Compiling Techniques for Coarse Grained Runtime Reconfigurable Architectures

In this paper we develop compilation techniques for the realization of applications described in a High Level Language (HLL) onto a Runtime Reconfigurable Architecture. The compiler determines Hyper Operations (HyperOps) that are subgraphs of a data flow graph (of an application) and comprise elementary operations that have strong producer-consumer relationship. These HyperOps are hosted on computation structures that are provisioned on demand at runtime. We also report compiler optimizations that collectively reduce the overheads of data-driven computations in runtime reconfigurable architectures. On an average, HyperOps offer a 44% reduction in total execution time and a 18% reduction in management overheads as compared to using basic blocks as coarse grained operations. We show that HyperOps formed using our compiler are suitable to support data flow software pipelining.

Synergistic Execution of Stream Programs on Multicores with Accelerators

The StreamIt programming model has been proposed to exploit parallelism in streaming applications oil general purpose multicore architectures. The StreamIt graphs describe task, data and pipeline parallelism which can be exploited on accelerators such as Graphics Processing Units (GPUs) or CellBE which support abundant parallelism in hardware. In this paper, we describe a novel method to orchestrate the execution of if StreamIt program oil a multicore platform equipped with an accelerator. The proposed approach identifies, using profiling, the relative benefits of executing a task oil the superscalar CPU cores and the accelerator. We formulate the problem of partitioning the work between the CPU cores and the GPU, taking into account the latencies for data transfers and the required buffer layout transformations associated with the partitioning, as all integrated Integer Linear Program (ILP) which can then be solved by an ILP solver. We also propose an efficient heuristic algorithm for the work-partitioning between the CPU and the GPU, which provides solutions which are within 9.05% of the optimal solution on an average across the benchmark Suite. The partitioned tasks are then software pipelined to execute oil the multiple CPU cores and the Streaming Multiprocessors (SMs) of the GPU. The software pipelining algorithm orchestrates the execution between CPU cores and the GPU by emitting the code for the CPU and the GPU, and the code for the required data transfers. Our experiments on a platform with 8 CPU cores and a GeForce 8800 GTS 512 GPU show a geometric mean speedup of 6.94X with it maximum of 51.96X over it single threaded CPU execution across the StreamIt benchmarks. This is a 18.9% improvement over it partitioning strategy that maps only the filters that cannot be executed oil the GPU - the filters with state that is persistent across firings - onto the CPU.

Improved preprocessing methods for modulo scheduling algorithms

Instruction scheduling with an automaton-based resource conflict model is well-established for normal scheduling. Such models have been generalized to software pipelining in the modulo-scheduling framework. One weakness with existing methods is that a distinct automaton must be constructed for each combination of a reservation table and initiation interval. In this work, we present a different approach to model conflicts. We construct one automaton for each reservation table which acts as a compact encoding of all the conflict automata for this table, which can be recovered for use in modulo-scheduling. The basic premise of the construction is to move away from the Proebsting-Fraser model of conflict automaton to the Muller model of automaton modelling issue sequences. The latter turns out to be useful and efficient in this situation. Having constructed this automaton, we show how to improve the estimate of resource constrained initiation interval. Such a bound is always better than the average-use estimate. We show that our bound is safe: it is always lower than the true initiation interval. This use of the automaton is orthogonal to its use in modulo-scheduling. Once we generate the required information during pre-processing, we can compute the lower bound for a program without any further reference to the automaton.

Minimizing buffer requirements under rate-optimal schedule in regular dataflow networks

Large-grain synchronous dataflow graphs or multi-rate graphs have the distinct feature that the nodes of the dataflow graph fire at different rates. Such multi-rate large-grain dataflow graphs have been widely regarded as a powerful programming model for DSP applications. In this paper we propose a method to minimize buffer storage requirement in constructing rate-optimal compile-time (MBRO) schedules for multi-rate dataflow graphs. We demonstrate that the constraints to minimize buffer storage while executing at the optimal computation rate (i.e. the maximum possible computation rate without storage constraints) can be formulated as a unified linear programming problem in our framework. A novel feature of our method is that in constructing the rate-optimal schedule, it directly minimizes the memory requirement by choosing the schedule time of nodes appropriately. Lastly, a new circular-arc interval graph coloring algorithm has been proposed to further reduce the memory requirement by allowing buffer sharing among the arcs of the multi-rate dataflow graph. We have constructed an experimental testbed which implements our MBRO scheduling algorithm as well as (i) the widely used periodic admissible parallel schedules (also known as block schedules) proposed by Lee and Messerschmitt (IEEE Transactions on Computers, vol. 36, no. 1, 1987, pp. 24-35), (ii) the optimal scheduling buffer allocation (OSBA) algorithm of Ning and Gao (Conference Record of the Twentieth Annual ACM SIGPLAN-SIGACT Symposium on Principles of Programming Languages, Charleston, SC, Jan. 10-13, 1993, pp. 29-42), and (iii) the multi-rate software pipelining (MRSP) algorithm (Govindarajan and Gao, in Proceedings of the 1993 International Conference on Application Specific Array Processors, Venice, Italy, Oct. 25-27, 1993, pp. 77-88). Schedules generated for a number of random dataflow graphs and for a set of DSP application programs using the different scheduling methods are compared. The experimental results have demonstrated a significant improvement (10-20%) in buffer requirements for the MBRO schedules compared to the schedules generated by the other three methods, without sacrificing the computation rate. The MBRO method also gives a 20% average improvement in computation rate compared to Lee's Block scheduling method.

Colaboración en las prestaciones y la documentación de Kdenlive.

[Es]Con el paso de los años, el uso de tecnologías de edición de vídeo ha ido cobrando protagonismo, tanto dentro del mundo del arte cinematográfico, como en reportajes, o, en los últimos años, en vídeos subidos por usuarios a redes sociales. Por otra parte, el software libre se ha ido expandiendo en todos los sectores, proporcionando a los usuarios código de calidad sin tener que pagar las licencias de otros programas similares. Por ello, se decide por optar por la colaboración en Kdenlive, un editor de vídeo de código libre desarrollado en KDE. Este programa cuenta con una multitud de potentes herramientas, y está basado en torno a una comunidad de desarrolladores, que trabajan con el objetivo de crear el editor de vídeo no lineal más avanzado de GNU/Linux. Mediante este trabajo, se pretende contribuir a dicho programa mediante el diseño y codificación de una nueva funcionalidad para el programa, a la vez que colaborar con la documentación ofrecida por los desarrolladores del programa con el objetivo de ayudar a nuevos desarrolladores a incorporarse al desarrollo de la aplicación de una manera más sencilla.

Avaliação de desempenho de plataformas de virtualização de redes.

O objetivo desta dissertação é avaliar o desempenho de ambientes virtuais de roteamento construídos sobre máquinas x86 e dispositivos de rede existentes na Internet atual. Entre as plataformas de virtualização mais utilizadas, deseja-se identificar quem melhor atende aos requisitos de um ambiente virtual de roteamento para permitir a programação do núcleo de redes de produção. As plataformas de virtualização Xen e KVM foram instaladas em servidores x86 modernos de grande capacidade, e comparadas quanto a eficiência, flexibilidade e capacidade de isolamento entre as redes, que são os requisitos para o bom desempenho de uma rede virtual. Os resultados obtidos nos testes mostram que, apesar de ser uma plataforma de virtualização completa, o KVM possui desempenho melhor que o do Xen no encaminhamento e roteamento de pacotes, quando o VIRTIO é utilizado. Além disso, apenas o Xen apresentou problemas de isolamento entre redes virtuais. Também avaliamos o efeito da arquitetura NUMA, muito comum em servidores x86 modernos, sobre o desempenho das VMs quando muita memória e núcleos de processamento são alocados nelas. A análise dos resultados mostra que o desempenho das operações de Entrada e Saída (E/S) de rede pode ser comprometido, caso as quantidades de memória e CPU virtuais alocadas para a VM não respeitem o tamanho dos nós NUMA existentes no hardware. Por último, estudamos o OpenFlow. Ele permite que redes sejam segmentadas em roteadores, comutadores e em máquinas x86 para que ambientes virtuais de roteamento com lógicas de encaminhamento diferentes possam ser criados. Verificamos que ao ser instalado com o Xen e com o KVM, ele possibilita a migração de redes virtuais entre diferentes nós físicos, sem que ocorram interrupções nos fluxos de dados, além de permitir que o desempenho do encaminhamento de pacotes nas redes virtuais criadas seja aumentado. Assim, foi possível programar o núcleo da rede para implementar alternativas ao protocolo IP.

Uso integrado de las TIC para la realización de un viaje virtual.

Incluye presentación en Prezi y vídeo

Utilização de inteligência artificial (redes neurais artificiais) no gerenciamento de reprodutoras pesadas.

Uma atividade com a magnitude da avicultura, que usa equipamentos de última geração e serviços atualizados, é levada, na maioria dos casos, a tomar decisões que envolvem todos aspectos de produção, apoiada em critérios subjetivos. A presente tese objetivou estudar a utilização das redes neurais artificiais na estimação dos parâmetros de desempenho de matrizes pesadas, pertencentes a uma integração avícola sul-brasileira. Foram utilizados os registros de 11 lotes em recria, do período compreendido entre 09/11/97 a 10/01/99 e de 21 lotes em produção, do período compreendido entre 26/04/98 a 19/12/99, para a análise por redes neurais artificiais. Os dados utilizados corresponderam a 273 linhas de registros semanais, do período de recria e 689 linhas de registros semanais, do período de produção. Os modelos de redes neurais foram comparados e selecionados como melhores, baseados no coeficiente de determinação múltipla (R2), Quadrado Médio do Erro (QME), bem como pela análise de gráficos, plotando a predição da rede versus a predição menos o real (resíduo). Com esta tese foi possível explicar os parâmetros de desempenho de matrizes pesadas, através da utilização de redes neurais artificiais. A técnica permite a tomada de decisões por parte do corpo técnico, baseadas em critérios objetivos obtidos cientificamente. Além disso, este método permite simulações das conseqüências de tais decisões e fornece a percentagem de contribuição de cada variável no fenômeno em estudo.

Análise e desempenho de redes de acesso sem fio

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Aspectos de avaliação de desempenho em redes ponto a ponto e ponto multiponto baseados em modelagem Markoviana e medições

Esta tese apresenta uma metodologia para avaliação de desempenho de redes de acesso banda larga. A avaliação de desempenho de redes é uma forma de identificar e analisar como determinadas características tais como diferentes tipos de tráfego ou formas de utilização, por exemplo, podem influenciar no comportamento da rede em foco, podendo assim prever como tal rede se comportará frente a situações futuras. A metodologia apresentada é composta de duas abordagens: uma abordagem baseada em medições e outra baseada em modelagem via processos Markovianos. As redes analisadas englobam os dois tipos básicos de arquitetura de acesso: redes ADSL2+ (linha digital do assinante assimétrica 2+ – Asymmetric Digital Subscriber Line 2+), as quais são redes cabeadas que utilizam cabos metálicos de pares trançados; redes FBWN (rede sem fio banda larga fixa – Fixed Broadband Wireless Network), as quais são redes sem fio (wireless) baseadas no padrão IEEE 802.16. A abordagem de medições é focada na forma como a rede analisada se comporta frente a três situações: transmissão de um tráfego genérico; impacto de ruídos não-estacionários no sistema; e uso da rede como meio de transmissão de tráfego multimídia em tempo real. A abordagem de modelagem, por sua vez, ´e baseada em prever o comportamento das redes analisadas utilizando uma formulação matemática fundamentada em processos Markovianos. Os resultados apresentados indicam a viabilidade de aplicação desta metodologia como forma de avaliação de desempenho. Os resultados ainda tornam possível a extensão desta metodologia a outros tipos de redes de acesso banda larga, tais como: redes de fibras ópticas, redes de enlaces de microondas, redes VDSL/VDSL2 (linha digital do assinante de alta taxa de dados – Very-high-data-rate DSL), etc.

Análise da presença e articulação teórica da Catalogação de Assunto na literatura científica da International Society for Knowledge Organization ISKO: uma análise de domínio

Subject Cataloging is one of the processes of subject approach to information, beside indexing and subject analysis. In this sense, this research is a part of a broader project which analyses ISKO as an academic space that promotes a dialogical dimension among those theoretical questions. In this sense, it aims to analyze the presence of subject cataloguing in the discussions of knowledge organization as well as how the authors of such subject dialogue each other. Considering the questions, the full collection of ISKO and ISKO-Spain conference proceedings were analyzed in order to verify how present were subject cataloguing matters in those collections. It was possible to identify a group of 36 articles (27 from International ISKO and 9 from ISKO – Spain) whose references were bibliometrically analyzed in terms of documentary forms, average life, language and citation analysis. The results showed that the major ISKO and ISKO-Spain literature on subject cataloguing is based on journal articles, mostly published in English, presenting a relatively young average life (14 years for ISKO and 10 for ISKO-Spain).

Constraint based methods for allocation and scheduling of periodic applications

This work presents exact algorithms for the Resource Allocation and Cyclic Scheduling Problems (RA&CSPs). Cyclic Scheduling Problems arise in a number of application areas, such as in hoist scheduling, mass production, compiler design (implementing scheduling loops on parallel architectures), software pipelining, and in embedded system design. The RA&CS problem concerns time and resource assignment to a set of activities, to be indefinitely repeated, subject to precedence and resource capacity constraints. In this work we present two constraint programming frameworks facing two different types of cyclic problems. In first instance, we consider the disjunctive RA&CSP, where the allocation problem considers unary resources. Instances are described through the Synchronous Data-flow (SDF) Model of Computation. The key problem of finding a maximum-throughput allocation and scheduling of Synchronous Data-Flow graphs onto a multi-core architecture is NP-hard and has been traditionally solved by means of heuristic (incomplete) algorithms. We propose an exact (complete) algorithm for the computation of a maximum-throughput mapping of applications specified as SDFG onto multi-core architectures. Results show that the approach can handle realistic instances in terms of size and complexity. Next, we tackle the Cyclic Resource-Constrained Scheduling Problem (i.e. CRCSP). We propose a Constraint Programming approach based on modular arithmetic: in particular, we introduce a modular precedence constraint and a global cumulative constraint along with their filtering algorithms. Many traditional approaches to cyclic scheduling operate by fixing the period value and then solving a linear problem in a generate-and-test fashion. Conversely, our technique is based on a non-linear model and tackles the problem as a whole: the period value is inferred from the scheduling decisions. The proposed approaches have been tested on a number of non-trivial synthetic instances and on a set of realistic industrial instances achieving good results on practical size problem.

As redes sociais online na hotelaria

Dissertação de Mestrado, Direção e Gestão Hoteleira, Escola Superior de Gestão, Hotelaria e Turismo, Universidade do Algarve, 2016

Multilayer optimization in radio resource allocation for the packet transmission in wireless networks

Na última década tem-se assistido a um crescimento exponencial das redes de comunicações sem fios, nomeadamente no que se refere a taxa de penetração do serviço prestado e na implementação de novas infra-estruturas em todo o globo. É ponto assente neste momento que esta tendência irá não só continuar como se fortalecer devido à convergência que é esperada entre as redes móveis sem fio e a disponibilização de serviços de banda larga para a rede Internet fixa, numa evolução para um paradigma de uma arquitectura integrada e baseada em serviços e aplicações IP. Por este motivo, as comunicações móveis sem fios irão ter um papel fundamental no desenvolvimento da sociedade de informação a médio e longo prazos. A estratégia seguida no projecto e implementação das redes móveis celulares da actual geração (2G e 3G) foi a da estratificação da sua arquitectura protocolar numa estrutura modular em camadas estanques, onde cada camada do modelo é responsável pela implementação de um conjunto de funcionalidades. Neste modelo a comunicação dá-se apenas entre camadas adjacentes através de primitivas de comunicação pré-estabelecidas. Este modelo de arquitectura resulta numa mais fácil implementação e introdução de novas funcionalidades na rede. Entretanto, o facto das camadas inferiores do modelo protocolar não utilizarem informação disponibilizada pelas camadas superiores, e vice-versa acarreta uma degradação no desempenho do sistema. Este paradigma é particularmente importante quando sistemas de antenas múltiplas são implementados (sistemas MIMO). Sistemas de antenas múltiplas introduzem um grau adicional de liberdade no que respeita a atribuição de recursos rádio: o domínio espacial. Contrariamente a atribuição de recursos no domínio do tempo e da frequência, no domínio espacial os recursos rádio mapeados no domínio espacial não podem ser assumidos como sendo completamente ortogonais, devido a interferência resultante do facto de vários terminais transmitirem no mesmo canal e/ou slots temporais mas em feixes espaciais diferentes. Sendo assim, a disponibilidade de informação relativa ao estado dos recursos rádio às camadas superiores do modelo protocolar é de fundamental importância na satisfação dos critérios de qualidade de serviço exigidos. Uma forma eficiente de gestão dos recursos rádio exige a implementação de algoritmos de agendamento de pacotes de baixo grau de complexidade, que definem os níveis de prioridade no acesso a esses recursos por base dos utilizadores com base na informação disponibilizada quer pelas camadas inferiores quer pelas camadas superiores do modelo. Este novo paradigma de comunicação, designado por cross-layer resulta na maximização da capacidade de transporte de dados por parte do canal rádio móvel, bem como a satisfação dos requisitos de qualidade de serviço derivados a partir da camada de aplicação do modelo. Na sua elaboração, procurou-se que o standard IEEE 802.16e, conhecido por Mobile WiMAX respeitasse as especificações associadas aos sistemas móveis celulares de quarta geração. A arquitectura escalonável, o baixo custo de implementação e as elevadas taxas de transmissão de dados resultam num processo de multiplexagem de dados e valores baixos no atraso decorrente da transmissão de pacotes, os quais são atributos fundamentais para a disponibilização de serviços de banda larga. Da mesma forma a comunicação orientada à comutação de pacotes, inenente na camada de acesso ao meio, é totalmente compatível com as exigências em termos da qualidade de serviço dessas aplicações. Sendo assim, o Mobile WiMAX parece satisfazer os requisitos exigentes das redes móveis de quarta geração. Nesta tese procede-se à investigação, projecto e implementação de algoritmos de encaminhamento de pacotes tendo em vista a eficiente gestão do conjunto de recursos rádio nos domínios do tempo, frequência e espacial das redes móveis celulares, tendo como caso prático as redes móveis celulares suportadas no standard IEEE802.16e. Os algoritmos propostos combinam métricas provenientes da camada física bem como os requisitos de qualidade de serviço das camadas superiores, de acordo com a arquitectura de redes baseadas no paradigma do cross-layer. O desempenho desses algoritmos é analisado a partir de simulações efectuadas por um simulador de sistema, numa plataforma que implementa as camadas física e de acesso ao meio do standard IEEE802.16e.

Wireless networks congestion control

Congestion control in wireless networks is an important and open issue. Previous research has proven the poor performance of the Transport Control Protocol (TCP) in such networks. The factors that contribute to the poor performance of TCP in wireless environments concern its unsuitability to identify/detect and react properly to network events, its TCP window based ow control algorithm that is not suitable for the wireless channel, and the congestion collapse due to mobility. New rate based mechanisms have been proposed to mitigate TCP performance in wired and wireless networks. However, these mechanisms also present poor performance, as they lack of suitable bandwidth estimation techniques for multi-hop wireless networks. It is thus important to improve congestion control performance in wireless networks, incorporating components that are suitable for wireless environments. A congestion control scheme which provides an e - cient and fair sharing of the underlying network capacity and available bandwidth among multiple competing applications is crucial to the definition of new e cient and fair congestion control schemes on wireless multi-hop networks. The Thesis is divided in three parts. First, we present a performance evaluation study of several congestion control protocols against TCP, in wireless mesh and ad-hoc networks. The obtained results show that rate based congestion control protocols need an eficient and accurate underlying available bandwidth estimation technique. The second part of the Thesis presents a new link capacity and available bandwidth estimation mechanism denoted as rt-Winf (real time wireless inference). The estimation is performed in real-time and without the need to intrusively inject packets in the network. Simulation results show that rt-Winf obtains the available bandwidth and capacity estimation with accuracy and without introducing overhead trafic in the network. The third part of the Thesis proposes the development of new congestion control mechanisms to address the congestion control problems of wireless networks. These congestion control mechanisms use cross layer information, obtained by rt-Winf, to accurately and eficiently estimate the available bandwidth and the path capacity over a wireless network path. Evaluation of these new proposed mechanisms, through ns-2 simulations, shows that the cooperation between rt-Winf and the congestion control algorithms is able to significantly increase congestion control eficiency and network performance.