Streaming di immagini via ethernet con Zynq con sistemi operativi Standalone e Linux

Il seguente lavoro di tesi si inserisce all'interno di un progetto accademico volto alla realizzazione di un sistema capace elaborare immagini utilizzando una rete FPGA, acquisite da un sensore. Ogni scrittura di un nuovo frame in memoria RAM genera un interrupt. L'obiettivo della tesi è creare un sistema client/server che permetta il trasferimento del flusso di frame dalla ZedBoard a un PC e la visualizzazione a video. Il progetto eseguito sulla ZedBoard è proposto in due versioni: la prima in assenza di sistema operativo (Standalone) e una seconda implementata su Linux. Il progetto eseguito sul PC è compatibile con Linux e Windows. La visualizzazione delle immagini è implementata utilizzando la libreria OpenCV.

Effective video content distribution by combining TCP with adaptive FEC coding

This paper will look at the benefits and limitations of content distribution using Forward Error Correction (FEC) in conjunction with the Transmission Control Protocol (TCP). FEC can be used to reduce the number of retransmissions which would usually result from a lost packet. The requirement for TCP to deal with any losses is then greatly reduced. There are however side-effects to using FEC as a countermeasure to packet loss: an additional requirement for bandwidth. When applications such as real-time video conferencing are needed, delay must be kept to a minimum, and retransmissions are certainly not desirable. A balance, therefore, between additional bandwidth and delay due to retransmissions must be struck. Our results show that the throughput of data can be significantly improved when packet loss occurs using a combination of FEC and TCP, compared to relying solely on TCP for retransmissions. Furthermore, a case study applies the result to demonstrate the achievable improvements in the quality of streaming video perceived by end users.

An Evaluation of Tail Loss Recovery Mechanisms for TCP

Interactive applications do not require more bandwidth to go faster. Instead, they require less latency. Unfortunately, the current design of transport protocols such as TCP limits possible latency reductions. In this paper we evaluate and compare different loss recovery enhancements to fight tail loss latency. The two recently proposed mechanisms "RTO Restart" (RTOR) and "Tail Loss Probe" (TLP) as well as a new mechanism that applies the logic of RTOR to the TLP timer management (TLPR) are considered. The results show that the relative performance of RTOR and TLP when tail loss occurs is scenario dependent, but with TLP having potentially larger gains. The TLPR mechanism reaps the benefits of both approaches and in most scenarios it shows the best performance.

Los talleres de capacitation participativa (TCP) : una experiencia piloto

Los Talleres de Capacitación Participativa T.C.P., objeto de la acción investigativa descrita y sistematizada en la presente memoria, se plantean como una opción metodológica para la capacitación y el per-perfeccionamiento de docentes de Educación Superior en Colombia. Esta proposición se hace tanto a la luz del narco social, cultural y político de la educación en el país, como a partir del análisis de la realidad nacional y del panorama de transformación educativa que se vislumbra. El análisis de la relación de la teoría y la práctica-docente, permitió, igualmente, resaltar la importancia de la relación desarrollo y educación. De la misma manera, se pone en evidencia la formación del capital humano como recurso fundamental en una perspectiva que supere las visiones deterministas de la pedagogía tradicional, La presentación de una experiencia de aprendizaje en capacitación docente, cuyo análisis empírico se sistematizó en una propuesta de acción pedagógica, con las características fundamentales de la investigación protagónica, constituye el núcleo central de este trabajo. Los componentes metodológicos de la experiencia latinoamericana de los TED (Talleres de educación Democrática), el Programa PERFORHA (Perfeccionamiento y formación de maestros de la Universidad de Sherbrooke, Quebec-Canadá), los principios andrológicos y el método de sistematización de la práctica fundamentado en el constructivismo, constituyen los referentes pedagógicos que fundamentan los Talleres de Capacitación Participativa T.C.P., aplicados y sistematizados por los investigadores con los resultados que se observan en la presente memoria.

Diseño de una metodología que permita implementar el protocolo de internet versión 6 en empresas o instituciones con aplicaciones basadas en el protocolo TCP/IP versión 4

Se realizar una investigación para formar una base teórica que permita desarrollar un manual de referencia que sirva como consulta general sobre el uso del Protocolo de Internet versión 6, IPv6, y de las especificaciones básicas necesarias para migrar a esta nueva tecnología. Verificar el uso que hacen las empresas o instituciones en nuestro medio de aplicaciones operando en redes basadas en el Protocolo de Internet versión 4, con la idea de desarrollar pautas que sirvan para definir una metodología general para la migración de estas redes y sus aplicaciones en operación, al nuevo Protocolo de Internet IPv6

3D Porous Architecture of Stacks of β-TCP Granules Compared with That of Trabecular Bone: A microCT, Vector Analysis, and Compression Study

International audience

Connessione di sitemi a microcontrollore con reti geografiche

Fra le varie ragioni della crescente pervasività di Internet in molteplici settori di mercato del tutto estranei all’ICT, va senza dubbio evidenziata la possibilità di creare canali di comunicazione attraverso i quali poter comandare un sistema e ricevere da esso informazioni di qualsiasi genere, qualunque distanza separi controllato e controllore. Nel caso specifico, il contesto applicativo è l’automotive: in collaborazione col Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università di Bologna, ci si è occupati del problema di rendere disponibile a distanza la grande quantità di dati che i vari sotto-sistemi componenti una automobile elettrica si scambiano fra loro, sia legati al tipo di propulsione, elettrico appunto, come i livelli di carica delle batterie o la temperatura dell’inverter, sia di natura meccanica, come i giri motore. L’obiettivo è quello di permettere all’utente (sia esso il progettista, il tecnico riparatore o semplicemente il proprietario) il monitoraggio e la supervisione dello stato del mezzo da remoto nelle sue varie fasi di vita: dai test eseguiti su prototipo in laboratorio, alla messa in strada, alla manutenzione ordinaria e straordinaria. L’approccio individuato è stato quello di collezionare e memorizzare in un archivio centralizzato, raggiungibile via Internet, tutti i dati necessari. Il sistema di elaborazione a bordo richiede di essere facilmente integrabile, quindi di piccole dimensioni, e a basso costo, dovendo prevedere la produzione di molti veicoli; ha inoltre compiti ben definiti e noti a priori. Data la situazione, si è quindi scelto di usare un sistema embedded, cioè un sistema elettronico di elaborazione progettato per svolgere un limitato numero di funzionalità specifiche sottoposte a vincoli temporali e/o economici. Apparati di questo tipo sono denominati “special purpose”, in opposizione ai sistemi di utilità generica detti “general purpose” quali, ad esempio, i personal computer, proprio per la loro capacità di eseguire ripetutamente un’azione a costo contenuto, tramite un giusto compromesso fra hardware dedicato e software, chiamato in questo caso “firmware”. I sistemi embedded hanno subito nel corso del tempo una profonda evoluzione tecnologica, che li ha portati da semplici microcontrollori in grado di svolgere limitate operazioni di calcolo a strutture complesse in grado di interfacciarsi a un gran numero di sensori e attuatori esterni oltre che a molte tecnologie di comunicazione. Nel caso in esame, si è scelto di affidarsi alla piattaforma open-source Arduino; essa è composta da un circuito stampato che integra un microcontrollore Atmel da programmare attraverso interfaccia seriale, chiamata Arduino board, ed offre nativamente numerose funzionalità, quali ingressi e uscite digitali e analogici, supporto per SPI, I2C ed altro; inoltre, per aumentare le possibilità d’utilizzo, può essere posta in comunicazione con schede elettroniche esterne, dette shield, progettate per le più disparate applicazioni, quali controllo di motori elettrici, gps, interfacciamento con bus di campo quale ad esempio CAN, tecnologie di rete come Ethernet, Bluetooth, ZigBee, etc. L’hardware è open-source, ovvero gli schemi elettrici sono liberamente disponibili e utilizzabili così come gran parte del software e della documentazione; questo ha permesso una grande diffusione di questo frame work, portando a numerosi vantaggi: abbassamento del costo, ambienti di sviluppo multi-piattaforma, notevole quantità di documentazione e, soprattutto, continua evoluzione ed aggiornamento hardware e software. È stato quindi possibile interfacciarsi alla centralina del veicolo prelevando i messaggi necessari dal bus CAN e collezionare tutti i valori che dovevano essere archiviati. Data la notevole mole di dati da elaborare, si è scelto di dividere il sistema in due parti separate: un primo nodo, denominato Master, è incaricato di prelevare dall’autovettura i parametri, di associarvi i dati GPS (velocità, tempo e posizione) prelevati al momento della lettura e di inviare il tutto a un secondo nodo, denominato Slave, che si occupa di creare un canale di comunicazione attraverso la rete Internet per raggiungere il database. La denominazione scelta di Master e Slave riflette la scelta fatta per il protocollo di comunicazione fra i due nodi Arduino, ovvero l’I2C, che consente la comunicazione seriale fra dispositivi attraverso la designazione di un “master” e di un arbitrario numero di “slave”. La suddivisione dei compiti fra due nodi permette di distribuire il carico di lavoro con evidenti vantaggi in termini di affidabilità e prestazioni. Del progetto si sono occupate due Tesi di Laurea Magistrale; la presente si occupa del dispositivo Slave e del database. Avendo l’obiettivo di accedere al database da ovunque, si è scelto di appoggiarsi alla rete Internet, alla quale si ha oggi facile accesso da gran parte del mondo. Questo ha fatto sì che la scelta della tecnologia da usare per il database ricadesse su un web server che da un lato raccoglie i dati provenienti dall’autovettura e dall’altro ne permette un’agevole consultazione. Anch’esso è stato implementato con software open-source: si tratta, infatti, di una web application in linguaggio php che riceve, sotto forma di richieste HTTP di tipo GET oppure POST, i dati dal dispositivo Slave e provvede a salvarli, opportunamente formattati, in un database MySQL. Questo impone però che, per dialogare con il web server, il nodo Slave debba implementare tutti i livelli dello stack protocollare di Internet. Due differenti shield realizzano quindi il livello di collegamento, disponibile sia via cavo sia wireless, rispettivamente attraverso l’implementazione in un caso del protocollo Ethernet, nell’altro della connessione GPRS. A questo si appoggiano i protocolli TCP/IP che provvedono a trasportare al database i dati ricevuti dal dispositivo Master sotto forma di messaggi HTTP. Sono descritti approfonditamente il sistema veicolare da controllare e il sistema controllore; i firmware utilizzati per realizzare le funzioni dello Slave con tecnologia Ethernet e con tecnologia GPRS; la web application e il database; infine, sono presentati i risultati delle simulazioni e dei test svolti sul campo nel laboratorio DIE.

Studio sull'applicazione di derivati dell'ammina di betti chirali in sistemi catalitici organici

In this thesis, the development of asymmetric α-alkylation of aldehydes using two new organocatalysts is described. Nowadays organocatalized asymmetric synthesis uses preferentially primary or secondary amines. In our case two new Betti bases derivatives have been used as organocatalysts. We tried to find a method based on resolution to obtain both enantiomers with ee major than 90%. At the end we tried them in an organocatalytic processes which involve indole derivatives and aldehydes as substrates. In questa tesi è descritto lo sviluppo del processo di alfa-alchilazione di aldeidi utilizzando due nuovi catalizzatori organici chirali. Al giorno d’oggi la sintesi asimmetrica organo catalitica sfrutta principalmente ammine primarie e secondarie chirali. Come organo catalizzatori, sono stati utilizzati due nuovi derivati della base di Betti. E’ stato ricercato un metodo che permettesse di risolvere entrambi gli enantiomeri e che permettesse di ottenere un eccesso enantiomerico maggiore del 90%. Infine questi catalizzatori sono stati utilizzati e ottimizzati in micro-processi che utilizzano un substrato indolico e di un’aldeide.

Sviluppo di un sistema per l'ottimizzazione della dose in radioterapia tramite "dose-painting" basato sui voxel

Il presente lavoro è stato svolto presso la struttura di Fisica Medica dell'Azienda Ospedaliera IRCCS "Arcispedale S. Maria Nuova" di Reggio Emilia e consiste nello sviluppo di un sistema per l'ottimizzazione della dose in Radioterapia tramite dose-painting basato sui voxel. Il dose painting è una tecnica di pianificazione del trattamento di radioterapia che si basa sull'assegnazione o ridistribuzione della dose secondo le informazioni biologiche e metaboliche che i moderni sistemi di imaging sono in grado di fornire. La realizzazione del modulo di calcolo BioOPT è stata possibile grazie all'utilizzo dei due software open-source Plastimatch e CERR, specifici per l'elaborazione e la registrazione di immagini mediche di diversi tipi e formati e per la gestione, la modifica e il salvataggio di piani di trattamento di radioterapia creati con la maggior parte dei software commerciali ed accademici. Il sistema sviluppato è in grado di registrare le immagini relative ad un paziente, in generale ottenute da diverse tipologie di imaging e acquisite in tempi diversi ed estrarre le informazioni biologiche relative ad una certa struttura. Tali informazioni verranno poi utilizzate per calcolare le distribuzioni di dose "ottimale" che massimizzano il valore delle funzioni radiobiologiche utilizzate per guidare il processo di redistribuzione della dose a livello dei voxel (dose-painting). In questo lavoro il modulo è stato utilizzato principalmente per l'ottimizzazione della dose in pazienti affetti da Glioblastoma, un tumore cerebrale maligno tra i più diffusi e mortali. L'ottimizzatore voxel-based, infatti, è stato sviluppato per essere utilizzabile all'interno di un progetto di ricerca finanziato dal Ministero della Salute per la valutazione di un programma di terapia che include l'uso di un innovativo acceleratore lineare ad alto rateo di dose per la cura di tumori cerebrali in fase avanzata. Al fine di migliorare il trattamento radiante, inoltre, lo studio include la somministrazione della dose tramite dose-painting con lo scopo di verificarne l'efficacia. I risultati ottenuti mostrano che tramite il modulo sviluppato è possibile ottenere distribuzioni di dose eterogenee che tengono conto delle caratteristiche biologiche intratumore stimate a partire dalle immagini multimodali. Inoltre il sistema sviluppato, grazie alla sua natura 'open', è altamente personalizzabile a scopi di ricerca e consente di simulare distribuzioni di dose basate sui voxel e di confrontarle con quelle ottenute con i sistemi commerciali ad uso clinico, che non consentono questo tipo di ottimizzazioni.

Modulazione reversibile dell'attivita catalitica di sistemi tioureidici chirali mediante interazioni con anioni

In questo lavoro di tesi viene proposto un approccio semplice e innovativo allo sviluppo di un sistema catalitico modulabile in maniera reversibile, basato su catalizzatori tioureidici chirali. La modulazione dell’attività catalitica avviene attraverso interazioni tra un determinato anione e i due protoni tioureidici di questi catalizzatori. A seconda del carattere coordinante di un anione, l’interazione che si viene a creare con le tiouree può essere forte, nel caso di anioni coordinanti come gli alogenuri, o debole, nel caso di anioni debolmente coordinanti quali borati. Una forte interazione da parte dell’anione con il catalizzatore si traduce in una inibizione dell’attività catalitica, dal momento che il sito tioureidico non è più disponibile per promuovere eventuali reazioni. Al contrario, un anione debolmente coordinante lascia l’attività catalitica fondamentalmente inalterata, anche in termini di stereoselezione. La reversibilità di questa modulazione è ottenuta sfruttando reazioni di metatesi tra due sali che, risultando nella precipitazione di un sale insolubile, riescono a rimuovere un determinato anione dall’ambiente di reazione per sostituirlo con un altro.

Energy-Efficient Management Of Heterogeneous Wireless Sensor Networks

Various applications for the purposes of event detection, localization, and monitoring can benefit from the use of wireless sensor networks (WSNs). Wireless sensor networks are generally easy to deploy, with flexible topology and can support diversity of tasks thanks to the large variety of sensors that can be attached to the wireless sensor nodes. To guarantee the efficient operation of such a heterogeneous wireless sensor networks during its lifetime an appropriate management is necessary. Typically, there are three management tasks, namely monitoring, (re) configuration, and code updating. On the one hand, status information, such as battery state and node connectivity, of both the wireless sensor network and the sensor nodes has to be monitored. And on the other hand, sensor nodes have to be (re)configured, e.g., setting the sensing interval. Most importantly, new applications have to be deployed as well as bug fixes have to be applied during the network lifetime. All management tasks have to be performed in a reliable, time- and energy-efficient manner. The ability to disseminate data from one sender to multiple receivers in a reliable, time- and energy-efficient manner is critical for the execution of the management tasks, especially for code updating. Using multicast communication in wireless sensor networks is an efficient way to handle such traffic pattern. Due to the nature of code updates a multicast protocol has to support bulky traffic and endto-end reliability. Further, the limited resources of wireless sensor nodes demand an energy-efficient operation of the multicast protocol. Current data dissemination schemes do not fulfil all of the above requirements. In order to close the gap, we designed the Sensor Node Overlay Multicast (SNOMC) protocol such that to support a reliable, time-efficient and energy-efficient dissemination of data from one sender node to multiple receivers. In contrast to other multicast transport protocols, which do not support reliability mechanisms, SNOMC supports end-to-end reliability using a NACK-based reliability mechanism. The mechanism is simple and easy to implement and can significantly reduce the number of transmissions. It is complemented by a data acknowledgement after successful reception of all data fragments by the receiver nodes. In SNOMC three different caching strategies are integrated for an efficient handling of necessary retransmissions, namely, caching on each intermediate node, caching on branching nodes, or caching only on the sender node. Moreover, an option was included to pro-actively request missing fragments. SNOMC was evaluated both in the OMNeT++ simulator and in our in-house real-world testbed and compared to a number of common data dissemination protocols, such as Flooding, MPR, TinyCubus, PSFQ, and both UDP and TCP. The results showed that SNOMC outperforms the selected protocols in terms of transmission time, number of transmitted packets, and energy-consumption. Moreover, we showed that SNOMC performs well with different underlying MAC protocols, which support different levels of reliability and energy-efficiency. Thus, SNOMC can offer a robust, high-performing solution for the efficient distribution of code updates and management information in a wireless sensor network. To address the three management tasks, in this thesis we developed the Management Architecture for Wireless Sensor Networks (MARWIS). MARWIS is specifically designed for the management of heterogeneous wireless sensor networks. A distinguished feature of its design is the use of wireless mesh nodes as backbone, which enables diverse communication platforms and offloading functionality from the sensor nodes to the mesh nodes. This hierarchical architecture allows for efficient operation of the management tasks, due to the organisation of the sensor nodes into small sub-networks each managed by a mesh node. Furthermore, we developed a intuitive -based graphical user interface, which allows non-expert users to easily perform management tasks in the network. In contrast to other management frameworks, such as Mate, MANNA, TinyCubus, or code dissemination protocols, such as Impala, Trickle, and Deluge, MARWIS offers an integrated solution monitoring, configuration and code updating of sensor nodes. Integration of SNOMC into MARWIS further increases performance efficiency of the management tasks. To our knowledge, our approach is the first one, which offers a combination of a management architecture with an efficient overlay multicast transport protocol. This combination of SNOMC and MARWIS supports reliably, time- and energy-efficient operation of a heterogeneous wireless sensor network.

Instalación de OMNET

En este capítulo se explica la instalación de OMNET y del INET Framework en ambiente Windows 7, para un sistema operativo de 64 bits. Para un ambiente diferente –o para mayor información– se recomienda consultar el manual de instalación de OMNeT ++ (Varga, 2011), publicado en http://omnetpp.org/doc/ omnetpp/InstallGuide.pdf (actualmente la versión disponible es la 4.2.2).

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

Radiobiological model comparison of 3D conformal radiotherapy and IMRT plans for the treatment of prostate cancer

The main aim of radiotherapy is to deliver a dose of radiation that is high enough to destroy the tumour cells while at the same time minimising the damage to normal healthy tissues. Clinically, this has been achieved by assigning a prescription dose to the tumour volume and a set of dose constraints on critical structures. Once an optimal treatment plan has been achieved the dosimetry is assessed using the physical parameters of dose and volume. There has been an interest in using radiobiological parameters to evaluate and predict the outcome of a treatment plan in terms of both a tumour control probability (TCP) and a normal tissue complication probability (NTCP). In this study, simple radiobiological models that are available in a commercial treatment planning system were used to compare three dimensional conformal radiotherapy treatments (3D-CRT) and intensity modulated radiotherapy (IMRT) treatments of the prostate. Initially both 3D-CRT and IMRT were planned for 2 Gy/fraction to a total dose of 60 Gy to the prostate. The sensitivity of the TCP and the NTCP to both conventional dose escalation and hypo-fractionation was investigated. The biological responses were calculated using the Källman S-model. The complication free tumour control probability (P+) is generated from the combined NTCP and TCP response values. It has been suggested that the alpha/beta ratio for prostate carcinoma cells may be lower than for most other tumour cell types. The effect of this on the modelled biological response for the different fractionation schedules was also investigated.