Representació no-lineal de les imatges per a codificació perceptiva

JPEG2000 és un estàndard de compressió d’imatges que utilitza la transformada wavelet i, posteriorment, una quantificació uniforme dels coeficients amb dead-zone. Els coeficients wavelet presenten certes dependències tant estadístiques com visuals. Les dependències estadístiques es tenen en compte a l'esquema JPEG2000, no obstant, no passa el mateix amb les dependències visuals. En aquest treball, es pretén trobar una representació més adaptada al sistema visual que la que proporciona JPEG2000 directament. Per trobar-la utilitzarem la normalització divisiva dels coeficients, tècnica que ja ha demostrat resultats tant en decorrelació estadística de coeficients com perceptiva. Idealment, el que es voldria fer és reconvertir els coeficients a un espai de valors en els quals un valor més elevat dels coeficients impliqui un valor més elevat d'aportació visual, i utilitzar aquest espai de valors per a codificar. A la pràctica, però, volem que el nostre sistema de codificació estigui integrat a un estàndard. És per això que utilitzarem JPEG2000, estàndard de la ITU que permet una elecció de les distorsions en la codificació, i utilitzarem la distorsió en el domini de coeficients normalitzats com a mesura de distorsió per a escollir quines dades s'envien abans.

A public key encryption based on third order linear sequences

Based on third order linear sequences, an improvement version of the Diffie-Hellman distribution key scheme and the ElGamal public key cryptosystem scheme are proposed, together with an implementation and computational cost. The security relies on the difficulty of factoring an RSA integer and on the difficulty of computing the discrete logarithm.

Gestor d'entorns virtuals per a l'execució de tasques d'altes prestacions

Amb l'evolució de la tecnologia les capacitats de còmput es van incrementant i problemes irresolubles del passat deixen de ser-ho amb els recursos actuals. La majoria d'aplicacions que s'enfronten a aquests problemes són complexes, ja que per aconseguir taxes elevades de rendiment es fa necessari utilitzar el major nombre de recursos possibles, i això les dota d'una arquitectura inherentment distribuïda. Seguint la tendència de la comunitat investigadora, en aquest treball de recerca es proposa una arquitectura per a entorns grids basada en la virtualització de recursos que possibilita la gestió eficient d'aquests recursos. L'experimentació duta a terme ha permès comprovar la viabilitat d'aquesta arquitectura i la millora en la gestió que la utilització de màquines virtuals proporciona.

Analyzing the effects of transient faults into applications

As computer chips implementation technologies evolve to obtain more performance, those computer chips are using smaller components, with bigger density of transistors and working with lower power voltages. All these factors turn the computer chips less robust and increase the probability of a transient fault. Transient faults may occur once and never more happen the same way in a computer system lifetime. There are distinct consequences when a transient fault occurs: the operating system might abort the execution if the change produced by the fault is detected by bad behavior of the application, but the biggest risk is that the fault produces an undetected data corruption that modifies the application final result without warnings (for example a bit flip in some crucial data). With the objective of researching transient faults in computer system’s processor registers and memory we have developed an extension of HP’s and AMD joint full system simulation environment, named COTSon. This extension allows the injection of faults that change a single bit in processor registers and memory of the simulated computer. The developed fault injection system makes it possible to: evaluate the effects of single bit flip transient faults in an application, analyze an application robustness against single bit flip transient faults and validate fault detection mechanism and strategies.

Deadlock avoidance with virtual channels

High Performance Computing is a rapidly evolving area of computer science which attends to solve complicated computational problems with the combination of computational nodes connected through high speed networks. This work concentrates on the networks problems that appear in such networks and specially focuses on the Deadlock problem that can decrease the efficiency of the communication or even destroy the balance and paralyze the network. Goal of this work is the Deadlock avoidance with the use of virtual channels, in the switches of the network where the problem appears. The deadlock avoidance assures that will not be loss of data inside network, having as result the increased latency of the served packets, due to the extra calculation that the switches have to make to apply the policy.

Análisis de rendimiento de aplicaciones paralelas de memoria compartida: problema N-body

Este trabajo analiza el rendimiento de cuatro nodos de cómputo multiprocesador de memoria compartida para resolver el problema N-body. Se paraleliza el algoritmo serie, y se codifica usando el lenguaje C extendido con OpenMP. El resultado son dos variantes que obedecen a dos criterios de optimización diferentes: minimizar los requisitos de memoria y minimizar el volumen de cómputo. Posteriormente, se realiza un proceso de análisis de las prestaciones del programa sobre los nodos de cómputo. Se modela el rendimiento de las variantes secuenciales y paralelas de la aplicación, y de los nodos de cómputo; se instrumentan y ejecutan los programas para obtener resultados en forma de varias métricas; finalmente se muestran e interpretan los resultados, proporcionando claves que explican ineficiencias y cuellos de botella en el rendimiento y posibles líneas de mejora. La experiencia de este estudio concreto ha permitido esbozar una incipiente metodología de análisis de rendimiento, identificación de problemas y sintonización de algoritmos a nodos de cómputo multiprocesador de memoria compartida.

Performance analysis and tuning in multicore environments

Performance analysis is the task of monitor the behavior of a program execution. The main goal is to find out the possible adjustments that might be done in order improve the performance. To be able to get that improvement it is necessary to find the different causes of overhead. Nowadays we are already in the multicore era, but there is a gap between the level of development of the two main divisions of multicore technology (hardware and software). When we talk about multicore we are also speaking of shared memory systems, on this master thesis we talk about the issues involved on the performance analysis and tuning of applications running specifically in a shared Memory system. We move one step ahead to take the performance analysis to another level by analyzing the applications structure and patterns. We also present some tools specifically addressed to the performance analysis of OpenMP multithread application. At the end we present the results of some experiments performed with a set of OpenMP scientific application.

Alineamiento múltiple de secuencias con T-Coffee: una aproximación paralela

Las aplicaciones de alineamiento múltiple de secuencias son prototipos de aplicaciones que requieren elevada potencia de cómputo y memoria. Se destacan por la relevancia científica que tienen los resultados que brindan a investigaciones científicas en el campo de la biomedicina, genética y farmacología. Las aplicaciones de alineamiento múltiple tienen la limitante de que no son capaces de procesar miles de secuencias, por lo que se hace necesario crear un modelo para resolver la problemática. Analizando el volumen de datos que se manipulan en el área de las ciencias biológica y la complejidad de los algoritmos de alineamiento de secuencias, la única vía de solución del problema es a través de la utilización de entornos de cómputo paralelos y la computación de altas prestaciones. La investigación realizada por nosotros tiene como objetivo la creación de un modelo paralelo que le permita a los algoritmos de alineamiento múltiple aumentar el número de secuencias a procesar, tratando de mantener la calidad en los resultados para garantizar la precisión científica. El modelo que proponemos emplea como base la clusterización de las secuencias de entrada utilizando criterios biológicos que permiten mantener la calidad de los resultados. Además, el modelo se enfoca en la disminución del tiempo de cómputo y consumo de memoria. Para presentar y validar el modelo utilizamos T-Coffee, como plataforma de desarrollo e investigación. El modelo propuesto pudiera ser aplicado a cualquier otro algoritmo de alineamiento múltiple de secuencias.

GAPS: generador de aplicaciones sintéticas

Gaps es un generador de aplicaciones sintéticas de estructura compuesta Master/Worker de pipelines. Para crear una aplicación sintética, el investigador utilizará Gaspar, que recibe un fichero de texto con los parámetros de la aplicación a generar: cantidad de workers, etapas, tamaño de mensaje a enviar, etc., y genera un fichero con las propiedades de cada etapa. A partir de estos datos, Gaps, que esta hecho en C con MPI, genera y ejecuta la aplicación paralela. Estas aplicaciones se utilizan para comprobar en un entorno real los estudios analíticos que constituyen el modelo de rendimiento y sintonización dinámica.

Análisis y sintonización de aplicaciones paralelas/distribuidas de bioinformática: caso de estudio mpiBLAST

En termes de temps d'execució i ús de dades, les aplicacions paral·leles/distribuïdes poden tenir execucions variables, fins i tot quan s'empra el mateix conjunt de dades d'entrada. Existeixen certs aspectes de rendiment relacionats amb l'entorn que poden afectar dinàmicament el comportament de l'aplicació, tals com: la capacitat de la memòria, latència de la xarxa, el nombre de nodes, l'heterogeneïtat dels nodes, entre d'altres. És important considerar que l'aplicació pot executar-se en diferents configuracions de maquinari i el desenvolupador d'aplicacions no port garantir que els ajustaments de rendiment per a un sistema en particular continuïn essent vàlids per a d'altres configuracions. L'anàlisi dinàmica de les aplicacions ha demostrat ser el millor enfocament per a l'anàlisi del rendiment per dues raons principals. En primer lloc, ofereix una solució molt còmoda des del punt de vista dels desenvolupadors mentre que aquests dissenyen i evaluen les seves aplicacions paral·leles. En segon lloc, perquè s'adapta millor a l'aplicació durant l'execució. Aquest enfocament no requereix la intervenció de desenvolupadors o fins i tot l'accés al codi font de l'aplicació. S'analitza l'aplicació en temps real d'execució i es considra i analitza la recerca dels possibles colls d'ampolla i optimitzacions. Per a optimitzar l'execució de l'aplicació bioinformàtica mpiBLAST, vam analitzar el seu comportament per a identificar els paràmetres que intervenen en el rendiment d'ella, com ara: l'ús de la memòria, l'ús de la xarxa, patrons d'E/S, el sistema de fitxers emprat, l'arquitectura del processador, la grandària de la base de dades biològica, la grandària de la seqüència de consulta, la distribució de les seqüències dintre d'elles, el nombre de fragments de la base de dades i/o la granularitat dels treballs assignats a cada procés. El nostre objectiu és determinar quins d'aquests paràmetres tenen major impacte en el rendiment de les aplicacions i com ajustar-los dinàmicament per a millorar el rendiment de l'aplicació. Analitzant el rendiment de l'aplicació mpiBLAST hem trobat un conjunt de dades que identifiquen cert nivell de serial·lització dintre l'execució. Reconeixent l'impacte de la caracterització de les seqüències dintre de les diferents bases de dades i una relació entre la capacitat dels workers i la granularitat de la càrrega de treball actual, aquestes podrien ser sintonitzades dinàmicament. Altres millores també inclouen optimitzacions relacionades amb el sistema de fitxers paral·lel i la possibilitat d'execució en múltiples multinucli. La grandària de gra de treball està influenciat per factors com el tipus de base de dades, la grandària de la base de dades, i la relació entre grandària de la càrrega de treball i la capacitat dels treballadors.

Creació d'un media center amb software lliure

Treball de recerca realitzat per un alumne d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. L’objectiu d’aquest treball de recerca és la creació d’un dispositiu encarregat de centralitzar totes les necessitats multimèdia de casa nostra i distribuir aquest contingut a tots els terminals de la xarxa local d’una manera senzilla i automatitzada. Aquest dispositiu s’ha dissenyat per estar connectat a una televisió d’alta definició, que permetrà la reproducció i l’organització de tot el nostre multimèdia d’una manera còmoda i fàcil. El media center s’encarrega de gestionar la nostra filmoteca, fototeca, biblioteca musical i sèries de TV de manera transparent i automàtica. A més a més, l’usuari pot accedir a tot el multimèdia emmagatzemat al media center des de qualsevol dispositiu de la xarxa local a través de protocols com CIFS o UPnP, en un intent de replicar el cloud computing a escala local. El dispositiu ha estat dissenyat per a suportar tot tipus de formats i subtítols, assegurant la compatibilitat total amb arxius lliures de DRM. El seu disseny minimalista i silenciós el fa perfecte per a substituir el reproductor de DVD de la sala. Tot això sense oblidar el seu baix consum, de l’ordre d’un 75% inferior al d’un PC convencional.

El impacto de las aplicaciones intensivas de E/S en la planificación de trabajos en clusters no-dedicados

Con la mayor capacidad de los nodos de procesamiento en relación a la potencia de cómputo, cada vez más aplicaciones intensivas de datos como las aplicaciones de la bioinformática, se llevarán a ejecutar en clusters no dedicados. Los clusters no dedicados se caracterizan por su capacidad de combinar la ejecución de aplicaciones de usuarios locales con aplicaciones, científicas o comerciales, ejecutadas en paralelo. Saber qué efecto las aplicaciones con acceso intensivo a dados producen respecto a la mezcla de otro tipo (batch, interativa, SRT, etc) en los entornos no-dedicados permite el desarrollo de políticas de planificación más eficientes. Algunas de las aplicaciones intensivas de E/S se basan en el paradigma MapReduce donde los entornos que las utilizan, como Hadoop, se ocupan de la localidad de los datos, balanceo de carga de forma automática y trabajan con sistemas de archivos distribuidos. El rendimiento de Hadoop se puede mejorar sin aumentar los costos de hardware, al sintonizar varios parámetros de configuración claves para las especificaciones del cluster, para el tamaño de los datos de entrada y para el procesamiento complejo. La sincronización de estos parámetros de sincronización puede ser demasiado compleja para el usuario y/o administrador pero procura garantizar prestaciones más adecuadas. Este trabajo propone la evaluación del impacto de las aplicaciones intensivas de E/S en la planificación de trabajos en clusters no-dedicados bajo los paradigmas MPI y Mapreduce.

Sintonización dinámica de aplicaciones MPI

En la actualidad, la computación de altas prestaciones está siendo utilizada en multitud de campos científicos donde los distintos problemas estudiados se resuelven mediante aplicaciones paralelas/distribuidas. Estas aplicaciones requieren gran capacidad de cómputo, bien sea por la complejidad de los problemas o por la necesidad de solventar situaciones en tiempo real. Por lo tanto se debe aprovechar los recursos y altas capacidades computacionales de los sistemas paralelos en los que se ejecutan estas aplicaciones con el fin de obtener un buen rendimiento. Sin embargo, lograr este rendimiento en una aplicación ejecutándose en un sistema es una dura tarea que requiere un alto grado de experiencia, especialmente cuando se trata de aplicaciones que presentan un comportamiento dinámico o cuando se usan sistemas heterogéneos. En estos casos actualmente se plantea realizar una mejora de rendimiento automática y dinámica de las aplicaciones como mejor enfoque para el análisis del rendimiento. El presente trabajo de investigación se sitúa dentro de este ámbito de estudio y su objetivo principal es sintonizar dinámicamente mediante MATE (Monitoring, Analysis and Tuning Environment) una aplicación MPI empleada en computación de altas prestaciones que siga un paradigma Master/Worker. Las técnicas de sintonización integradas en MATE han sido desarrolladas a partir del estudio de un modelo de rendimiento que refleja los cuellos de botella propios de aplicaciones situadas bajo un paradigma Master/Worker: balanceo de carga y número de workers. La ejecución de la aplicación elegida bajo el control dinámico de MATE y de la estrategia de sintonización implementada ha permitido observar la adaptación del comportamiento de dicha aplicación a las condiciones actuales del sistema donde se ejecuta, obteniendo así una mejora de su rendimiento.

Projecte pilot d'innovació docent de l'assignatura Estructura de Computadors I

L'objectiu del projecte ha estat la millora de la qualitat docent de l'assignatura Estructura de Computadors I, impartida a la Facultat d'Informàtica de Barcelona (UPC) dins els estudis d'Enginyeria Informàtica, Enginyeria Tècnica en Informàtica de Sistemes i Enginyeria Tècnica en Informàtica de Gestió. S'ha treballat en quatre línies d'actuació: (i) aplicació de tècniques d'aprenentatge actiu a les classes; (ii) aplicació de tècniques d'aprenentage cooperatiu no presencials; (iii) implantació de noves TIC i adaptació de les ja emprades per tal d'habilitar mecanismes d'autoavaluació i de realimentació de la informació referent a l'avaluació; i (iv) difusió de les experiències derivades de les diferents actuacions. Referent a les dues primeres mesures s'avalua l'impacte de metodologies docents que afavoreixen l'aprenentatge actiu tant de forma presencial com no presencial, obtenint-se clares millores en el rendiment respecte a altres metodologies utilitzades anteriorment enfocades a la realització de classes del tipus magistral, en què únicament es posa a l'abast dels alumnes la documentació de l'assignatura per a què puguin treballar de forma responsable. Les noves metodologies fan especial èmfasi en el treball en grup a classe i la compartició de les experiències fora de classe a través de fòrums de participació. La mesura que ha requerit més esforç en aquest projecte és la tercera, amb el desenvolupament d'un entorn d'interfície web orientat a la correcció automàtica de programes escrits en llenguatge assemblador. Aquest entorn permet l'autoavaluació per part dels alumnes dels exercicis realitzats a l'assignatura, amb obtenció d'informació detallada sobre les errades comeses. El treball realitzat dins d'aquest projecte s'ha publicat en congressos rellevants en l'àrea docent tant a nivell estatal com internacional. El codi font de l'entorn esmentat anteriorment es posa a disposició pública a través d'un enllaç a la web.

Geolocalitzáció en temps real sobre Google Maps

L’objectiu d’aquest projecte és crear un sistema de seguiment d’una flota de vehicles amb GPS en temps real. A partir d’un mòdul de captació, el servidor recull la informació geogràfica dels vehicles i l’emmagatzema. I amb un mòdul de processament, es mostra i controla els vehicles, els punts d’interès i els polígons del sistema de Geofencing. En primer lloc, faig una introducció a l’estat de l’art dels sistemes de seguiment de vehicles. A continuació, analitzo els requeriments, especifico el comportament desitjat del sistema, explico el disseny i la implementació. Per últim, faig un seguit de proves per extreure’n les conclusions.