Elastic Highly Available Cloud Computing

High availability and elasticity are two the cloud computing services technical features. Elasticity is a key feature of cloud computing where provisioning of resources is closely tied to the runtime demand. High availability assure that cloud applications are resilient to failures. Existing cloud solutions focus on providing both features at the level of the virtual resource through virtual machines by managing their restart, addition, and removal as needed. These existing solutions map applications to a specific design, which is not suitable for many applications especially virtualized telecommunication applications that are required to meet carrier grade standards. Carrier grade applications typically rely on the underlying platform to manage their availability by monitoring heartbeats, executing recoveries, and attempting repairs to bring the system back to normal. Migrating such applications to the cloud can be particularly challenging, especially if the elasticity policies target the application only, without considering the underlying platform contributing to its high availability (HA). In this thesis, a Network Function Virtualization (NFV) framework is introduced; the challenges and requirements of its use in mobile networks are discussed. In particular, an architecture for NFV framework entities in the virtual environment is proposed. In order to reduce signaling traffic congestion and achieve better performance, a criterion to bundle multiple functions of virtualized evolved packet-core in a single physical device or a group of adjacent devices is proposed. The analysis shows that the proposed grouping can reduce the network control traffic by 70 percent. Moreover, a comprehensive framework for the elasticity of highly available applications that considers the elastic deployment of the platform and the HA placement of the application’s components is proposed. The approach is applied to an internet protocol multimedia subsystem (IMS) application and demonstrate how, within a matter of seconds, the IMS application can be scaled up while maintaining its HA status

Development of a virtual audience concept for public speaking training in immersive virtual environments

Public speaking is common in today's work and study environment, yet many people dread giving presentations and sometimes even avoid them altogether. A frequent solution is to take up public speaking courses where speakers can learn presentation skills from speech trainers and rehearse in front of other trainees. By combining the opportunities of virtual reality with the characteristics and challenges of training sessions, the dissertation proposes a design concept for a virtual audience that can serve as speech training tool in immersive virtual environments. Through this approach the research addresses public speaking from a training angle - a novel view that wishes to complement the existing speech anxiety treatment studies in virtual reality. The work rests on a multidisciplinary ground and includes perspectives from interpersonal communication, virtual reality, human-computer interaction, and design of virtual learning environments.Die vorliegende Dissertation schlägt einen neuen Ansatz für Kommunikationstrainings und Sprechübungen vor, und führt ein Konzept für ein virtuelles Publikum ein. Das Publikum soll hierbei als Trainingsinstrument dienen und richtet sich an diejenigen, welche ihre rhetorischen Fähigkeiten und Präsentationstechniken verbessern möchten. Die Schlüssel-Komponente des Publikums bilden virtuelle Menschen, wobei diese möglichst realistisch aussehen und agieren sollen. Dies wirft eine zentrale Frage auf: Was sind die Merkmale eines realen Publikums und was machen die Menschen überhaupt, wenn sie vor einem Sprecher sitzen? Um diese Frage zu beantworten, wurden zwei Studien durchgeführt. Die erste explorative Studie beschäftigt sich mit Experten im Kommunikationstraining und VR Bereich. Sieben Experten wurden sowohl über die Rolle von Publikumsanpassung, Interaktion, und Gruppendynamik als auch über technische Anwendungsmöglichkeiten in der virtuellen Realität befragt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kommunikationstrainingsprogramme hohe Publikumsanpassungen und Interaktivitätsmöglichkeiten erfordern. Um die Ergebnisse zu komplementieren, wurde ein Trainingsseminar beobachtet. Die Resultate der Beobachtung verdeutlichen die Bedeutung von Sprechübungen im Rahmen eines Kommunikationsprogramms sowie die bevorzugten Feedbackmethoden. Die zweite Studie umfasst die Beobachtung eines studentischen Publikums im Rahmen einer Vorlesung an der Technischen Universität Ilmenau. Die nonverbalen Verhaltensweisen von 14 Studierenden wurden kodiert und in aufmerksame oder unaufmerksame Verhaltensweisen aufgeteilt. Weiterhin wurde die Frequenz, Komplexität und Dauer der ausgewiesenen Reaktionen analysiert. Die Ergebnisse dieser zwei Studien bilden das Fundament für die Entwicklung eines Designkonzepts für ein virtuelles Publikum. Dieses bezieht unterschiedliche Merkmale (z.B. demographische Charakteristika, Vorschläge für virtuelle Räumlichkeiten, etc.) ein. Zusätzlich wird eine Liste mit Indikatoren für Aufmerksamkeit und Unaufmerksamkeit eingebunden und ein fünfminütiges Szenario mit fünf virtuellen Menschen vorgestellt.The present dissertation proposes a novel approach to public speaking training and introduces a concept for a virtual audience in immersive virtual environments. The key component of such an audience are the virtual humans (VHs) whose role is to look and behave as closely as possible to a real public. Virtual audiences can then be used as training tools for people who wish to improve their public speaking and presentation skills. Two empirical studies were conducted to help identify relevant audience features and behaviors that occur in real life and that can be modeled for a virtual public. The first one is an exploratory study with experts in communication training and in fields related to virtual reality (VR). Seven experts were interviewed on the role and importance of audience customization, interaction, and group dynamic during training, as well as on technical possibilities to design virtual audiences with such features. The results show that audiences for communication training require extensive customization and interactivity options. To complement the findings, a speech practice session in a communication training seminar was observed and helped reveal the role of speech practice in the economy of the whole training seminar as well as the preferred feedback methods. In the second study, a video observation of a student audience during a lecture at Technische Universität Ilmenau was conducted. The nonverbal behaviors of 14 students were coded and divided into attentive and inattentive manifestations. The identified behaviors are further described and analyzed in terms of their frequency, complexity, and duration. The findings of both these studies helped create a design concept for a virtual audience with various characteristics (e.g., demographic features and virtual spaces they could inhabit) and a list with attentive and inattentive nonverbal behaviors the virtual humans could display. A five-minute scenario with virtual listeners is suggested as well

Semantic discovery and reuse of business process patterns

Patterns currently play an important role in modern information systems (IS) development and their use has mainly been restricted to the design and implementation phases of the development lifecycle. Given the increasing significance of business modelling in IS development, patterns have the potential of providing a viable solution for promoting reusability of recurrent generalized models in the very early stages of development. As a statement of research-in-progress this paper focuses on business process patterns and proposes an initial methodological framework for the discovery and reuse of business process patterns within the IS development lifecycle. The framework borrows ideas from the domain engineering literature and proposes the use of semantics to drive both the discovery of patterns as well as their reuse

Fifth Conference on Artificial Intelligence for Space Applications

The Fifth Conference on Artificial Intelligence for Space Applications brings together diverse technical and scientific work in order to help those who employ AI methods in space applications to identify common goals and to address issues of general interest in the AI community. Topics include the following: automation for Space Station; intelligent control, testing, and fault diagnosis; robotics and vision; planning and scheduling; simulation, modeling, and tutoring; development tools and automatic programming; knowledge representation and acquisition; and knowledge base/data base integration

Metadata-driven data integration

Cotutela: Universitat Politècnica de Catalunya i Université Libre de Bruxelles, IT4BI-DC programme for the joint Ph.D. degree in computer science.Data has an undoubtable impact on society. Storing and processing large amounts of available data is currently one of the key success factors for an organization. Nonetheless, we are recently witnessing a change represented by huge and heterogeneous amounts of data. Indeed, 90% of the data in the world has been generated in the last two years. Thus, in order to carry on these data exploitation tasks, organizations must first perform data integration combining data from multiple sources to yield a unified view over them. Yet, the integration of massive and heterogeneous amounts of data requires revisiting the traditional integration assumptions to cope with the new requirements posed by such data-intensive settings. This PhD thesis aims to provide a novel framework for data integration in the context of data-intensive ecosystems, which entails dealing with vast amounts of heterogeneous data, from multiple sources and in their original format. To this end, we advocate for an integration process consisting of sequential activities governed by a semantic layer, implemented via a shared repository of metadata. From an stewardship perspective, this activities are the deployment of a data integration architecture, followed by the population of such shared metadata. From a data consumption perspective, the activities are virtual and materialized data integration, the former an exploratory task and the latter a consolidation one. Following the proposed framework, we focus on providing contributions to each of the four activities. We begin proposing a software reference architecture for semantic-aware data-intensive systems. Such architecture serves as a blueprint to deploy a stack of systems, its core being the metadata repository. Next, we propose a graph-based metadata model as formalism for metadata management. We focus on supporting schema and data source evolution, a predominant factor on the heterogeneous sources at hand. For virtual integration, we propose query rewriting algorithms that rely on the previously proposed metadata model. We additionally consider semantic heterogeneities in the data sources, which the proposed algorithms are capable of automatically resolving. Finally, the thesis focuses on the materialized integration activity, and to this end, proposes a method to select intermediate results to materialize in data-intensive flows. Overall, the results of this thesis serve as contribution to the field of data integration in contemporary data-intensive ecosystems.Les dades tenen un impacte indubtable en la societat. La capacitat d’emmagatzemar i processar grans quantitats de dades disponibles és avui en dia un dels factors claus per l’èxit d’una organització. No obstant, avui en dia estem presenciant un canvi representat per grans volums de dades heterogenis. En efecte, el 90% de les dades mundials han sigut generades en els últims dos anys. Per tal de dur a terme aquestes tasques d’explotació de dades, les organitzacions primer han de realitzar una integració de les dades, combinantles a partir de diferents fonts amb l’objectiu de tenir-ne una vista unificada d’elles. Per això, aquest fet requereix reconsiderar les assumpcions tradicionals en integració amb l’objectiu de lidiar amb els requisits imposats per aquests sistemes de tractament massiu de dades. Aquesta tesi doctoral té com a objectiu proporcional un nou marc de treball per a la integració de dades en el context de sistemes de tractament massiu de dades, el qual implica lidiar amb una gran quantitat de dades heterogènies, provinents de múltiples fonts i en el seu format original. Per això, proposem un procés d’integració compost d’una seqüència d’activitats governades per una capa semàntica, la qual és implementada a partir d’un repositori de metadades compartides. Des d’una perspectiva d’administració, aquestes activitats són el desplegament d’una arquitectura d’integració de dades, seguit per la inserció d’aquestes metadades compartides. Des d’una perspectiva de consum de dades, les activitats són la integració virtual i materialització de les dades, la primera sent una tasca exploratòria i la segona una de consolidació. Seguint el marc de treball proposat, ens centrem en proporcionar contribucions a cada una de les quatre activitats. La tesi inicia proposant una arquitectura de referència de software per a sistemes de tractament massiu de dades amb coneixement semàntic. Aquesta arquitectura serveix com a planell per a desplegar un conjunt de sistemes, sent el repositori de metadades al seu nucli. Posteriorment, proposem un model basat en grafs per a la gestió de metadades. Concretament, ens centrem en donar suport a l’evolució d’esquemes i fonts de dades, un dels factors predominants en les fonts de dades heterogènies considerades. Per a l’integració virtual, proposem algorismes de rescriptura de consultes que usen el model de metadades previament proposat. Com a afegitó, considerem heterogeneïtat semàntica en les fonts de dades, les quals els algorismes de rescriptura poden resoldre automàticament. Finalment, la tesi es centra en l’activitat d’integració materialitzada. Per això proposa un mètode per a seleccionar els resultats intermedis a materialitzar un fluxes de tractament intensiu de dades. En general, els resultats d’aquesta tesi serveixen com a contribució al camp d’integració de dades en els ecosistemes de tractament massiu de dades contemporanisLes données ont un impact indéniable sur la société. Le stockage et le traitement de grandes quantités de données disponibles constituent actuellement l’un des facteurs clés de succès d’une entreprise. Néanmoins, nous assistons récemment à un changement représenté par des quantités de données massives et hétérogènes. En effet, 90% des données dans le monde ont été générées au cours des deux dernières années. Ainsi, pour mener à bien ces tâches d’exploitation des données, les organisations doivent d’abord réaliser une intégration des données en combinant des données provenant de sources multiples pour obtenir une vue unifiée de ces dernières. Cependant, l’intégration de quantités de données massives et hétérogènes nécessite de revoir les hypothèses d’intégration traditionnelles afin de faire face aux nouvelles exigences posées par les systèmes de gestion de données massives. Cette thèse de doctorat a pour objectif de fournir un nouveau cadre pour l’intégration de données dans le contexte d’écosystèmes à forte intensité de données, ce qui implique de traiter de grandes quantités de données hétérogènes, provenant de sources multiples et dans leur format d’origine. À cette fin, nous préconisons un processus d’intégration constitué d’activités séquentielles régies par une couche sémantique, mise en oeuvre via un dépôt partagé de métadonnées. Du point de vue de la gestion, ces activités consistent à déployer une architecture d’intégration de données, suivies de la population de métadonnées partagées. Du point de vue de la consommation de données, les activités sont l’intégration de données virtuelle et matérialisée, la première étant une tâche exploratoire et la seconde, une tâche de consolidation. Conformément au cadre proposé, nous nous attachons à fournir des contributions à chacune des quatre activités. Nous commençons par proposer une architecture logicielle de référence pour les systèmes de gestion de données massives et à connaissance sémantique. Une telle architecture consiste en un schéma directeur pour le déploiement d’une pile de systèmes, le dépôt de métadonnées étant son composant principal. Ensuite, nous proposons un modèle de métadonnées basé sur des graphes comme formalisme pour la gestion des métadonnées. Nous mettons l’accent sur la prise en charge de l’évolution des schémas et des sources de données, facteur prédominant des sources hétérogènes sous-jacentes. Pour l’intégration virtuelle, nous proposons des algorithmes de réécriture de requêtes qui s’appuient sur le modèle de métadonnées proposé précédemment. Nous considérons en outre les hétérogénéités sémantiques dans les sources de données, que les algorithmes proposés sont capables de résoudre automatiquement. Enfin, la thèse se concentre sur l’activité d’intégration matérialisée et propose à cette fin une méthode de sélection de résultats intermédiaires à matérialiser dans des flux des données massives. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse constituent une contribution au domaine de l’intégration des données dans les écosystèmes contemporains de gestion de données massivesPostprint (published version

STABLE ADAPTIVE STRATEGY of HOMO SAPIENS and EVOLUTIONARY RISK of HIGH TECH. Transdisciplinary essay

The co-evolutionary concept of Three-modal stable evolutionary strategy of Homo sapiens is developed. The concept based on the principle of evolutionary complementarity of anthropogenesis: value of evolutionary risk and evolutionary path of human evolution are defined by descriptive (evolutionary efficiency) and creative-teleological (evolutionary correctly) parameters simultaneously, that cannot be instrumental reduced to others ones. Resulting volume of both parameters define the trends of biological, social, cultural and techno-rationalistic human evolution by two gear mechanism ˗ gene-cultural co-evolution and techno- humanitarian balance. The resultant each of them can estimated by the ratio of socio-psychological predispositions of humanization/dehumanization in mentality. Explanatory model and methodology of evaluation of creatively teleological evolutionary risk component of NBIC technological complex is proposed. Integral part of the model is evolutionary semantics (time-varying semantic code, the compliance of the biological, socio-cultural and techno-rationalist adaptive modules of human stable evolutionary strategy)