RADIC: un middleware de tolerancia a fallos que preserva el rendimiento

La tolerancia a fallos es una línea de investigación que ha adquirido una importancia relevante con el aumento de la capacidad de cómputo de los súper-computadores actuales. Esto es debido a que con el aumento del poder de procesamiento viene un aumento en la cantidad de componentes que trae consigo una mayor cantidad de fallos. Las estrategias de tolerancia a fallos actuales en su mayoría son centralizadas y estas no escalan cuando se utiliza una gran cantidad de procesos, dado que se requiere sincronización entre todos ellos para realizar las tareas de tolerancia a fallos. Además la necesidad de mantener las prestaciones en programas paralelos es crucial, tanto en presencia como en ausencia de fallos. Teniendo en cuenta lo citado, este trabajo se ha centrado en una arquitectura tolerante a fallos descentralizada (RADIC – Redundant Array of Distributed and Independant Controllers) que busca mantener las prestaciones iniciales y garantizar la menor sobrecarga posible para reconfigurar el sistema en caso de fallos. La implementación de esta arquitectura se ha llevado a cabo en la librería de paso de mensajes denominada Open MPI, la misma es actualmente una de las más utilizadas en el mundo científico para la ejecución de programas paralelos que utilizan una plataforma de paso de mensajes. Las pruebas iniciales demuestran que el sistema introduce mínima sobrecarga para llevar a cabo las tareas correspondientes a la tolerancia a fallos. MPI es un estándar por defecto fail-stop, y en determinadas implementaciones que añaden cierto nivel de tolerancia, las estrategias más utilizadas son coordinadas. En RADIC cuando ocurre un fallo el proceso se recupera en otro nodo volviendo a un estado anterior que ha sido almacenado previamente mediante la utilización de checkpoints no coordinados y la relectura de mensajes desde el log de eventos. Durante la recuperación, las comunicaciones con el proceso en cuestión deben ser retrasadas y redirigidas hacia la nueva ubicación del proceso. Restaurar procesos en un lugar donde ya existen procesos sobrecarga la ejecución disminuyendo las prestaciones, por lo cual en este trabajo se propone la utilización de nodos spare para la recuperar en ellos a los procesos que fallan, evitando de esta forma la sobrecarga en nodos que ya tienen trabajo. En este trabajo se muestra un diseño propuesto para gestionar de un modo automático y descentralizado la recuperación en nodos spare en un entorno Open MPI y se presenta un análisis del impacto en las prestaciones que tiene este diseño. Resultados iniciales muestran una degradación significativa cuando a lo largo de la ejecución ocurren varios fallos y no se utilizan spares y sin embargo utilizándolos se restablece la configuración inicial y se mantienen las prestaciones.

Eliminació autotròfica de nitrogen en una pila biològica (microbial fuel cells )

L’aigua i l’energia formen un binomi indissociable. En relació al cicle de l’aigua, des de fa varies dècades s’han desenvolupat diferents formes per recuperar part de l’energia relacionada amb l’aigua, per exemple a partir de centrals hidroelèctriques. No obstant, l’ús d’aquesta aigua també porta associat un gran consum energètic, relacionat sobretot amb el transport, la distribució, la depuració, etc... La depuració d’aigües residuals porta associada una elevada demanda energètica (Obis et al.,2009). En termes energètics, tot i que la despesa elèctrica d’una EDAR varia en funció de diferents paràmetres com la configuració i la capacitat de la planta, la càrrega a tractar, etc... es podria considerar que el rati mig seria d’ aproximadament 0.5 KWh•m-3.Els principals costos d’explotació estan relacionats tant amb la gestió de fangs (28%) com amb el consum elèctric (25%) (50% tractament biològic). Tot i que moltes investigacions relacionades amb el tractament d’aigua residual estan encaminades en disminuir els costos d’operació, des de fa poques dècades s’està investigant la viabilitat de que l’aigua residual fins i tot sigui una font d’energia, canviant la perspectiva, i començant a veure l’aigua residual no com a una problemàtica sinó com a un recurs. Concretament s’estima que l’aigua domèstica conté 9.3 vegades més energia que la necessària per el seu tractament mitjançant processos aerobis (Shizas et al., 2004). Un dels processos més desenvolupats relacionats amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica és la digestió anaeròbia. No obstant, aquesta tecnologia permet el tractament d’altes càrregues de matèria orgànica generant un efluent ric en nitrogen que s’haurà de tractar amb altres tecnologies. Per altre banda, recentment s’està investigant una nova tecnologia relacionada amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica: les piles biològiques (microbial fuel cells, MFC). Aquesta tecnologia permet obtenir directament energia elèctrica a partir de la degradació de substrats biodegradables (Rabaey et al., 2005). Les piles biològiques, més conegudes com a Microbial Fuel Cells (acrònim en anglès, MFC), són una emergent tecnologia que està centrant moltes mirades en el camp de l’ investigació, i que es basa en la producció d’energia elèctrica a partir de substrats biodegradables presents en l’aigua residual (Logan., 2008). Els fonaments de les piles biològiques és molt semblant al funcionament d’una pila Daniell, en la qual es separa en dos compartiments la reacció d’oxidació (compartiment anòdic) i la de reducció (compartiment catòdic) amb l’objectiu de generar un determinat corrent elèctric. En aquest estudi, bàsicament es mostra la posada en marxa d'una pila biològica per a l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals.

Exploration of geological variability and possible processes through the use of compositional data analysis: an example using scottish metamorphosed

Developments in the statistical analysis of compositional data over the last twodecades have made possible a much deeper exploration of the nature of variability,and the possible processes associated with compositional data sets from manydisciplines. In this paper we concentrate on geochemical data sets. First we explainhow hypotheses of compositional variability may be formulated within the naturalsample space, the unit simplex, including useful hypotheses of subcompositionaldiscrimination and specific perturbational change. Then we develop through standardmethodology, such as generalised likelihood ratio tests, statistical tools to allow thesystematic investigation of a complete lattice of such hypotheses. Some of these tests are simple adaptations of existing multivariate tests but others require specialconstruction. We comment on the use of graphical methods in compositional dataanalysis and on the ordination of specimens. The recent development of the conceptof compositional processes is then explained together with the necessary tools for astaying- in-the-simplex approach, namely compositional singular value decompositions. All these statistical techniques are illustrated for a substantial compositional data set, consisting of 209 major-oxide and rare-element compositions of metamorphosed limestones from the Northeast and Central Highlands of Scotland.Finally we point out a number of unresolved problems in the statistical analysis ofcompositional processes

Convex linear combination processes for compositions

Aitchison and Bacon-Shone (1999) considered convex linear combinations ofcompositions. In other words, they investigated compositions of compositions, wherethe mixing composition follows a logistic Normal distribution (or a perturbationprocess) and the compositions being mixed follow a logistic Normal distribution. Inthis paper, I investigate the extension to situations where the mixing compositionvaries with a number of dimensions. Examples would be where the mixingproportions vary with time or distance or a combination of the two. Practicalsituations include a river where the mixing proportions vary along the river, or acrossa lake and possibly with a time trend. This is illustrated with a dataset similar to thatused in the Aitchison and Bacon-Shone paper, which looked at how pollution in aloch depended on the pollution in the three rivers that feed the loch. Here, I explicitlymodel the variation in the linear combination across the loch, assuming that the meanof the logistic Normal distribution depends on the river flows and relative distancefrom the source origins

Intelligent PCA contribution analysis for quality estimation in batch processes. Application in a sequencing batch reactor for wastewater treatment

En aquest treball, es proposa un nou mètode per estimar en temps real la qualitat del producte final en processos per lot. Aquest mètode permet reduir el temps necessari per obtenir els resultats de qualitat de les anàlisi de laboratori. S'utiliza un model de anàlisi de componentes principals (PCA) construït amb dades històriques en condicions normals de funcionament per discernir si un lot finalizat és normal o no. Es calcula una signatura de falla pels lots anormals i es passa a través d'un model de classificació per la seva estimació. L'estudi proposa un mètode per utilitzar la informació de les gràfiques de contribució basat en les signatures de falla, on els indicadors representen el comportament de les variables al llarg del procés en les diferentes etapes. Un conjunt de dades compost per la signatura de falla dels lots anormals històrics es construeix per cercar els patrons i entrenar els models de classifcació per estimar els resultas dels lots futurs. La metodologia proposada s'ha aplicat a un reactor seqüencial per lots (SBR). Diversos algoritmes de classificació es proven per demostrar les possibilitats de la metodologia proposada.

A Formal Framework for Specifying, Reusing and Implementing Learning Processes. First level

This file contains the ontology of patterns of educational settings, as part of the formal framework for specifying, reusing and implementing educational settings. Furthermore, it includes the set of rules that extend the ontology of educational scenarios as well as a brief description of the level of patters of such ontological framework.

The chemical variability at the surface of Mars: implications for exogenic processes

The chemical composition of sediments and rocks, as well as their distribution at theMartian surface, represent a long term archive of processes, which have formed theplanetary surface. A survey of chemical compositions by means of Compositional DataAnalysis represents a valuable tool to extract direct evidence for weathering processesand allows to quantify weathering and sedimentation rates. clr-biplot techniques areapplied for visualization of chemical relationships across the surface (“chemical maps”).The variability among individual suites of data is further analyzed by means of clr-PCA,in order to extract chemical alteration vectors between fresh rocks and their crusts andfor an assessment of different source reservoirs accessible to soil formation. Bothtechniques are applied to elucidate the influence of remote weathering by combinedanalysis of several soil forming branches. Vector analysis in the Simplex provides theopportunity to study atmosphere surface interactions, including the role andcomposition of volcanic gases

The analysis of the framing processes of the Basque peace movement: The way Lokarri and Gesto por la Paz changed society

During more than 20 years organisations like Gesto por la Paz and Lokarri had been trying to change the social approach to violence, instilling values of peace and dialogue. This working paper defends the idea that the work of these two organisations is key to understand the end of ETA violence and the lack of support that political violence has in the Basque Country. It develops the Basque peace frame generated by this movement and explains how this frame is present in the different levels of Basque society, changing the way political collective identities are negotiated in the Basque Country. Ultimately, their effort is to propose another way of doing politics, one where nationalism and violence are not intrinsically united, escaping from the polarization and confrontation that were in place during the 80s-90s.

Continuous-time formulation of reaction-diffusion processes on heterogeneous metapopulations

We present the derivation of the continuous-time equations governing the limit dynamics of discrete-time reaction-diffusion processes defined on heterogeneous metapopulations. We show that, when a rigorous time limit is performed, the lack of an epidemic threshold in the spread of infections is not limited to metapopulations with a scale-free architecture, as it has been predicted from dynamical equations in which reaction and diffusion occur sequentially in time

Irreversible thermodynamics of Poisson processes with reaction

A kinetic model is derived to study the successive movements of particles, described by a Poisson process, as well as their generation. The irreversible thermodynamics of this system is also studied from the kinetic model. This makes it possible to evaluate the differences between thermodynamical quantities computed exactly and up to second-order. Such differences determine the range of validity of the second-order approximation to extended irreversible thermodynamics

Speed of reaction-transport processes

We present an approach to determining the speed of wave-front solutions to reaction-transport processes. This method is more accurate than previous ones. This is explicitly shown for several cases of practical interest: (i) the anomalous diffusion reaction, (ii) reaction diffusion in an advective field, and (iii) time-delayed reaction diffusion. There is good agreement with the results of numerical simulations

Multifunctionality and Diversity in Bacterial Biofilms

Bacteria are highly diverse and drive a bulk of ecosystem processes. Analysis of relationships between diversity and single specific ecosystem processes neglects the possibility that different species perform multiple functions at the same time. The degradation of dissolved organic carbon (DOC) followed by respiration is a key bacterial function that is modulated by the availability of DOC and the capability to produce extracellular enzymes. In freshwater ecosystems, biofilms are metabolic hotspots and major sites of DOC degradation. We manipulated the diversity of biofilm forming communities which were fed with DOC differing in availability. We characterized community composition using molecular fingerprinting (T-RFLP) and measured functioning as oxygen consumption rates, the conversion of DOC in the medium, bacterial abundance and the activities of five specific enzymes. Based on assays of the extracellular enzyme activity, we calculated how the likelihood of sustaining multiple functions was affected by reduced diversity. Carbon source and biofilm age were strong drivers of community functioning, and we demonstrate how the likelihood of sustaining multifunctionality decreases with decreasing diversity

Slope processes in changing permafrost environments: a geomorphological and sedimentological approach

Estudi realitzat a partir d’una estada al Centro de Estudos Geograficos de la Universidade de Lisboa, Portugal, entre 2011 i 2012. En aquest grup he desenvolupat la meva recerca focalitzada en ambients polars en presència de permafrost, concretament centrada en l’extrem nord-occidental de la Península Antàrtica (Shetland del Sud) i a l’Alt Àrtic (Svalvard). Ambdós àrees han registrat un augment de temperatura molt significatiu les darreres dècades. La meva recerca ha contemplat l’anàlisi de registres sedimentaris (lacustres, eòlics, vessant) i la monitorització de processos geomorfològics actuals a fi efecte d’entendre la dinàmica ambiental present i passada (i.e. clima). Amb aquesta finalitat he realitzat tres campanyes de treball de camp a l’Antàrtida i dues a l’Àrtic. El posterior treball de laboratori i d’oficina està propiciant nombroses publicacions que donen fe dels èxits assolits. A més, cal enfatitzar altres activitats desenvolupades durant la BP-A: coneixement de com organitzar i gestionar una campanya antàrtica, docència universitària, participació en comitès, associacions i tribunals de tesis doctorals, organització i participació en nombroses conferències, treball de camp en noves àrees d’estudi, referee per revistes internacionals, etc. Tanmateix, la concessió del projecte de recerca HOLOANTAR, del qual en sóc l’Investigador Responsable, ha estat l’èxit més important d’aquesta estada. Aquest projecte m’està conferint la capacitat de gestionar i integrar la recerca de 16 investigadors de diferents nacionalitats des d’una perspectiva multidisciplinar. Tothora, cal remarcar que no s’ha assolit un dels èxits que pretenia el meu projecte de BP-A: la transferència del bagatge i coneixement adquirit al sistema de recerca català. Malgrat haver presentat la meva candidatura per un contracte BP-B per tal que aquest background après a l’estranger revertís a Catalunya, el procés de selecció emprat en la convocatòria ho ha impedit i m’obliga a continuar la meva recerca a l’estranger.

On the term structure of Interbank interest rates: Jump-diffusion processes and option pricing

In this paper we study the dynamic behavior of the term structureof Interbank interest rates and the pricing of options on interest ratesensitive securities. We posit a generalized single factor model withjumps to take into account external influences in the market. Daily datais used to test for jump effects. Qualitative examination of the linkagebetween Monetary Authorities' interventions and jumps are studied. Pricingresults suggests a systematic underpricing in bonds and call options ifthe jumps component is not included. However, the pricing of put optionson bonds presents indeterminacies.