Integrating software testing and run-time checking in an assertion verification framework

We have designed and implemented a framework that unifies unit testing and run-time verification (as well as static verification and static debugging). A key contribution of our approach is that a unified assertion language is used for all of these tasks. We first propose methods for compiling runtime checks for (parts of) assertions which cannot be verified at compile-time via program transformation. This transformation allows checking preconditions and postconditions, including conditional postconditions, properties at arbitrary program points, and certain computational properties. The implemented transformation includes several optimizations to reduce run-time overhead. We also propose a minimal addition to the assertion language which allows defining unit tests to be run in order to detect possible violations of the (partial) specifications expressed by the assertions. This language can express for example the input data for performing the unit tests or the number of times that the unit tests should be repeated. We have implemented the framework within the Ciao/CiaoPP system and effectively applied it to the verification of ISO-prolog compliance and to the detection of different types of bugs in the Ciao system source code. Several experimental results are presented that ¡Ilústrate different trade-offs among program size, running time, or levéis of verbosity of the messages shown to the user.

A generator of efficient abstract machine implementations and its application to emulator minimization

The implementation of abstract machines involves complex decisions regarding, e.g., data representation, opcodes, or instruction specialization levéis, all of which affect the final performance of the emulator and the size of the bytecode programs in ways that are often difficult to foresee. Besides, studying alternatives by implementing abstract machine variants is a time-consuming and error-prone task because of the level of complexity and optimization of competitive implementations, which makes them generally difficult to understand, maintain, and modify. This also makes it hard to genérate specific implementations for particular purposes. To ameliorate those problems, we propose a systematic approach to the automatic generation of implementations of abstract machines. Different parts of their definition (e.g., the instruction set or the infernal data and bytecode representation) are kept sepárate and automatically assembled in the generation process. Alternative versions of the abstract machine are therefore easier to produce, and variants of their implementation can be created mechanically, with specific characteristics for a particular application if necessary. We illustrate the practicality of the approach by reporting on an implementation of a generator of production-quality WAMs which are specialized for executing a particular fixed (set of) program(s). The experimental results show that the approach is effective in reducing emulator size.

Some methodological issues in the design of CIAO - A generic, parallel concurrent constraint system

We informally discuss several issues related to the parallel execution of logic programming systems and concurrent logic programming systems, and their generalization to constraint programming. We propose a new view of these systems, based on a particular definition of parallelism. We argüe that, under this view, a large number of the actual systems and models can be explained through the application, at different levéis of granularity, of only a few basic principies: determinism, non-failure, independence (also referred to as stability), granularity, etc. Also, and based on the convergence of concepts that this view brings, we sketch a model for the implementation of several parallel constraint logic programming source languages and models based on a common, generic abstract machine and an intermedíate kernel language.

An overview of the ciao multiparadigm language and program development environment and its design philosophy

We describe some of the novel aspects and motivations behind the design and implementation of the Ciao multiparadigm programming system. An important aspect of Ciao is that it provides the programmer with a large number of useful features from different programming paradigms and styles, and that the use of each of these features can be turned on and off at will for each program module. Thus, a given module may be using e.g. higher order functions and constraints, while another module may be using objects, predicates, and concurrency. Furthermore, the language is designed to be extensible in a simple and modular way. Another important aspect of Ciao is its programming environment, which provides a powerful preprocessor (with an associated assertion language) capable of statically finding non-trivial bugs, verifying that programs comply with specifications, and performing many types of program optimizations. Such optimizations produce code that is highly competitive with other dynamic languages or, when the highest levéis of optimization are used, even that of static languages, all while retaining the interactive development environment of a dynamic language. The environment also includes a powerful auto-documenter. The paper provides an informal overview of the language and program development environment. It aims at illustrating the design philosophy rather than at being exhaustive, which would be impossible in the format of a paper, pointing instead to the existing literature on the system.

Some methodological issues in the design of CIAO, a generic, parallel concurrent constraint system

We informally discuss several issues related to the parallel execution of logic programming systems and concurrent logic programming systems, and their generalization to constraint programming. We propose a new view of these systems, based on a particular definition of parallelism. We argüe that, under this view, a large number of the actual systems and models can be explained through the application, at different levéis of granularity, of only a few basic principies: determinism, non-failure, independence (also referred to as stability), granularity, etc. Also, and based on the convergence of concepts that this view brings, we sketch a model for the implementation of several parallel constraint logic programming source languages and models based on a common, generic abstract machine and an intermedíate kernel language.

Jerónimo Sánchez Carranza y la Escuela Española de Esgrima

El deporte de la esgrima no siempre ha sido considerado como actualmente se conoce, ni tampoco el empleo de las armas ha sido el mismo en las diferentes épocas de la historia. Si nos centramos en la española, podemos decir que se hablaba de una forma particular de hacer esgrima, la cual era muy apreciada por el resto de los países europeos. También lo era la que se hacía en Italia. Como cualquier actividad que se desarrolla a lo largo del tiempo debe generarse desde unos comienzos. Estos comienzos siempre están en relación a alguna causa. Para centrarnos en nuestro estudio, los comienzos del manejo de la espada, de una manera lógica y razonada, se une en la persona y en la vida de Jerónimo Sánchez Carranza porque hasta que él no se decide a estudiar en profundidad la ciencia de las armas, no se ve con claridad si todo lo que se hacía con ellas era correcto o no y si todo lo que la inmensa mayoría hacía cuando tenía que utilizarlas estaba revestido de cierta coherencia y fundamento, es decir, tenía su verdad que se pudiera demostrar. Carranza estudia la esgrima que se empleaba en su época y en las anteriores y se da cuenta que tiene que dar una nueva visión de la forma de usar las armas, diferente a lo que la gran mayoría entendía hasta entonces. A Carranza se le ha considerado por muchos autores como el inventor de la esgrima española, hecho que se puede leer con bastante facilidad si se hojea algún tratado que hable de la esgrima española, sin embargo también se habla de Luis Pacheco de Narváez asignándole el mismo calificativo, aunn- ;o es posteriora Carranza. or tanto nuestro estudio se ha centrado en la vida de Jerónimo Sánchez Carranza y en ueva forma de emplear las armas por lo que hace que la tesis sea una tesis biográfica de dicho personaje, donde se ha resaltado mucho más el aspecto del manejo de las armas, de la Destreza. Partimos de las siguientes hipótesis: Carranza es el que sienta los principios técnicos dando forma y coherencia a la escuela de esgrima española gracias a sus aportaciones en los distintos aspectos metodológicos, técnicos y tácticos. La escuela de esgrima española tiene una estructura interna, responde a unas características determinadas y sirve de base a la esgrima que posteriormente se practica. Para que el estudio se pudiera llevar a cabo tuvimos que diseñar un esquema donde se pudieran recoger todos los aspectos que estuvieran relacionados con nuestro autor, de ahí surge el porqué de cada uno de los capítulos que hemos confeccionado. Dicho esquema responde a la visión actual de diferentes facetas de lo que hoy se estudia en diversas ciencias y que cuando Carranza vivía aún no se conocían. Para recoger información sobre su persona y su obra tuvimos en cuenta los distintos lugares donde se podía localizar la documentación necesaria, sobre todo Bibliotecas y Archivos, para ir confeccionando el método de trabajo que consistió en la recopilación de fuentes de todo tipo referidas al tema, pasando luego a la interpretación de las mismas. Esto nos dio una visión de conjunto que hizo que nos adentráramos en aquellos aspectos que más tarde tendríamos que analizar con mucho más detenimiento. En la tesis se puede observar dos partes bien diferenciadas que son las relacionadas; por un lado, a su vida y su tratado y, por otro, al contenido de sus teorías que son realmente las que se deben analizar necesariamente bajo unos conocimientos específicos de la actividad de la esgrima. En cuanto a su vida, se han destacado y estudiado los hechos más importantes de los que hay que resaltar, sobre todo, el que fuera considerado como el inventor de la destreza y de la manera tan particular de concebir dicho arte, diferente a lo que hasta ahora se venía haciendo y que dio paso a lo que se entendió por esgrima científica, quedando plasmada de tal manera que dio pie a la creación de una doctrina y una nueva forma de entender la esgrima la cual generó una línea de actuación que fue continuada por numerosos seguidores. Para todo ello tuvo mucho que ver el que Carranza fuera militar, la cultura y los estudios que poseía, así como la situación en la que se encontraba España además de la gente con quien se relacionaba, que por lo general, era gente culta y de clase social alta. Se ha estudiado también dentro del mismo apartado de su vida unos hechos que se le imputan y que en nuestra opinión son erróneos. Hemos considerado como más relevantes el que Carranza no fue quien riñó con Quevedo como se afirma en algunas de las obras que hemos tratado, sino que fue Pacheco quien tuvo dicha riña, ya que más bien Quevedo se mostraba partidario de las enseñanzas de Carranza, estando en contra de Pacheco. Tampoco fue quien inventó el florete como se dice en algunas ocasiones, ya que el florete aparece posteriormente como un arma de estudio de la técnica de la esgrima. Con respecto al apartado de su obra, se debe decir que tan solo escribió un único tratado que se publicó en 1582, aunque estaba acabado desde el año 1569. En el apartado de su escuela se debe destacar los fundamentos en los que basó sus postulados para que la destreza alcanzara el mismo nivel de las demás artes liberales y que lo hizo a través del estudio de la propia destreza. A lo largo del estudio que hemos realizado se puede apreciar cómo se está generando un arte que hasta ahora no había sido estudiado, viéndose los problemas que ello suponía, desde la organización de la materia a tratar, hasta cómo se debía enseñar, pasando a veces a tener que denominar conceptos de nueva aparición o renombrar y modificar antiguos que estaban anclados en puntos de partida equivocados, siendo éstos los que mayor trabajo le supuso. Diferencia bien dos aspectos básicos que debían existir en cualquier arte y más concretamente en la destreza que son: la teoría y la práctica, ambas deben estar en base a la razón ya que sería una de las formas por la que la destreza perduraría en el tiempo, junto con que esta razón estuviera apoyada en otras ciencias y con los principios de ellas. Carranza fue de la opinión de que el diestro debía conocer mediante el estudio, los elementos fundamentales con los que había que trabajar la destreza, estos elementos son el cuerpo del diestro y las armas, porque ambos van a intervenir en cualquier gesto o acción que se vaya a realizar. Del cuerpo estudió cada una de las partes que más importancia tiene cada vez que el diestro interviene y lo hace sobre todo en base a la medicina, relacionándolo con las matemáticas para poder sacar el máximo provecho, aconsejando que por el conocimiento del propio cuerpo, como el del contrario, se podrá emplear en determinadas situaciones, que si no se supiera de ello, no se sacaría el mismo resultado. De las armas lo que más resaltó fue, por un lado, que la espada debía ser el único arma que el diestro debía utilizar y, por otro, el hecho de que la espada la graduara para poder demostrar que no se hacia todo igual con las distintas partes de la misma porque no todo el arma tenía las mismas propiedades cuando se actuaba con ella. Una de las recomendaciones que dio fue que con la parte más próxima a la empuñadura se debía practicar la defensa por tener más fuerza con esta parte que con la punta y lo demostró con principios matemáticos. Se puede ver con la lectura de la tesis cómo Carranza aporta una nueva forma de trabajo en la que le da mucha importancia a la aplicación de los conocimientos, que previamente se han adquirido y para ello, es importante conocer bien los puntos fuertes y débiles del adversario. La adquisición de la práctica se debe realizar a través de la repetición para crear el hábito necesario que haga que el gesto salga fluido en cada uno de los movimientos que el diestro ejecute. Todo esto no sería posible si quien lo enseña no conoce cada uno de los elementos que intervienen en la destreza, por tanto, a la figura del maestro le da un lugar de una gran relevancia, ya que va a ser él quien tenga que guiar a los alumnos que enseñe. Lo primero que debe hacer los maestros es procurar saber lo máximo de la materia que va a enseñar, por lo que el maestro debe saber casi todo sobre la teoría y la práctica de la destreza, pero además esta teoría y práctica debe ser la correcta. Carranza persigue con su estudio, establecer los principios de la destreza, por lo menos, los más importantes, aunque fueran elementales, para que posteriormente se siguiera trabajando sobre ellos y poder conseguir que la destreza tenga cuerpo y forma de arte liberal, pudiéndose estudiar como cualquier otra, así de esta manera se haría un bien público, ya que los jóvenes se instruirían eficazmente en el uso de las armas, aunque el verdadero fin se encuentra en la conservación de la vida como manda la Fe Católica, siendo la destreza uno de los medios más eficaces para conseguirlo. Hemos dedicado un apartado de técnica y de táctica donde se refleja todo lo relacionado con las posiciones y movimientos que debe realizar el diestro para llegar a conseguir su objetivo, que es herir sin ser herido. Se han analizado las distintas tretas y el porqué de cada una desde el punto de vista del gesto y del movimiento. Si lo que se hace en destreza se relaciona con el adversario, nos adentramos en el terreno de la táctica donde se han estudiado como más importantes los conceptos del tiempo y la distancia, así como las energías que debe conservar el diestro para poder llevar a cabo un combate y del mismo salir victorioso sin llegar al agotamiento. Concluimos diciendo que de todo el estudio que se ha realizado, se ha podido comprobar que Carranza fue quien dotó a la destreza de unos principios técnicos, tácticos y metodológicos, por su forma de concebir este nuevo arte, así como que por la manera en que estableció sus teorías hizo que la destreza que se practicaba en España disfrutara de una estructura interna coherente que perduró a través de los años. SUMMARY The sport of fencing has not always been the respected sport that we know it to be today ñor has the use of weapons been the same throughout history. If we concéntrate on Spainish weapons, we can say that one particular type of sword ¡s spoken about. this sword being very respected by outher European countries, it was also the one that was respected and used in Italy. As with any activity that develops in time, it must evlove from some simple beginnings. Such basics beginnings are always in relation to a cause. To concéntrate on our study, the beginnings are, the use of the sword in a reasoned and logical manner, brought together in the life and times of Jerónimo Sánchez Carranza because until he decided to study in depth the science of weapons, we cannot see with calrity if their use was correct or not and if the vast majority , when they had to use them, used any foundation or coherence, that ¡s to say if any exactness of logical use could be demonstrated. Carranza studied the sword used in his time and those that had gone before, bearing in mind that he had a new visión of the form of use of weapons, different to what the vast majority had until then understood. Carranza has been considered by many historians as the inventor of the Spanish sword, a fact which can be seen with relative ease if one flicks through any work which deals with the Spanish sword, however, they also speak of Luis Pacheco de Narváez affording him the same title, even though he followed Carranza. In ar H our study has been centred on the life of Jerónimo Sánchez Carranza and his ne-" use of weapons. In effect this thesis is a biographical thesis of the said wherein the aspect of the use of weapons stands out more than their mastery. Given the following hypothesis: It was Carranza who evolved the first techniques giving form and coherence to the .Spanish School of Fencing, thanks to his contributions to the different aspects of method, íechnique and tactic. The Spanish School of Fencing had an ¡nternal structure anaswerable to pre-detremined characteristics and served as a base for the fencing that was to, in later days, be practised. For this study to come to a head, we had to design a plan wherein we could collate all of the aspects we could, related to our inventor. From there springs the reason for each of the chapters that we have put together. The said plan responding to the actual visión of different facets that are studied today in different sciences, that were not known in Carranza's lifetime. To collect information on his person and his works we bore in mind the different places in which we could lócate the necessary documentation, above all in libraries and archives. Developing the work-method that consisted in extracing from every source, every thing relative to the theme, re-writing later our interpretation of the same. This brought us closer and made us focus of those aspects that much later we would have to analize in greater detail. In the thesis one can observe two defferent parts that are related; on the one hand his life and works and on the other his theories, which are those that should be really analised and as such, necessarily analised within the confines of a specific knowledge of fencing. In that his life has been isolated and studied the most important facts that stand out above all, is that he was considered to be the inventor of swordmanship and the particular manner of interpreting the said art, different to its interpretaion uptil then. It gave a footing to what they understood as scientific fencing, giving shape and form to the creation of a doctrine and a new form of fencing which developed a line of action that was continued by numerious followers. For all that, much had to do with the facts that Carranza was a military man, the culture, the level of studies he had and the situation in which he found himself. What's more the people with whom he mixed were, in general, cultured and of high social standing. We have also seen in the same article on his life some dubious facts which in our opinión are erróneos. We have considered the most relevent to be that it wasnt Carranza who was in dispute with Quevedo as is stated in some of the works with which we have dealt but rather it was with Pacheco he had such disputes. What's more Quevedo demonstrated his partiality to the teachings of Carranza, going against Pacheco ñor was it him who invented The Florete, a famous Spanish sword, as was said on some ocassions, eventhough the florete appeared later as a weapon in the study of fencing technique. With respect to the article on his works, we must say that there was only one article which was published in 1582, even though it was finished in 1569. In the article on his life one must distinguish between the foundations on which he based his teachings in which swordmanship reached the same levéis as other libral art forms and what he did through the study of the self same mastery. Throughout the study which we have done, one can appreciate how he was developing an art which uptill then had not been studied, seeing for himself the problems he had fortold, from the organisation of materials at hand to how it should be taught, at times having to domínate comparative concepts again or clarify and modify ones which were anchored in erróneos points of a fencing match, feeling these to be the main forseeable jobs-at-hand. Differenciating between two basic concepts which must exist in whatever arte form and more concretly in the skill that is; the theory and practice , both being fundamental to the reason why the skill endured through time, together with this reason he was supported by other sciences and the beginnings of such. Carranza was of the opinión that the swordsman must acquired by way of study, the fundemental elements with which he had to work, these elements being the body of the swordsman and the weapons, because both were going to intervene in whatever movement or action that was going to be taken. The body studied, each of the parts having more importance each time the skill intervened and above all what it did based on medicne relating it to matemathics to exact the máximum advantage, one could employ in certain circumstances, that if they were not employed, the same advantages would not result. On weapons, what resulted best was, on the one hand, the sword should be the only weapon that the swordsman should use and on the other hand, the sword should be graded to show that one cannot do the same with the different parts of the same because not all of the weapon had the same properties when used. One of the recomendations he made was that the part nearest to the hand-guard should be used for defence because one could use more forcé with it than the point and he demonstrated this with mathematical principies. One can see on reading this thesis how Carranza brought forth a new work form, in which he put much importance on the application of experience that had previously been acquired and because of it, it was important to know well the strenghts and weaknesses of an adversery. The acquisition of technique should be realised through repetition to form the habit necessary for movement to flow freely each time the swordsman executed a movement. None of this would be possible if whoever was teaching did not know each one of the elements that intervened, affording the fencing master a great reverence, in that it was he who had to guide the students he was to teach. The first thing that the master had to do was to make sure he had the maximun knowledge over which he was going to teach, to that end, the master had to know almost everything about the theory and practice of the skill of fencing but what's more that such theory and practice had to be the correct one. Carranza persued his studies, establishing the principies of technique, at least, the most important ones even though they were elementary, so that later they could continué working on them and it could be seen that the technique had a shape and form of any other art form, allowing it to be studied like any other form, as such it had a good following, even young people could be instructed in the correct use of weapons, however the real end could be found in the conservaron of life as ordered by the Catholic Church, feeling that skill with the sword was one of the most effective methods for assuring it. We have dedicated an article to technique and tactics wherein is reflected everything related to positions and movement that the swordsman must do to achieve his objective, that is, wound without being wounded. We have analised the different tricks and the reasons from every point of view of movement and action. If what is done by technique is related with the adversery we enter in the territory of tactics wherein we have studied, most importantly, the concepts of time and distance just as, the energy the swordsman muse conserve to bring to a head a bout and arrive victorious without being exhausted. We conclude by saying that everything that has been realised by this study, has shown that it was Carranza who gave to the skill, the first basic techniques, tactics and methodology, by his conception of this new art form, just as the manner in which he established his theories, made possible the tecnhiques practiced in Spain would enjoy an intemal coherent structure, which would endure throughout the years.

Unificación de los protocolos de multipunto fiable optimizando la escalabilidad y el retardo

Las aplicaciones distribuidas que precisan de un servicio multipunto fiable son muy numerosas, y entre otras es posible citar las siguientes: bases de datos distribuidas, sistemas operativos distribuidos, sistemas de simulación interactiva distribuida y aplicaciones de distribución de software, publicaciones o noticias. Aunque en sus orígenes el dominio de aplicación de tales sistemas distribuidos estaba reducido a una única subred (por ejemplo una Red de Área Local) posteriormente ha surgido la necesidad de ampliar su aplicabilidad a interredes. La aproximación tradicional al problema del multipunto fiable en interredes se ha basado principalmente en los dos siguientes puntos: (1) proporcionar en un mismo protocolo muchas garantías de servicio (por ejemplo fiabilidad, atomicidad y ordenación) y a su vez algunas de éstas en distintos grados, sin tener en cuenta que muchas aplicaciones multipunto que precisan fiabilidad no necesitan otras garantías; y (2) extender al entorno multipunto las soluciones ya adoptadas en el entorno punto a punto sin considerar las características diferenciadoras; y de aquí, que se haya tratado de resolver el problema de la fiabilidad multipunto con protocolos extremo a extremo (protocolos de transporte) y utilizando esquemas de recuperación de errores, centralizados (las retransmisiones se hacen desde un único punto, normalmente la fuente) y globales (los paquetes solicitados se vuelven a enviar al grupo completo). En general, estos planteamientos han dado como resultado protocolos que son ineficientes en tiempo de ejecución, tienen problemas de escalabilidad, no hacen un uso óptimo de los recursos de red y no son adecuados para aplicaciones sensibles al retardo. En esta Tesis se investiga el problema de la fiabilidad multipunto en interredes operando en modo datagrama y se presenta una forma novedosa de enfocar el problema: es más óptimo resolver el problema de la fiabilidad multipunto a nivel de red y separar la fiabilidad de otras garantías de servicio, que pueden ser proporcionadas por un protocolo de nivel superior o por la propia aplicación. Siguiendo este nuevo enfoque se ha diseñado un protocolo multipunto fiable que opera a nivel de red (denominado RMNP). Las características más representativas del RMNP son las siguientes; (1) sigue una aproximación orientada al emisor, lo cual permite lograr un grado muy alto de fiabilidad; (2) plantea un esquema de recuperación de errores distribuido (las retransmisiones se hacen desde ciertos encaminadores intermedios que siempre estarán más cercanos a los miembros que la propia fuente) y de ámbito restringido (el alcance de las retransmisiones está restringido a un cierto número de miembros). Este esquema hace posible optimizar el retardo medio de distribución y disminuir la sobrecarga introducida por las retransmisiones; (3) incorpora en ciertos encaminadores funciones de agregación y filtrado de paquetes de control, que evitan problemas de implosión y reducen el tráfico que fluye hacia la fuente. Con el fin de evaluar el comportamiento del protocolo diseñado, se han realizado pruebas de simulación obteniéndose como principales conclusiones que, el RMNP escala correctamente con el tamaño del grupo, hace un uso óptimo de los recursos de red y es adecuado para aplicaciones sensibles al retardo.---ABSTRACT---There are many distributed applications that require a reliable multicast service, including: distributed databases, distributed operating systems, distributed interactive simulation systems and distribution applications of software, publications or news. Although the application domain of distributed systems of this type was originally confíned to a single subnetwork (for example, a Local Área Network), it later became necessary extend their applicability to internetworks. The traditional approach to the reliable multicast problem in internetworks is based mainly on the following two points: (1) provide a lot of service guarantees in one and the same protocol (for example, reliability, atomicity and ordering) and different levéis of guarantee in some cases, without taking into account that many multicast applications that require reliability do not need other guarantees, and (2) extend solutions adopted in the unicast environment to the multicast environment without taking into account their distinctive characteristics. So, the attempted solutions to the multicast reliability problem were end-to-end protocols (transport protocols) and centralized error recovery schemata (retransmissions made from a single point, normally the source) and global error retrieval schemata (the requested packets are retransmitted to the whole group). Generally, these approaches have resulted in protocols that are inefficient in execution time, have scaling problems, do not make optimum use of network resources and are not suitable for delay-sensitive applications. Here, the multicast reliability problem is investigated in internetworks operating in datagram mode and a new way of approaching the problem is presented: it is better to solve to the multicast reliability problem at network level and sepárate reliability from other service guarantees that can be supplied by a higher protocol or the application itself. A reliable multicast protocol that operates at network level (called RMNP) has been designed on the basis of this new approach. The most representative characteristics of the RMNP are as follows: (1) it takes a transmitter-oriented approach, which provides for a very high reliability level; (2) it provides for an error retrieval schema that is distributed (the retransmissions are made from given intermedíate routers that will always be closer to the members than the source itself) and of restricted scope (the scope of the retransmissions is confined to a given number of members), and this schema makes it possible to optimize the mean distribution delay and reduce the overload caused by retransmissions; (3) some routers include control packet aggregation and filtering functions that prevent implosión problems and reduce the traffic flowing towards the source. Simulation test have been performed in order to evalúate the behaviour of the protocol designed. The main conclusions are that the RMNP scales correctly with group size, makes optimum use of network resources and is suitable for delay-sensitive applications.

Aportación al análisis de espectros de radiación: estructuras y algoritmos

A lo largo del presente trabajo se investiga la viabilidad de la descomposición automática de espectros de radiación gamma por medio de algoritmos de resolución de sistemas de ecuaciones algebraicas lineales basados en técnicas de pseudoinversión. La determinación de dichos algoritmos ha sido realizada teniendo en cuenta su posible implementación sobre procesadores de propósito específico de baja complejidad. En el primer capítulo se resumen las técnicas para la detección y medida de la radiación gamma que han servido de base para la confección de los espectros tratados en el trabajo. Se reexaminan los conceptos asociados con la naturaleza de la radiación electromagnética, así como los procesos físicos y el tratamiento electrónico que se hallan involucrados en su detección, poniendo de relieve la naturaleza intrínsecamente estadística del proceso de formación del espectro asociado como una clasificación del número de detecciones realizadas en función de la energía supuestamente continua asociada a las mismas. Para ello se aporta una breve descripción de los principales fenómenos de interacción de la radiación con la materia, que condicionan el proceso de detección y formación del espectro. El detector de radiación es considerado el elemento crítico del sistema de medida, puesto que condiciona fuertemente el proceso de detección. Por ello se examinan los principales tipos de detectores, con especial hincapié en los detectores de tipo semiconductor, ya que son los más utilizados en la actualidad. Finalmente, se describen los subsistemas electrónicos fundamentales para el acondicionamiento y pretratamiento de la señal procedente del detector, a la que se le denomina con el término tradicionalmente utilizado de Electrónica Nuclear. En lo que concierne a la espectroscopia, el principal subsistema de interés para el presente trabajo es el analizador multicanal, el cual lleva a cabo el tratamiento cualitativo de la señal, y construye un histograma de intensidad de radiación en el margen de energías al que el detector es sensible. Este vector N-dimensional es lo que generalmente se conoce con el nombre de espectro de radiación. Los distintos radionúclidos que participan en una fuente de radiación no pura dejan su impronta en dicho espectro. En el capítulo segundo se realiza una revisión exhaustiva de los métodos matemáticos en uso hasta el momento ideados para la identificación de los radionúclidos presentes en un espectro compuesto, así como para determinar sus actividades relativas. Uno de ellos es el denominado de regresión lineal múltiple, que se propone como la aproximación más apropiada a los condicionamientos y restricciones del problema: capacidad para tratar con espectros de baja resolución, ausencia del concurso de un operador humano (no supervisión), y posibilidad de ser soportado por algoritmos de baja complejidad capaces de ser instrumentados sobre procesadores dedicados de alta escala de integración. El problema del análisis se plantea formalmente en el tercer capítulo siguiendo las pautas arriba mencionadas y se demuestra que el citado problema admite una solución en la teoría de memorias asociativas lineales. Un operador basado en este tipo de estructuras puede proporcionar la solución al problema de la descomposición espectral deseada. En el mismo contexto, se proponen un par de algoritmos adaptativos complementarios para la construcción del operador, que gozan de unas características aritméticas especialmente apropiadas para su instrumentación sobre procesadores de alta escala de integración. La característica de adaptatividad dota a la memoria asociativa de una gran flexibilidad en lo que se refiere a la incorporación de nueva información en forma progresiva.En el capítulo cuarto se trata con un nuevo problema añadido, de índole altamente compleja. Es el del tratamiento de las deformaciones que introducen en el espectro las derivas instrumentales presentes en el dispositivo detector y en la electrónica de preacondicionamiento. Estas deformaciones invalidan el modelo de regresión lineal utilizado para describir el espectro problema. Se deriva entonces un modelo que incluya las citadas deformaciones como una ampliación de contribuciones en el espectro compuesto, el cual conlleva una ampliación sencilla de la memoria asociativa capaz de tolerar las derivas en la mezcla problema y de llevar a cabo un análisis robusto de contribuciones. El método de ampliación utilizado se basa en la suposición de pequeñas perturbaciones. La práctica en el laboratorio demuestra que, en ocasiones, las derivas instrumentales pueden provocar distorsiones severas en el espectro que no pueden ser tratadas por el modelo anterior. Por ello, en el capítulo quinto se plantea el problema de medidas afectadas por fuertes derivas desde el punto de vista de la teoría de optimización no lineal. Esta reformulación lleva a la introducción de un algoritmo de tipo recursivo inspirado en el de Gauss-Newton que permite introducir el concepto de memoria lineal realimentada. Este operador ofrece una capacidad sensiblemente mejorada para la descomposición de mezclas con fuerte deriva sin la excesiva carga computacional que presentan los algoritmos clásicos de optimización no lineal. El trabajo finaliza con una discusión de los resultados obtenidos en los tres principales niveles de estudio abordados, que se ofrecen en los capítulos tercero, cuarto y quinto, así como con la elevación a definitivas de las principales conclusiones derivadas del estudio y con el desglose de las posibles líneas de continuación del presente trabajo.---ABSTRACT---Through the present research, the feasibility of Automatic Gamma-Radiation Spectral Decomposition by Linear Algebraic Equation-Solving Algorithms using Pseudo-Inverse Techniques is explored. The design of the before mentioned algorithms has been done having into account their possible implementation on Specific-Purpose Processors of Low Complexity. In the first chapter, the techniques for the detection and measurement of gamma radiation employed to construct the spectra being used throughout the research are reviewed. Similarly, the basic concepts related with the nature and properties of the hard electromagnetic radiation are also re-examined, together with the physic and electronic processes involved in the detection of such kind of radiation, with special emphasis in the intrinsic statistical nature of the spectrum build-up process, which is considered as a classification of the number of individual photon-detections as a function of the energy associated to each individual photon. Fbr such, a brief description of the most important matter-energy interaction phenomena conditioning the detection and spectrum formation processes is given. The radiation detector is considered as the most critical element in the measurement system, as this device strongly conditions the detection process. Fbr this reason, the characteristics of the most frequent detectors are re-examined, with special emphasis on those of semiconductor nature, as these are the most frequently employed ones nowadays. Finally, the fundamental electronic subsystems for preaconditioning and treating of the signal delivered by the detector, classically addresed as Nuclear Electronics, is described. As far as Spectroscopy is concerned, the subsystem most interesting for the scope covered by the present research is the so-called Multichannel Analyzer, which is devoted to the cualitative treatment of the signal, building-up a hystogram of radiation intensity in the range of energies in which the detector is sensitive. The resulting N-dimensional vector is generally known with the ñame of Radiation Spectrum. The different radio-nuclides contributing to the spectrum of a composite source will leave their fingerprint in the resulting spectrum. Through the second chapter, an exhaustive review of the mathematical methods devised to the present moment to identify the radio-nuclides present in the composite spectrum and to quantify their relative contributions, is reviewed. One of the more popular ones is the so-known Múltiple Linear Regression, which is proposed as the best suited approach according to the constraints and restrictions present in the formulation of the problem, i.e., the need to treat low-resolution spectra, the absence of control by a human operator (un-supervision), and the possibility of being implemented as low-complexity algorithms amenable of being supported by VLSI Specific Processors. The analysis problem is formally stated through the third chapter, following the hints established in this context, and it is shown that the addressed problem may be satisfactorily solved under the point of view of Linear Associative Memories. An operator based on this kind of structures may provide the solution to the spectral decomposition problem posed. In the same context, a pair of complementary adaptive algorithms useful for the construction of the solving operator are proposed, which share certain special arithmetic characteristics that render them specially suitable for their implementation on VLSI Processors. The adaptive nature of the associative memory provides a high flexibility to this operator, in what refers to the progressive inclusión of new information to the knowledge base. Through the fourth chapter, this fact is treated together with a new problem to be considered, of a high interest but quite complex nature, as is the treatment of the deformations appearing in the spectrum when instrumental drifts in both the detecting device and the pre-acconditioning electronics are to be taken into account. These deformations render the Linear Regression Model proposed almost unuseful to describe the resulting spectrum. A new model including the drifts is derived as an extensión of the individual contributions to the composite spectrum, which implies a simple extensión of the Associative Memory, which renders this suitable to accept the drifts in the composite spectrum, thus producing a robust analysis of contributions. The extensión method is based on the Low-Amplitude Perturbation Hypothesis. Experimental practice shows that in certain cases the instrumental drifts may provoke severe distortions in the resulting spectrum, which can not be treated with the before-mentioned hypothesis. To cover also these less-frequent cases, through the fifth chapter, the problem involving strong drifts is treated under the point of view of Non-Linear Optimization Techniques. This reformulation carries the study to the consideration of recursive algorithms based on the Gauss-Newton methods, which allow the introduction of Feed-Back Memories, computing elements with a sensibly improved capability to decompose spectra affected by strong drifts. The research concludes with a discussion of the results obtained in the three main levéis of study considerad, which are presented in chapters third, fourth and fifth, toghether with the review of the main conclusions derived from the study and the outline of the main research lines opened by the present work.