herausforderungen der Systementwicklung rückte das Problem fragmentierter IT-Systemlandschaften des Gesundheitswesens in den Mittelpunkt. Darunter wird der unerfreuliche Zustand verstanden, dass unterschiedliche Informations- und Anwendungssysteme nicht wie gewünscht miteinander interagieren können. So kommt es zu Unterbrechungen von Informationsflüssen und Versorgungsprozessen, welche anderweitig durch fehleranfällige Zusatzaufwände (bspw. Doppeldokumentation) aufgefangen werden müssen. Um diesen Einschränkungen der Effektivität und Effizienz zu begegnen, müssen eben jene IT-System-Silos abgebaut werden. Alle o.g. Zielstellungen ordnen sich dieser defragmentierenden Wirkung unter, in dem sie 1. verschiedene Leistungserbringer, 2. Versorgungsteams und Patient:innen, 3. Wissenschaft und Versorgung oder 4. diverse Datenquellen und moderne Auswertungstechnologien zusammenführen wollen. Doch nun kommt es zu einem komplexen Ringschluss. Einerseits suchen die in dieser Arbeit thematisierten digitalen Gesundheitsinnovationen Wege zur Defragmentierung der Informationssystemlandschaften. Andererseits ist ihre eingeschränkte Erfolgsquote u.a. in eben jener bestehenden Fragmentierung begründet, die sie aufzulösen suchen. Mit diesem Erkenntnisgewinn eröffnet sich der zweite Forschungsstrang dieser Arbeit, der sich mit der Eigenschaft der 'Interoperabilität' intensiv auseinandersetzt. Er untersucht, wie diese Eigenschaft eine zentrale Rolle für Innovationsvorhaben in der Digital Health Domäne einnehmen soll. Denn Interoperabilität beschreibt, vereinfacht ausgedrückt, die Fähigkeit von zwei oder mehreren Systemen miteinander gemeinsame Aufgaben zu erfüllen. Sie repräsentiert somit das Kernanliegen der identifizierten Zielstellungen und ist Dreh- und Angelpunkt, wenn eine entwickelte Lösung in eine konkrete Zielumgebung integriert werden soll. Von einem technisch-dominierten Blickwinkel aus betrachtet, geht es hierbei um die Gewährleistung von validen, performanten und sicheren Kommunikationsszenarien, sodass die o.g. Informationsflussbrüche zwischen technischen Teilsystemen abgebaut werden. Ein rein technisches Interoperabilitätsverständnis genügt jedoch nicht, um die Vielfalt an Diffusionsbarrieren von digitalen Gesundheitsinnovationen zu umfassen. Denn beispielsweise das Fehlen adäquater Vergütungsoptionen innerhalb der gesetzlichen Rahmenbedingungen oder eine mangelhafte Passfähigkeit für den bestimmten Versorgungsprozess sind keine rein technischen Probleme. Vielmehr kommt hier eine Grundhaltung der Wirtschaftsinformatik zum Tragen, die Informationssysteme - auch die des Gesundheitswesens - als sozio-technische Systeme begreift und dabei Technologie stets im Zusammenhang mit Menschen, die sie nutzen, von ihr beeinflusst werden oder sie organisieren, betrachtet. Soll eine digitale Gesundheitsinnovation, die einen Mehrwert gemäß der o.g. Zielstellungen verspricht, in eine existierende Informationssystemlandschaft der Gesundheitsversorgung integriert werden, so muss sie aus technischen sowie nicht-technischen Gesichtspunkten 'interoperabel' sein. Zwar ist die Notwendigkeit von Interoperabilität in der Wissenschaft, Politik und Praxis bekannt und auch positive Bewegungen der Domäne hin zu mehr Interoperabilität sind zu verspüren. Jedoch dominiert dabei einerseits ein technisches Verständnis und andererseits bleibt das Potential dieser Eigenschaft als Leitmotiv für das Innovationsmanagement bislang weitestgehend ungenutzt. An genau dieser Stelle knüpft nun der Hauptbeitrag dieser Doktorarbeit an, in dem sie eine sozio-technische Konzeptualisierung und Kontextualisierung von Interoperabilität für künftige digitale Gesundheitsinnovationen vorschlägt. Literatur- und expertenbasiert wird ein Rahmenwerk erarbeitet - das Digital Health Innovation Interoperability Framework - das insbesondere Innovatoren und Innovationsfördernde dabei unterstützen soll, die Diffusionswahrscheinlichkeit in die Praxis zu erhöhen. Nun sind mit diesem Framework viele Erkenntnisse und Botschaften verbunden, die ich für diesen Prolog wie folgt zusammenfassen möchte: 1. Um die Entwicklung digitaler Gesundheitsinnovationen bestmöglich auf eine erfolgreiche Integration in eine bestimmte Zielumgebung auszurichten, sind die Realisierung eines neuartigen Wertversprechens sowie die Gewährleistung sozio-technischer Interoperabilität die zwei zusammenhängenden Hauptaufgaben eines Innovationsprozesses. 2. Die Gewährleistung von Interoperabilität ist eine aktiv zu verantwortende Managementaufgabe und wird durch projektspezifische Bedingungen sowie von externen und internen Dynamiken beeinflusst. 3. Sozio-technische Interoperabilität im Kontext digitaler Gesundheitsinnovationen kann über sieben, interdependente Ebenen definiert werden: Politische und regulatorische Bedingungen; Vertragsbedingungen; Versorgungs- und Geschäftsprozesse; Nutzung; Information; Anwendungen; IT-Infrastruktur. 4. Um Interoperabilität auf jeder dieser Ebenen zu gewährleisten, sind Strategien differenziert zu definieren, welche auf einem Kontinuum zwischen Kompatibilitätsanforderungen aufseiten der Innovation und der Motivation von Anpassungen aufseiten der Zielumgebung verortet werden können. 5. Das Streben nach mehr Interoperabilität fördert sowohl den nachhaltigen Erfolg der einzelnen digitalen Gesundheitsinnovation als auch die Defragmentierung existierender Informationssystemlandschaften und trägt somit zur Verbesserung des Gesundheitswesens bei. Zugegeben: die letzte dieser fünf Botschaften trägt eher die Färbung einer Überzeugung, als dass sie ein Ergebnis wissenschaftlicher Beweisführung ist. Dennoch empfinde ich diese, wenn auch persönliche Erkenntnis als Maxim der Domäne, der ich mich zugehörig fühle - der IT-Systementwicklung des Gesundheitswesens

    Advances and Applications of DSmT for Information Fusion. Collected Works, Volume 5

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    This fifth volume on Advances and Applications of DSmT for Information Fusion collects theoretical and applied contributions of researchers working in different fields of applications and in mathematics, and is available in open-access. The collected contributions of this volume have either been published or presented after disseminating the fourth volume in 2015 in international conferences, seminars, workshops and journals, or they are new. The contributions of each part of this volume are chronologically ordered. First Part of this book presents some theoretical advances on DSmT, dealing mainly with modified Proportional Conflict Redistribution Rules (PCR) of combination with degree of intersection, coarsening techniques, interval calculus for PCR thanks to set inversion via interval analysis (SIVIA), rough set classifiers, canonical decomposition of dichotomous belief functions, fast PCR fusion, fast inter-criteria analysis with PCR, and improved PCR5 and PCR6 rules preserving the (quasi-)neutrality of (quasi-)vacuous belief assignment in the fusion of sources of evidence with their Matlab codes. Because more applications of DSmT have emerged in the past years since the apparition of the fourth book of DSmT in 2015, the second part of this volume is about selected applications of DSmT mainly in building change detection, object recognition, quality of data association in tracking, perception in robotics, risk assessment for torrent protection and multi-criteria decision-making, multi-modal image fusion, coarsening techniques, recommender system, levee characterization and assessment, human heading perception, trust assessment, robotics, biometrics, failure detection, GPS systems, inter-criteria analysis, group decision, human activity recognition, storm prediction, data association for autonomous vehicles, identification of maritime vessels, fusion of support vector machines (SVM), Silx-Furtif RUST code library for information fusion including PCR rules, and network for ship classification. Finally, the third part presents interesting contributions related to belief functions in general published or presented along the years since 2015. These contributions are related with decision-making under uncertainty, belief approximations, probability transformations, new distances between belief functions, non-classical multi-criteria decision-making problems with belief functions, generalization of Bayes theorem, image processing, data association, entropy and cross-entropy measures, fuzzy evidence numbers, negator of belief mass, human activity recognition, information fusion for breast cancer therapy, imbalanced data classification, and hybrid techniques mixing deep learning with belief functions as well

    Towards A Practical High-Assurance Systems Programming Language

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    Writing correct and performant low-level systems code is a notoriously demanding job, even for experienced developers. To make the matter worse, formally reasoning about their correctness properties introduces yet another level of complexity to the task. It requires considerable expertise in both systems programming and formal verification. The development can be extremely costly due to the sheer complexity of the systems and the nuances in them, if not assisted with appropriate tools that provide abstraction and automation. Cogent is designed to alleviate the burden on developers when writing and verifying systems code. It is a high-level functional language with a certifying compiler, which automatically proves the correctness of the compiled code and also provides a purely functional abstraction of the low-level program to the developer. Equational reasoning techniques can then be used to prove functional correctness properties of the program on top of this abstract semantics, which is notably less laborious than directly verifying the C code. To make Cogent a more approachable and effective tool for developing real-world systems, we further strengthen the framework by extending the core language and its ecosystem. Specifically, we enrich the language to allow users to control the memory representation of algebraic data types, while retaining the automatic proof with a data layout refinement calculus. We repurpose existing tools in a novel way and develop an intuitive foreign function interface, which provides users a seamless experience when using Cogent in conjunction with native C. We augment the Cogent ecosystem with a property-based testing framework, which helps developers better understand the impact formal verification has on their programs and enables a progressive approach to producing high-assurance systems. Finally we explore refinement type systems, which we plan to incorporate into Cogent for more expressiveness and better integration of systems programmers with the verification process
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