Code offloading on real-time multimedia systems: a framework for handling code mobility and code offloading in a QoS aware environment

Actualmente, os smartphones e outros dispositivos móveis têm vindo a ser dotados com cada vez maior poder computacional, sendo capazes de executar um vasto conjunto de aplicações desde simples programas de para tirar notas até sofisticados programas de navegação. Porém, mesmo com a evolução do seu hardware, os actuais dispositivos móveis ainda não possuem as mesmas capacidades que os computadores de mesa ou portáteis. Uma possível solução para este problema é distribuir a aplicação, executando partes dela no dispositivo local e o resto em outros dispositivos ligados à rede. Adicionalmente, alguns tipos de aplicações como aplicações multimédia, jogos electrónicos ou aplicações de ambiente imersivos possuem requisitos em termos de Qualidade de Serviço, particularmente de tempo real. Ao longo desta tese é proposto um sistema de execução de código remota para sistemas distribuídos com restrições de tempo-real. A arquitectura proposta adapta-se a sistemas que necessitem de executar periodicamente e em paralelo mesmo conjunto de funções com garantias de tempo real, mesmo desconhecendo os tempos de execução das referidas funções. A plataforma proposta foi desenvolvida para sistemas móveis capazes de executar o Sistema Operativo Android.

Design de cenários de aprendizagem

A cada instante surgem novas soluções de aprendizagem, resultado da evolução tecnológica constante com que nos deparamos. Estas inovações potenciam uma transmissão do conhecimento entre o educador e o educando cada vez mais simplificada, rápida e eficiente. Alguns destes avanços têm em vista a centralização no aluno, através da delegação de tarefas e da disponibilização de conteúdos, investindo na autonomia e na auto-aprendizagem, de modo a que cada aluno crie o seu próprio método de estudo, e evolua gradualmente, com o acompanhamento de um professor ou sistema autónomo de aprendizagem. Com esta investigação, é pretendido fazer um estudo dos métodos de aprendizagem ao longo do tempo até à actualidade, enumerando algumas das ferramentas utilizadas no processo de aprendizagem, indicando os vários benefícios, bem como contrapartidas do uso das mesmas. Será também analisado um caso de estudo baseado numa destas ferramentas, descrevendo o seu funcionamento e modo de interacção entre as várias entidades participantes, apresentando os resultados obtidos. O caso de estudo consistirá na criação de um cenário específico de aprendizagem, na área da saúde, analisando-o em diferentes contextos, e evidenciando as características e benefícios de cada ambiente analisado, no processo aprendizagem. Será então demonstrado como é possível optimizar os processos de aprendizagem, utilizando ferramentas de informatização e automatização desses mesmos processos, de forma tornar o processo de ensino mais célere e eficaz, num ambiente controlável, e com as funcionalidades que a tecnologia actual permite.

Modelo de otimização do espaço livre de armazenagem num silo de cereais

Este trabalho baseia-se num caso de estudo real de planeamento de operações de armazenagem num silo rural de cereais, e enquadra-se nos problemas de planeamento e programação de armazéns. Os programadores deparam-se diariamente com o problema de arranjar a melhor solução de transferência entre células de armazenagem, tentando maximizar o número de células vazias, por forma a ter maior capacidade para receber novos lotes, respeitando as restrições de receção e expedição, e as restrições de capacidade das linhas de transporte. Foi desenvolvido um modelo matemático de programação linear inteira mista e uma aplicação em Excel, com recurso ao VBA, para a sua implementação. Esta implementação abrangeu todo o processo relativo à atividade em causa, isto é, vai desde a recolha de dados, seu tratamento e análise, até à solução final de distribuição dos vários produtos pelas várias células. Os resultados obtidos mostram que o modelo otimiza o número de células vazias, tendo em conta os produtos que estão armazenados mais os que estão para ser rececionados e expedidos, em tempo computacional inferior a 60 segundos, constituindo, assim, uma importante mais valia para a empresa em causa.

Does independent component analysis play a role in unmixing hyperspectral data?

Independent component analysis (ICA) has recently been proposed as a tool to unmix hyperspectral data. ICA is founded on two assumptions: 1) the observed spectrum vector is a linear mixture of the constituent spectra (endmember spectra) weighted by the correspondent abundance fractions (sources); 2)sources are statistically independent. Independent factor analysis (IFA) extends ICA to linear mixtures of independent sources immersed in noise. Concerning hyperspectral data, the first assumption is valid whenever the multiple scattering among the distinct constituent substances (endmembers) is negligible, and the surface is partitioned according to the fractional abundances. The second assumption, however, is violated, since the sum of abundance fractions associated to each pixel is constant due to physical constraints in the data acquisition process. Thus, sources cannot be statistically independent, this compromising the performance of ICA/IFA algorithms in hyperspectral unmixing. This paper studies the impact of hyperspectral source statistical dependence on ICA and IFA performances. We conclude that the accuracy of these methods tends to improve with the increase of the signature variability, of the number of endmembers, and of the signal-to-noise ratio. In any case, there are always endmembers incorrectly unmixed. We arrive to this conclusion by minimizing the mutual information of simulated and real hyperspectral mixtures. The computation of mutual information is based on fitting mixtures of Gaussians to the observed data. A method to sort ICA and IFA estimates in terms of the likelihood of being correctly unmixed is proposed.

Does Independent Component Analysis Play a Role in Unmixing Hyperspectral Data?

Chapter in Book Proceedings with Peer Review First Iberian Conference, IbPRIA 2003, Puerto de Andratx, Mallorca, Spain, JUne 4-6, 2003. Proceedings

Suporte à computação paralela e distribuída em Java: API e comunicação entre nós cooperantes

Este trabalho é uma parte do tema global “Suporte à Computação Paralela e Distribuída em Java”, também tema da tese de Daniel Barciela no mestrado de Engenharia Informática do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O seu objetivo principal consiste na definição/criação da interface com o programador, assim como também abrange a forma como os nós comunicam e cooperam entre si para a execução de determinadas tarefas, de modo a atingirem um único objetivo global. No âmbito desta dissertação foi realizado um estudo prévio relativamente aos modelos teóricos referentes à computação paralela, assim como também foram analisadas linguagens e frameworks que fornecem suporte a este mesmo tipo de computação. Este estudo teve como principal objetivo a análise da forma como estes modelos e linguagens permitem ao programador expressar o processamento paralelo no desenvolvimento das aplicações. Como resultado desta dissertação surgiu a framework denominada Distributed Parallel Framework for Java (DPF4j), cujo objetivo principal é fornecer aos programadores o suporte para o desenvolvimento de aplicações paralelas e distribuídas. Esta framework foi desenvolvida na linguagem Java. Esta dissertação contempla a parte referente à interface de programação e a toda a comunicação entre nós cooperantes da framework DPF4j. Por fim, foi demonstrado através dos testes realizados que a DPF4j, apesar de ser ainda um protótipo, já demonstra ter uma performance superior a outras frameworks e linguagens que possuem os mesmos objetivos.

Power law and entropy analysis of catastrophic phenomena

Catastrophic events, such as wars and terrorist attacks, tornadoes and hurricanes, earthquakes, tsunamis, floods and landslides, are always accompanied by a large number of casualties. The size distribution of these casualties has separately been shown to follow approximate power law (PL) distributions. In this paper, we analyze the statistical distributions of the number of victims of catastrophic phenomena, in particular, terrorism, and find double PL behavior. This means that the data sets are better approximated by two PLs instead of a single one. We plot the PL parameters, corresponding to several events, and observe an interesting pattern in the charts, where the lines that connect each pair of points defining the double PLs are almost parallel to each other. A complementary data analysis is performed by means of the computation of the entropy. The results reveal relationships hidden in the data that may trigger a future comprehensive explanation of this type of phenomena.

The influence of count's number in myocardium in the determination of reproducible parameters in Gated-SPECT studies simulated with GATE

Myocardial Perfusion Gated Single Photon Emission Tomography (Gated-SPET) imaging is used for the combined evaluation of myocardial perfusion and left ventricular (LV). The purpose of this study is to evaluate the influence of the total number of counts acquired from myocardium, in the calculation of myocardial functional parameters using routine software procedures. Methods: Gated-SPET studies were simulated using Monte Carlo GATE package and NURBS phantom. Simulated data were reconstructed and processed using the commercial software package Quantitative Gated-SPECT. The Bland-Altman and Mann-Whitney-Wilcoxon tests were used to analyze the influence of the number of total counts in the calculation of LV myocardium functional parameters. Results: In studies simulated with 3MBq in the myocardium there were significant differences in the functional parameters: Left ventricular ejection fraction (LVEF), end-systolic volume (ESV), Motility and Thickness; between studies acquired with 15s/projection and 30s/projection. Simulations with 4.2MBq show significant differences in LVEF, end-diastolic volume (EDV) and Thickness. Meanwhile in the simulations with 5.4MBq and 8.4MBq the differences were statistically significant for Motility and Thickness. Conclusion: The total number of counts per simulation doesn't significantly interfere with the determination of Gated-SPET functional parameters using the administered average activity of 450MBq to 5.4MBq in myocardium.

Reproducibility of simulated myocardial lesions simulated on a virtual phantom

Human virtual phantoms are being widely used to simulate and characterize the behavior of different organs, either in diagnosis stages but also to enable foreseeing the therapeutic effects obtained on a certain patient. In the present work a typical patient’s heart was simulated using XCAT2©, considering the possibility of a lesion and/or anatomical alteration being affecting the myocardium. These simulated images, were then used to carry out a set of parametric studies using Matlab©. Although performed in controlled sceneries, these studies are very important to understand and characterize the performance of the methodologies used, as well as to determine to what extent the relations between the perturbation introduced at the myocardium and the resulting simulated images can be considered conclusive.

Desenvolvimento de módulos para planeamento e controlo de execução de missões de veículos aéreos não tripulados

Com a evolução da tecnologia, os UAVs (unmanned aerial vehicles) são cada vez mais utilizados, não só em missões de risco para o ser Humano, mas também noutro tipo de missões, como é o caso de missões de inspeção, vigilância, busca e salvamento. Isto devese ao baixo custo das plataformas assim como à sua enorme fiabilidade e facilidade de operação. Esta dissertação surge da necessidade de aumentar a autonomia dos UAVs do projeto PITVANT (Projeto de Investigação e Tecnologia em Veículos Aéreos Não Tripulados), projeto de investigação colaborativa entre a AFA (Academia da Força Aérea) e a FEUP (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto), relativamente ao planeamento de trajetórias entre dois pontos no espaço, evitando os obstáculos que intersetem o caminho. Para executar o planeamento da trajetória mais curta entre dois pontos, foi implementado o algoritmo de pesquisa A*, por ser um algoritmo de pesquisa de soluções ótimas. A área de pesquisa é decomposta em células regulares e o centro das células são os nós de pesquisa do A*. O tamanho de cada célula é dependente da dinâmica de cada aeronave. Para que as aeronaves não colidam com os obstáculos, foi desenvolvido um método numérico baseado em relações trigonométricas para criar uma margem de segurança em torno de cada obstáculo. Estas margens de segurança são configuráveis, sendo o seu valor por defeito igual ao raio mínimo de curvatura da aeronave à velocidade de cruzeiro. De forma a avaliar a sua escalabilidade, o algoritmo foi avaliado com diferentes números de obstáculos. As métricas utilizadas para avaliação do algoritmo foram o tempo de computação do mesmo e o comprimento do trajeto obtido. Foi ainda comparado o desempenho do algoritmo desenvolvido com um algoritmo já implementado, do tipo fast marching.

Análise e síntese de música através de sistemas computacionais

Este trabalho, realizado no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação, procura mostrar de que forma a Computação Evolucionária se pode aplicar no mundo da Música. Este é, de resto, um tema sobejamente aliciante dentro da área da Inteligência Artificial. Começa-se por apresentar o mundo da Música com uma perspetiva cronológica da sua história, dando especial relevo ao estilo musical do Fado de Coimbra. Abordam-se também os conceitos fundamentais da teoria musical. Relativamente à Computação Evolucionária, expõem-se os elementos associados aos Algoritmos Evolucionários e apresentam-se os principais modelos, nomeadamente os Algoritmos Genéticos. Ainda no âmbito da Computação Evolucionária, foi elaborado um pequeno estudo do “estado da arte” da aplicação da Computação Evolucionária na Música. A implementação prática deste trabalho baseia-se numa aplicação – AG Fado – que compõe melodias de Fado de Coimbra, utilizando Algoritmos Genéticos. O trabalho foi dividido em duas partes principais: a primeira parte consiste na recolha de informações e posterior levantamento de dados estatísticos sobre o género musical escolhido, nomeadamente fados em tonalidade maior e fados em tonalidade menor; a segunda parte consiste no desenvolvimento da aplicação, com a conceção do respetivo algoritmo genético para composição de melodias. As melodias obtidas através da aplicação desenvolvida são bastante audíveis e boas melodicamente. No entanto, destaca-se o facto de a avaliação ser efetuada por seres humanos o que implica sensibilidades musicais distintas levando a resultados igualmente distintos.

Simulation of the magnetic induction vector of a magnetic core to be used in FFC NMR relaxometry

This paper is a contribution for the assessment and comparison of magnet properties based on magnetic field characteristics particularly concerning the magnetic induction uniformity in the air gaps. For this aim, a solver was developed and implemented to determine the magnetic field of a magnetic core to be used in Fast Field Cycling (FFC) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) relaxometry. The electromagnetic field computation is based on a 2D finite-element method (FEM) using both the scalar and the vector potential formulation. Results for the magnetic field lines and the magnetic induction vector in the air gap are presented. The target magnetic induction is 0.2 T, which is a typical requirement of the FFC NMR technique, which can be achieved with a magnetic core based on permanent magnets or coils. In addition, this application requires high magnetic induction uniformity. To achieve this goal, a solution including superconducting pieces is analyzed. Results are compared with a different FEM program.

Capacity sharing and stealing in serverbased real-time systems

A dynamic scheduler that supports the coexistence of guaranteed and non-guaranteed bandwidth servers is proposed. Overloads are handled by an efficient reclaiming of residual capacities originated by early completions as well as by allowing reserved capacity stealing of non-guaranteed bandwidth servers. The proposed dynamic budget accounting mechanism ensures that at a particular time the currently executing server is using a residual capacity, its own capacity or is stealing some reserved capacity, eliminating the need of additional server states or unbounded queues. The server to which the budget accounting is going to be performed is dynamically determined at the time instant when a capacity is needed. This paper describes and evaluates the proposed scheduling algorithm, showing that it can efficiently reduce the mean tardiness of periodic jobs. The achieved results become even more significant when tasks’ computation times have a large variance.

Controlo fotogramétrico da condição de estruturas quebra-mar

Dissertação de natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Concurrent tabling

In the past few years Tabling has emerged as a powerful logic programming model. The integration of concurrent features into the implementation of Tabling systems is demanded by need to use recently developed tabling applications within distributed systems, where a process has to respond concurrently to several requests. The support for sharing of tables among the concurrent threads of a Tabling process is a desirable feature, to allow one of Tabling’s virtues, the re-use of computations by other threads and to allow efficient usage of available memory. However, the incremental completion of tables which are evaluated concurrently is not a trivial problem. In this dissertation we describe the integration of concurrency mechanisms, by the way of multi-threading, in a state of the art Tabling and Prolog system, XSB. We begin by reviewing the main concepts for a formal description of tabled computations, called SLG resolution and for the implementation of Tabling under the SLG-WAM, the abstract machine supported by XSB. We describe the different scheduling strategies provided by XSB and introduce some new properties of local scheduling, a scheduling strategy for SLG resolution. We proceed to describe our implementation work by describing the process of integrating multi-threading in a Prolog system supporting Tabling, without addressing the problem of shared tables. We describe the trade-offs and implementation decisions involved. We then describe an optimistic algorithm for the concurrent sharing of completed tables, Shared Completed Tables, which allows the sharing of tables without incurring in deadlocks, under local scheduling. This method relies on the execution properties of local scheduling and includes full support for negation. We provide a theoretical framework and discuss the implementation’s correctness and complexity. After that, we describe amethod for the sharing of tables among threads that allows parallelism in the computation of inter-dependent subgoals, which we name Concurrent Completion. We informally argue for the correctness of Concurrent Completion. We give detailed performance measurements of the multi-threaded XSB systems over a variety of machines and operating systems, for both the Shared Completed Tables and the Concurrent Completion implementations. We focus our measurements inthe overhead over the sequential engine and the scalability of the system. We finish with a comparison of XSB with other multi-threaded Prolog systems and we compare our approach to concurrent tabling with parallel and distributed methods for the evaluation of tabling. Finally, we identify future research directions.