Specification and Runtime Verification of Java Card Programs

COSTA, Umberto Souza da; MOREIRA, Anamaria Martins; MUSICANTE, Martin A. Specification and Runtime Verification of Java Card Programs. Electronic Notes in Theoretical Computer Science. [S.l:s.n], 2009.

Dynamic Routing in Translucent WDM Optical Networks: The Intradomain Case

Translucent wavelength-division multiplexing optical networks use sparse placement of regenerators to overcome physical impairments and wavelength contention introduced by fully transparent networks, and achieve a performance close to fully opaque networks at a much less cost. In previous studies, we addressed the placement of regenerators based on static schemes, allowing for only a limited number of regenerators at fixed locations. This paper furthers those studies by proposing a dynamic resource allocation and dynamic routing scheme to operate translucent networks. This scheme is realized through dynamically sharing regeneration resources, including transmitters, receivers, and electronic interfaces, between regeneration and access functions under a multidomain hierarchical translucent network model. An intradomain routing algorithm, which takes into consideration optical-layer constraints as well as dynamic allocation of regeneration resources, is developed to address the problem of translucent dynamic routing in a single routing domain. Network performance in terms of blocking probability, resource utilization, and running times under different resource allocation and routing schemes is measured through simulation experiments.

SimSight: A Virtual Machine Based Dynamic Call Graph Generator

One problem with using component-based software development approach is that once software modules are reused over generations of products, they form legacy structures that can be challenging to understand, making validating these systems difficult. Therefore, tools and methodologies that enable engineers to see interactions of these software modules will enhance their ability to make these software systems more dependable. To address this need, we propose SimSight, a framework to capture dynamic call graphs in Simics, a widely adopted commercial full-system simulator. Simics is a software system that simulates complete computer systems. Thus, it performs nearly identical tasks to a real system but at a much lower speed while providing greater execution observability. We have implemented SimSight to generate dynamic call graphs of statically and dynamically linked functions in x86/Linux environment. A case study illustrates how we can use SimSight to identify sources of software errors. We then evaluate its performance using 12 integer programs from SPEC CPU2006 benchmark suite.

Dynamic Features for Iris Recognition

The human eye is sensitive to visible light. Increasing illumination on the eye causes the pupil of the eye to contract, while decreasing illumination causes the pupil to dilate. Visible light causes specular reflections inside the iris ring. On the other hand, the human retina is less sensitive to near infra-red (NIR) radiation in the wavelength range from 800 nm to 1400 nm, but iris detail can still be imaged with NIR illumination. In order to measure the dynamic movement of the human pupil and iris while keeping the light-induced reflexes from affecting the quality of the digitalized image, this paper describes a device based on the consensual reflex. This biological phenomenon contracts and dilates the two pupils synchronously when illuminating one of the eyes by visible light. In this paper, we propose to capture images of the pupil of one eye using NIR illumination while illuminating the other eye using a visible-light pulse. This new approach extracts iris features called "dynamic features (DFs)." This innovative methodology proposes the extraction of information about the way the human eye reacts to light, and to use such information for biometric recognition purposes. The results demonstrate that these features are discriminating features, and, even using the Euclidean distance measure, an average accuracy of recognition of 99.1% was obtained. The proposed methodology has the potential to be "fraud-proof," because these DFs can only be extracted from living irises.

Development of an Autonomous Robot for Gas Storage Spheres Inspection

Inspection for corrosion of gas storage spheres at the welding seam lines must be done periodically. Until now this inspection is being done manually and has a high cost associated to it and a high risk of inspection personel injuries. The Brazilian Petroleum Company, Petrobras, is seeking cost reduction and personel safety by the use of autonomous robot technology. This paper presents the development of a robot capable of autonomously follow a welding line and transporting corrosion measurement sensors. The robot uses a pair of sensors each composed of a laser source and a video camera that allows the estimation of the center of the welding line. The mechanical robot uses four magnetic wheels to adhere to the sphere's surface and was constructed in a way that always three wheels are in contact with the sphere's metallic surface which guarantees enough magnetic atraction to hold the robot in the sphere's surface all the time. Additionally, an independently actuated table for attaching the corrosion inspection sensors was included for small position corrections. Tests were conducted at the laboratory and in a real sphere showing the validity of the proposed approach and implementation.

Hybrid heuristic-waterfilling game theory approach in MC-CDMA resource allocation

This paper discusses the power allocation with fixed rate constraint problem in multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA) networks, that has been solved through game theoretic perspective by the use of an iterative water-filling algorithm (IWFA). The problem is analyzed under various interference density configurations, and its reliability is studied in terms of solution existence and uniqueness. Moreover, numerical results reveal the approach shortcoming, thus a new method combining swarm intelligence and IWFA is proposed to make practicable the use of game theoretic approaches in realistic MC-CDMA systems scenarios. The contribution of this paper is twofold: (i) provide a complete analysis for the existence and uniqueness of the game solution, from simple to more realist and complex interference scenarios; (ii) propose a hybrid power allocation optimization method combining swarm intelligence, game theory and IWFA. To corroborate the effectiveness of the proposed method, an outage probability analysis in realistic interference scenarios, and a complexity comparison with the classical IWFA are presented. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Self-Organizing Mechanisms for Task Allocation in a Knowledge-Based Economy

A prevalent claim is that we are in knowledge economy. When we talk about knowledge economy, we generally mean the concept of “Knowledge-based economy” indicating the use of knowledge and technologies to produce economic benefits. Hence knowledge is both tool and raw material (people’s skill) for producing some kind of product or service. In this kind of environment economic organization is undergoing several changes. For example authority relations are less important, legal and ownership-based definitions of the boundaries of the firm are becoming irrelevant and there are only few constraints on the set of coordination mechanisms. Hence what characterises a knowledge economy is the growing importance of human capital in productive processes (Foss, 2005) and the increasing knowledge intensity of jobs (Hodgson, 1999). Economic processes are also highly intertwined with social processes: they are likely to be informal and reciprocal rather than formal and negotiated. Another important point is also the problem of the division of labor: as economic activity becomes mainly intellectual and requires the integration of specific and idiosyncratic skills, the task of dividing the job and assigning it to the most appropriate individuals becomes arduous, a “supervisory problem” (Hogdson, 1999) emerges and traditional hierarchical control may result increasingly ineffective. Not only specificity of know how makes it awkward to monitor the execution of tasks, more importantly, top-down integration of skills may be difficult because ‘the nominal supervisors will not know the best way of doing the job – or even the precise purpose of the specialist job itself – and the worker will know better’ (Hogdson,1999). We, therefore, expect that the organization of the economic activity of specialists should be, at least partially, self-organized. The aim of this thesis is to bridge studies from computer science and in particular from Peer-to-Peer Networks (P2P) to organization theories. We think that the P2P paradigm well fits with organization problems related to all those situation in which a central authority is not possible. We believe that P2P Networks show a number of characteristics similar to firms working in a knowledge-based economy and hence that the methodology used for studying P2P Networks can be applied to organization studies. Three are the main characteristics we think P2P have in common with firms involved in knowledge economy: - Decentralization: in a pure P2P system every peer is an equal participant, there is no central authority governing the actions of the single peers; - Cost of ownership: P2P computing implies shared ownership reducing the cost of owing the systems and the content, and the cost of maintaining them; - Self-Organization: it refers to the process in a system leading to the emergence of global order within the system without the presence of another system dictating this order. These characteristics are present also in the kind of firm that we try to address and that’ why we have shifted the techniques we adopted for studies in computer science (Marcozzi et al., 2005; Hales et al., 2007 [39]) to management science.

Effiziente und robuste, feature-basierte Wiedererkennung langer Zeitreihen in großen Datenbanken

Die Materialverfolgung gewinnt in der Metallindustrie immer mehr an Bedeutung:rnEs ist notwendig, dass ein Metallband im Fertigungsprozess ein festgelegtes Programm durchläuft - erst dann ist die Qualität des Endprodukts garantiert. Die bisherige Praxis besteht darin, jedem Metallband eine Nummer zuzuordnen, mit der dieses Band beschriftet wird. Bei einer tagelangen Lagerung der Bänder zwischen zwei Produktionsschritten erweist sich diese Methode als fehleranfällig: Die Beschriftungen können z.B. verloren gehen, verwechselt, falsch ausgelesen oder unleserlich werden. 2007 meldete die iba AG das Patent zur Identifikation der Metallbänder anhand ihres Dickenprofils an (Anhaus [3]) - damit kann die Identität des Metallbandes zweifelsfrei nachgewiesen werden, eine zuverlässige Materialverfolgung wurde möglich.Es stellte sich jedoch heraus, dass die messfehlerbehafteten Dickenprofile, die als lange Zeitreihen aufgefasst werden können, mit Hilfe von bisherigen Verfahren (z.B. L2-Abstandsminimierung oder Dynamic Time Warping) nicht erfolgreich verglichen werden können.Diese Arbeit stellt einen effizienten feature-basierten Algorithmus zum Vergleichrnzweier Zeitreihen vor. Er ist sowohl robust gegenüber Rauschen und Messausfällen als auch invariant gegenüber solchen Koordinatentransformationen der Zeitreihen wie Skalierung und Translation. Des Weiteren sind auch Vergleiche mit Teilzeitreihen möglich. Unser Framework zeichnet sich sowohl durch seine hohe Genauigkeit als auch durch seine hohe Geschwindigkeit aus: Mehr als 99.5% der Anfragen an unsere aus realen Profilen bestehende Testdatenbank werden richtig beantwortet. Mit mehreren hundert Zeitreihen-Vergleichen pro Sekunde ist es etwa um den Faktor 10 schneller als die auf dem Gebiet der Zeitreihenanalyse etablierten Verfahren, die jedoch nicht im Stande sind, mehr als 90% der Anfragen korrekt zu verarbeiten. Der Algorithmus hat sich als industrietauglich erwiesen. Die iba AG setzt ihn in einem weltweit einzigartigen dickenprofilbasierten Überwachungssystemrnzur Materialverfolgung ein, das in ersten Stahl- und Aluminiumwalzwerkenrnbereits erfolgreich zum Einsatz kommt.

LoneStar : Design and evaluation of an energy-efficient, disk-based archival storage system

Bandlaufwerke waren bisher die vorherrschende Technologie, um die anfallenden Datenmengen in Archivsystemen zu speichern. Mit Zugriffsmustern, die immer aktiver werden, und Speichermedien wie Festplatten die kostenmäßig aufholen, muss die Architektur vor Speichersystemen zur Archivierung neu überdacht werden. Zuverlässigkeit, Integrität und Haltbarkeit sind die Haupteigenschaften der digitalen Archivierung. Allerdings nimmt auch die Zugriffsgeschwindigkeit einen erhöhten Stellenwert ein, wenn aktive Archive ihre gesamten Inhalte für den direkten Zugriff bereitstellen. Ein band-basiertes System kann die hierfür benötigte Parallelität, Latenz und Durchsatz nicht liefern, was in der Regel durch festplattenbasierte Systeme als Zwischenspeicher kompensiert wird.rnIn dieser Arbeit untersuchen wir die Herausforderungen und Möglichkeiten ein festplattenbasiertes Speichersystem zu entwickeln, das auf eine hohe Zuverlässigkeit und Energieeffizienz zielt und das sich sowohl für aktive als auch für kalte Archivumgebungen eignet. Zuerst analysieren wir die Speichersysteme und Zugriffsmuster eines großen digitalen Archivs und präsentieren damit ein mögliches Einsatzgebiet für unsere Architektur. Daraufhin stellen wir Mechanismen vor um die Zuverlässigkeit einer einzelnen Festplatte zu verbessern und präsentieren sowie evaluieren einen neuen, energieeffizienten, zwei- dimensionalen RAID Ansatz der für „Schreibe ein Mal, lese mehrfach“ Zugriffe optimiert ist. Letztlich stellen wir Protokollierungs- und Zwischenspeichermechanismen vor, die die zugrundeliegenden Ziele unterstützen und evaluieren das RAID System in einer Dateisystemumgebung.

Dynamic distance analysis : new geometric data structures and algorithms for the real-time calculation of tolerance violating regions in the digital mockup process

In vielen Industriezweigen, zum Beispiel in der Automobilindustrie, werden Digitale Versuchsmodelle (Digital MockUps) eingesetzt, um die Konstruktion und die Funktion eines Produkts am virtuellen Prototypen zu überprüfen. Ein Anwendungsfall ist dabei die Überprüfung von Sicherheitsabständen einzelner Bauteile, die sogenannte Abstandsanalyse. Ingenieure ermitteln dabei für bestimmte Bauteile, ob diese in ihrer Ruhelage sowie während einer Bewegung einen vorgegeben Sicherheitsabstand zu den umgebenden Bauteilen einhalten. Unterschreiten Bauteile den Sicherheitsabstand, so muss deren Form oder Lage verändert werden. Dazu ist es wichtig, die Bereiche der Bauteile, welche den Sicherhabstand verletzen, genau zu kennen. rnrnIn dieser Arbeit präsentieren wir eine Lösung zur Echtzeitberechnung aller den Sicherheitsabstand unterschreitenden Bereiche zwischen zwei geometrischen Objekten. Die Objekte sind dabei jeweils als Menge von Primitiven (z.B. Dreiecken) gegeben. Für jeden Zeitpunkt, in dem eine Transformation auf eines der Objekte angewendet wird, berechnen wir die Menge aller den Sicherheitsabstand unterschreitenden Primitive und bezeichnen diese als die Menge aller toleranzverletzenden Primitive. Wir präsentieren in dieser Arbeit eine ganzheitliche Lösung, welche sich in die folgenden drei großen Themengebiete unterteilen lässt.rnrnIm ersten Teil dieser Arbeit untersuchen wir Algorithmen, die für zwei Dreiecke überprüfen, ob diese toleranzverletzend sind. Hierfür präsentieren wir verschiedene Ansätze für Dreiecks-Dreiecks Toleranztests und zeigen, dass spezielle Toleranztests deutlich performanter sind als bisher verwendete Abstandsberechnungen. Im Fokus unserer Arbeit steht dabei die Entwicklung eines neuartigen Toleranztests, welcher im Dualraum arbeitet. In all unseren Benchmarks zur Berechnung aller toleranzverletzenden Primitive beweist sich unser Ansatz im dualen Raum immer als der Performanteste.rnrnDer zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit Datenstrukturen und Algorithmen zur Echtzeitberechnung aller toleranzverletzenden Primitive zwischen zwei geometrischen Objekten. Wir entwickeln eine kombinierte Datenstruktur, die sich aus einer flachen hierarchischen Datenstruktur und mehreren Uniform Grids zusammensetzt. Um effiziente Laufzeiten zu gewährleisten ist es vor allem wichtig, den geforderten Sicherheitsabstand sinnvoll im Design der Datenstrukturen und der Anfragealgorithmen zu beachten. Wir präsentieren hierzu Lösungen, die die Menge der zu testenden Paare von Primitiven schnell bestimmen. Darüber hinaus entwickeln wir Strategien, wie Primitive als toleranzverletzend erkannt werden können, ohne einen aufwändigen Primitiv-Primitiv Toleranztest zu berechnen. In unseren Benchmarks zeigen wir, dass wir mit unseren Lösungen in der Lage sind, in Echtzeit alle toleranzverletzenden Primitive zwischen zwei komplexen geometrischen Objekten, bestehend aus jeweils vielen hunderttausend Primitiven, zu berechnen. rnrnIm dritten Teil präsentieren wir eine neuartige, speicheroptimierte Datenstruktur zur Verwaltung der Zellinhalte der zuvor verwendeten Uniform Grids. Wir bezeichnen diese Datenstruktur als Shrubs. Bisherige Ansätze zur Speicheroptimierung von Uniform Grids beziehen sich vor allem auf Hashing Methoden. Diese reduzieren aber nicht den Speicherverbrauch der Zellinhalte. In unserem Anwendungsfall haben benachbarte Zellen oft ähnliche Inhalte. Unser Ansatz ist in der Lage, den Speicherbedarf der Zellinhalte eines Uniform Grids, basierend auf den redundanten Zellinhalten, verlustlos auf ein fünftel der bisherigen Größe zu komprimieren und zur Laufzeit zu dekomprimieren.rnrnAbschießend zeigen wir, wie unsere Lösung zur Berechnung aller toleranzverletzenden Primitive Anwendung in der Praxis finden kann. Neben der reinen Abstandsanalyse zeigen wir Anwendungen für verschiedene Problemstellungen der Pfadplanung.