Development of a real time Image analysis system for traffic monitoring applications.

Image processing offers unparalleled potential for traffic monitoring and control. For many years engineers have attempted to perfect the art of automatic data abstraction from sequences of video images. This paper outlines a research project undertaken at Napier University by the authors in the field of image processing for automatic traffic analysis. A software based system implementing TRIP algorithms to count cars and measure vehicle speed has been developed by members of the Transport Engineering Research Unit (TERU) at the University. The TRIP algorithm has been ported and evaluated on an IBM PC platform with a view to hardware implementation of the pre-processing routines required for vehicle detection. Results show that a software based traffic counting system is realisable for single window processing. Due to the high volume of data required to be processed for full frames or multiple lanes, system operations in real time are limited. Therefore specific hardware is required to be designed. The paper outlines a hardware design for implementation of inter-frame and background differencing, background updating and shadow removal techniques. Preliminary results showing the processing time and counting accuracy for the routines implemented in software are presented and a real time hardware pre-processing architecture is described.

Dendritic Cells for Real-Time Anomaly Detection

Dendritic Cells (DCs) are innate immune system cells which have the power to activate or suppress the immune system. The behaviour of human DCs is abstracted to form an algorithm suitable for anomaly detection. We test this algorithm on the real-time problem of port scan detection. Our results show a significant difference in artificial DC behaviour for an outgoing portscan when compared to behaviour for normal processes.

Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

A Mapping-Scheduling Algorithm for Hardware Acceleration on Reconfigurable Platforms

Reconfigurable platforms are a promising technology that offers an interesting trade-off between flexibility and performance, which many recent embedded system applications demand, especially in fields such as multimedia processing. These applications typically involve multiple ad-hoc tasks for hardware acceleration, which are usually represented using formalisms such as Data Flow Diagrams (DFDs), Data Flow Graphs (DFGs), Control and Data Flow Graphs (CDFGs) or Petri Nets. However, none of these models is able to capture at the same time the pipeline behavior between tasks (that therefore can coexist in order to minimize the application execution time), their communication patterns, and their data dependencies. This paper proves that the knowledge of all this information can be effectively exploited to reduce the resource requirements and the timing performance of modern reconfigurable systems, where a set of hardware accelerators is used to support the computation. For this purpose, this paper proposes a novel task representation model, named Temporal Constrained Data Flow Diagram (TCDFD), which includes all this information. This paper also presents a mapping-scheduling algorithm that is able to take advantage of the new TCDFD model. It aims at minimizing the dynamic reconfiguration overhead while meeting the communication requirements among the tasks. Experimental results show that the presented approach achieves up to 75% of resources saving and up to 89% of reconfiguration overhead reduction with respect to other state-of-the-art techniques for reconfigurable platforms.

Real-time alert correlation with type graphs

The premise of automated alert correlation is to accept that false alerts from a low level intrusion detection system are inevitable and use attack models to explain the output in an understandable way. Several algorithms exist for this purpose which use attack graphs to model the ways in which attacks can be combined. These algorithms can be classified in to two broad categories namely scenario-graph approaches, which create an attack model starting from a vulnerability assessment and type-graph approaches which rely on an abstract model of the relations between attack types. Some research in to improving the efficiency of type-graph correlation has been carried out but this research has ignored the hypothesizing of missing alerts. Our work is to present a novel type-graph algorithm which unifies correlation and hypothesizing in to a single operation. Our experimental results indicate that the approach is extremely efficient in the face of intensive alerts and produces compact output graphs comparable to other techniques.

Communication Architecture Design for Real-Time Networked Control Systems

Networked control over data networks has received increasing attention in recent years. Among many problems in networked control systems (NCSs) is the need to reduce control latency and jitter and to deal with packet dropouts. This paper introduces our recent progress on a queuing communication architecture for real-time NCS applications, and simple strategies for dealing with packet dropouts. Case studies for a middle-scale process or multiple small-scale processes are presented for TCP/IP based real-time NCSs. Variations of network architecture design are modelled, simulated, and analysed for evaluation of control latency and jitter performance. It is shown that a simple bandwidth upgrade or adding hierarchy does not necessarily bring benefits for performance improvement of control latency and jitter. A co-design of network and control is necessary to maximise the real-time control performance of NCSs