High resolution 3-D imaging via multi-pass SAR

Spaceborne/airborne synthetic aperture radar (SAR) systems provide high resolution two-dimensional terrain imagery. The paper proposes a technique for combining multiple SAR images, acquired on flight paths slightly separated in the elevation direction, to generate high resolution three-dimensional imagery. The technique could be viewed as an extension to interferometric SAR (InSAR) in that it generates topographic imagery with an additional dimension of resolution. The 3-D multi-pass SAR imaging system is typically characterised by a relatively short ambiguity length in the elevation direction. To minimise the associated ambiguities we exploit the relative phase information within the set of images to track the terrain landscape. The SAR images are then coherently combined, via a nonuniform DFT, over a narrow (in elevation) volume centred on the 'dominant' terrain ground plane. The paper includes a detailed description of the technique, background theory, including achievable resolution, and the results of an experimental study.

Empirical evidence for ultrametric structure in multi-layer perceptron error surfaces

Combinatorial optimization problems share an interesting property with spin glass systems in that their state spaces can exhibit ultrametric structure. We use sampling methods to analyse the error surfaces of feedforward multi-layer perceptron neural networks learning encoder problems. The third order statistics of these points of attraction are examined and found to be arranged in a highly ultrametric way. This is a unique result for a finite, continuous parameter space. The implications of this result are discussed.

Selecting methods to solve multi-well master equations

There are several competing methods commonly used to solve energy grained master equations describing gas-phase reactive systems. When it comes to selecting an appropriate method for any particular problem, there is little guidance in the literature. In this paper we directly compare several variants of spectral and numerical integration methods from the point of view of computer time required to calculate the solution and the range of temperature and pressure conditions under which the methods are successful. The test case used in the comparison is an important reaction in combustion chemistry and incorporates reversible and irreversible bimolecular reaction steps as well as isomerizations between multiple unimolecular species. While the numerical integration of the ODE with a stiff ODE integrator is not the fastest method overall, it is the fastest method applicable to all conditions.

A bot spooler architecture to integrate virtual worlds with e-learning management systems for corporate training

Joining efforts of academic and corporate teams, we developed an integration architecture - MULTIS - that enables corporate e-learning managers to use a Learning Management System (LMS) for management of educational activities in virtual worlds. This architecture was then implemented for the Formare LMS. In this paper we present this architecture and concretizations of its implementation for the Second Life Grid/OpenSimulator virtual world platforms. Current systems are focused on activities managed by individual trainers, rather than groups of trainers and large numbers of trainees: they focus on providing the LMS with information about educational activities taking place in a virtual world and/or being able to access within the virtual world some of the information stored in the LMS, and disregard the streamlining of activity setup and data collection in multi-trainer contexts, among other administrative issues. This architecture aims to overcome the limitations of existing systems for organizational management of corporate e-learning activities.

Building intelligence open systems (BIOS)

Os edifícios estão a ser construídos com um número crescente de sistemas de automação e controlo não integrados entre si. Esta falta de integração resulta num caos tecnológico, o que cria dificuldades nas três fases da vida de um edifício, a fase de estudo, a de implementação e a de exploração. O desenvolvimento de Building Automation System (BAS) tem como objectivo assegurar condições de conforto, segurança e economia de energia. Em edifícios de grandes dimensões a energia pode representar uma percentagem significativa da factura energética anual. Um BAS integrado deverá contribuir para uma diminuição significativa dos custos de desenvolvimento, instalação e gestão do edifício, o que pode também contribuir para a redução de CO2. O objectivo da arquitectura proposta é contribuir para uma estratégia de integração que permita a gestão integrada dos diversos subsistemas do edifício (e.g. aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC), iluminação, segurança, etc.). Para realizar este controlo integrado é necessário estabelecer uma estratégia de cooperação entre os subsistemas envolvidos. Um dos desafios para desenvolver um BAS com estas características consistirá em estabelecer a interoperabilidade entre os subsistemas como um dos principais objectivos a alcançar, dado que o fornecimento dos referidos subsistemas assenta normalmente numa filosofia multi-fornecedor, sendo desenvolvidos usando tecnologias heterogéneas. Desta forma, o presente trabalho consistiu no desenvolvimento de uma plataforma que se designou por Building Intelligence Open System (BIOS). Na implementação desta plataforma adoptou-se uma arquitectura orientada a serviços ou Service Oriented Architecture (SOA) constituída por quatro elementos fundamentais: um bus cooperativo, denominado BIOSbus, implementado usando Jini e JavaSpaces, onde todos os serviços serão ligados, disponibilizando um mecanismo de descoberta e um mecanismo que notificada as entidades interessadas sobre alterações do estado de determinado componente; serviços de comunicação que asseguram a abstracção do Hardware utilizado da automatização das diversas funcionalidades do edifício; serviços de abstracção de subsistemas no acesso ao bus; clientes, este podem ser nomeadamente uma interface gráfica onde é possível fazer a gestão integrada do edifício, cliente de coordenação que oferece a interoperabilidade entre subsistemas e os serviços de gestão energética que possibilita a activação de algoritmos de gestão racional de energia eléctrica.

Adaptive learning in multiagent systems: a forecasting methodology based on error analysis

Electricity markets are complex environments, involving a large number of different entities, playing in a dynamic scene to obtain the best advantages and profits. MASCEM is a multi-agent electricity market simu-lator to model market players and simulate their operation in the market. Market players are entities with specific characteristics and objectives, making their decisions and interacting with other players. MASCEM pro-vides several dynamic strategies for agents’ behaviour. This paper presents a method that aims to provide market players strategic bidding capabilities, allowing them to obtain the higher possible gains out of the market. This method uses an auxiliary forecasting tool, e.g. an Artificial Neural Net-work, to predict the electricity market prices, and analyses its forecasting error patterns. Through the recognition of such patterns occurrence, the method predicts the expected error for the next forecast, and uses it to adapt the actual forecast. The goal is to approximate the forecast to the real value, reducing the forecasting error.

ABS4GD: a multi-agent system that simulates group decision processes considering emotional and argumentative aspects

Emotion although being an important factor in our every day life it is many times forgotten in the development of systems to be used by persons. In this work we present an architecture for a ubiquitous group decision support system able to support persons in group decision processes. The system considers the emotional factors of the intervenient participants, as well as the argumentation between them. Particular attention will be taken to one of components of this system: the multi-agent simulator, modeling the human participants, considering emotional characteristics, and allowing the exchanges of hypothetic arguments among the participants.

ISEM: a multi-agent system that simulates competitive electronic marketplaces

With the increasing importance of large commerce across the Internet it is becoming increasingly evident that in a few years the Iternet will host a large number of interacting software agents. a vast number of them will be economically motivated, and will negociate a variety of goods and services. It is therefore important to consider the economic incentives and behaviours of economic software agents, and to use all available means to anticipate their collective interactions. This papers addresses this concern by presenting a multi-agent market simulator designed for analysing agent market strategies based on a complete understanding of buyer and seller behaviours, preference models and pricing algorithms, consideting risk preferences. The system includes agents that are capable of increasing their performance with their own experience, by adapting to the market conditions. The results of the negotiations between agents are analysed by data minig algorithms in order to extract rules that give agents feedback to imprive their strategies.

Group decision making and Quality-of-information in e-Health systems

Knowledge is central to the modern economy and society. Indeed, the knowledge society has transformed the concept of knowledge and is more and more aware of the need to overcome the lack of knowledge when has to make options or address its problems and dilemmas. One’s knowledge is less based on exact facts and more on hypotheses, perceptions or indications. Even when we use new computational artefacts and novel methodologies for problem solving, like the use of Group Decision Support Systems (GDSSs), the question of incomplete information is in most of the situations marginalized. On the other hand, common sense tells us that when a decision is made it is impossible to have a perception of all the information involved and the nature of its intrinsic quality. Therefore, something has to be made in terms of the information available and the process of its evaluation. It is under this framework that a Multi-valued Extended Logic Programming language will be used for knowledge representation and reasoning, leading to a model that embodies the Quality-of-Information (QoI) and its quantification, along the several stages of the decision-making process. In this way, it is possible to provide a measure of the value of the QoI that supports the decision itself. This model will be here presented in the context of a GDSS for VirtualECare, a system aimed at sustaining online healthcare services.

Scalable Unified Transform Architecture for Advanced Video Coding Embedded Systems

A novel high throughput and scalable unified architecture for the computation of the transform operations in video codecs for advanced standards is presented in this paper. This structure can be used as a hardware accelerator in modern embedded systems to efficiently compute all the two-dimensional 4 x 4 and 2 x 2 transforms of the H.264/AVC standard. Moreover, its highly flexible design and hardware efficiency allows it to be easily scaled in terms of performance and hardware cost to meet the specific requirements of any given video coding application. Experimental results obtained using a Xilinx Virtex-5 FPGA demonstrated the superior performance and hardware efficiency levels provided by the proposed structure, which presents a throughput per unit of area relatively higher than other similar recently published designs targeting the H.264/AVC standard. Such results also showed that, when integrated in a multi-core embedded system, this architecture provides speedup factors of about 120x concerning pure software implementations of the transform algorithms, therefore allowing the computation, in real-time, of all the above mentioned transforms for Ultra High Definition Video (UHDV) sequences (4,320 x 7,680 @ 30 fps).

Sistema multi-agente para gestão de tráfego em centros urbanos

Mestrado em Engenharia Informática

Antena multi-banda para comunicações móveis

O desenvolvimento dos sistemas de comunicações móveis tem vindo a ser cada vez maior, fazendo com que os sistemas funcionem em várias bandas de operação. Neste sentido, surge a necessidade de desenvolver antenas que superem aquelas já existentes, ao nível das suas propriedades electromagnéticas, para que os sistemas apresentem uma maior qualidade e possam corresponder às exigências inerentes ao desenvolvimento das sociedades. O objectivo desta dissertação de Mestrado é dimensionar, construir e medir uma antena multi-banda para comunicações móveis, com base em estruturas EBG (Electromagnetic Band-Gap) que melhorem o comportamento electromagnético daquelas já existentes, para a banda de frequências de 2.4 GHz e de 5.2 GHz. Começa-se por fazer-se um estudo acerca do estado da arte de estruturas EBG, muito utilizadas em várias áreas, nomeadamente a área das antenas, área sobre a qual esta dissertação assenta. Posteriormente é feita uma breve introdução às antenas microstrip, particularizando de seguida para antenas PIFA e as suas características. Posteriormente é feito o estudo de uma antena PIFA, com e sem a influência de estruturas EBG, para as bandas de 2.4 GHz e 5.2 GHz. Posteriormente são apresentados e comparados resultados das várias antenas. Da análise desses resultados, verifica-se que é possível obter uma antena de baixo perfil com a utilização de estruturas EBG como plano de massa. Além disso, verifica-se também que é possível diminuir a radiação traseira e aumentar a largura de banda. Finalmente, são apresentadas algumas conclusões e várias propostas de trabalho futuro.

Supporting intra-task parallelism in real-time multiprocessor systems

Os sistemas de tempo real modernos geram, cada vez mais, cargas computacionais pesadas e dinâmicas, começando-se a tornar pouco expectável que sejam implementados em sistemas uniprocessador. Na verdade, a mudança de sistemas com um único processador para sistemas multi- processador pode ser vista, tanto no domínio geral, como no de sistemas embebidos, como uma forma eficiente, em termos energéticos, de melhorar a performance das aplicações. Simultaneamente, a proliferação das plataformas multi-processador transformaram a programação paralela num tópico de elevado interesse, levando o paralelismo dinâmico a ganhar rapidamente popularidade como um modelo de programação. A ideia, por detrás deste modelo, é encorajar os programadores a exporem todas as oportunidades de paralelismo através da simples indicação de potenciais regiões paralelas dentro das aplicações. Todas estas anotações são encaradas pelo sistema unicamente como sugestões, podendo estas serem ignoradas e substituídas, por construtores sequenciais equivalentes, pela própria linguagem. Assim, o modo como a computação é na realidade subdividida, e mapeada nos vários processadores, é da responsabilidade do compilador e do sistema computacional subjacente. Ao retirar este fardo do programador, a complexidade da programação é consideravelmente reduzida, o que normalmente se traduz num aumento de produtividade. Todavia, se o mecanismo de escalonamento subjacente não for simples e rápido, de modo a manter o overhead geral em níveis reduzidos, os benefícios da geração de um paralelismo com uma granularidade tão fina serão meramente hipotéticos. Nesta perspetiva de escalonamento, os algoritmos que empregam uma política de workstealing são cada vez mais populares, com uma eficiência comprovada em termos de tempo, espaço e necessidades de comunicação. Contudo, estes algoritmos não contemplam restrições temporais, nem outra qualquer forma de atribuição de prioridades às tarefas, o que impossibilita que sejam diretamente aplicados a sistemas de tempo real. Além disso, são tradicionalmente implementados no runtime da linguagem, criando assim um sistema de escalonamento com dois níveis, onde a previsibilidade, essencial a um sistema de tempo real, não pode ser assegurada. Nesta tese, é descrita a forma como a abordagem de work-stealing pode ser resenhada para cumprir os requisitos de tempo real, mantendo, ao mesmo tempo, os seus princípios fundamentais que tão bons resultados têm demonstrado. Muito resumidamente, a única fila de gestão de processos convencional (deque) é substituída por uma fila de deques, ordenada de forma crescente por prioridade das tarefas. De seguida, aplicamos por cima o conhecido algoritmo de escalonamento dinâmico G-EDF, misturamos as regras de ambos, e assim nasce a nossa proposta: o algoritmo de escalonamento RTWS. Tirando partido da modularidade oferecida pelo escalonador do Linux, o RTWS é adicionado como uma nova classe de escalonamento, de forma a avaliar na prática se o algoritmo proposto é viável, ou seja, se garante a eficiência e escalonabilidade desejadas. Modificar o núcleo do Linux é uma tarefa complicada, devido à complexidade das suas funções internas e às fortes interdependências entre os vários subsistemas. Não obstante, um dos objetivos desta tese era ter a certeza que o RTWS é mais do que um conceito interessante. Assim, uma parte significativa deste documento é dedicada à discussão sobre a implementação do RTWS e à exposição de situações problemáticas, muitas delas não consideradas em teoria, como é o caso do desfasamento entre vários mecanismo de sincronização. Os resultados experimentais mostram que o RTWS, em comparação com outro trabalho prático de escalonamento dinâmico de tarefas com restrições temporais, reduz significativamente o overhead de escalonamento através de um controlo de migrações, e mudanças de contexto, eficiente e escalável (pelo menos até 8 CPUs), ao mesmo tempo que alcança um bom balanceamento dinâmico da carga do sistema, até mesmo de uma forma não custosa. Contudo, durante a avaliação realizada foi detetada uma falha na implementação do RTWS, pela forma como facilmente desiste de roubar trabalho, o que origina períodos de inatividade, no CPU em questão, quando a utilização geral do sistema é baixa. Embora o trabalho realizado se tenha focado em manter o custo de escalonamento baixo e em alcançar boa localidade dos dados, a escalonabilidade do sistema nunca foi negligenciada. Na verdade, o algoritmo de escalonamento proposto provou ser bastante robusto, não falhando qualquer meta temporal nas experiências realizadas. Portanto, podemos afirmar que alguma inversão de prioridades, causada pela sub-política de roubo BAS, não compromete os objetivos de escalonabilidade, e até ajuda a reduzir a contenção nas estruturas de dados. Mesmo assim, o RTWS também suporta uma sub-política de roubo determinística: PAS. A avaliação experimental, porém, não ajudou a ter uma noção clara do impacto de uma e de outra. No entanto, de uma maneira geral, podemos concluir que o RTWS é uma solução promissora para um escalonamento eficiente de tarefas paralelas com restrições temporais.

Seguimento de pessoas em sistemas multi-câmara

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Redes de Comunicação e Multimédia

Constraint solving over multi-valued logics - application to digital circuits

Due to usage conditions, hazardous environments or intentional causes, physical and virtual systems are subject to faults in their components, which may affect their overall behaviour. In a ‘black-box’ agent modelled by a set of propositional logic rules, in which just a subset of components is externally visible, such faults may only be recognised by examining some output function of the agent. A (fault-free) model of the agent’s system provides the expected output given some input. If the real output differs from that predicted output, then the system is faulty. However, some faults may only become apparent in the system output when appropriate inputs are given. A number of problems regarding both testing and diagnosis thus arise, such as testing a fault, testing the whole system, finding possible faults and differentiating them to locate the correct one. The corresponding optimisation problems of finding solutions that require minimum resources are also very relevant in industry, as is minimal diagnosis. In this dissertation we use a well established set of benchmark circuits to address such diagnostic related problems and propose and develop models with different logics that we formalise and generalise as much as possible. We also prove that all techniques generalise to agents and to multiple faults. The developed multi-valued logics extend the usual Boolean logic (suitable for faultfree models) by encoding values with some dependency (usually on faults). Such logics thus allow modelling an arbitrary number of diagnostic theories. Each problem is subsequently solved with CLP solvers that we implement and discuss, together with a new efficient search technique that we present. We compare our results with other approaches such as SAT (that require substantial duplication of circuits), showing the effectiveness of constraints over multi-valued logics, and also the adequacy of a general set constraint solver (with special inferences over set functions such as cardinality) on other problems. In addition, for an optimisation problem, we integrate local search with a constructive approach (branch-and-bound) using a variety of logics to improve an existing efficient tool based on SAT and ILP.