Pulsatile flow in coronary bifurcations for different stenting techniques

The objective of this work is to analyze the local hem odynamic changes caused in a coronary bifurcation by three different stenting techniques: simple stenting of the main vessel, simple stenting of the main vessel with kissing balloon in the side branch and culotte. To carry out this study an idealized geometry of a coronary bifurcation is used, and two bifurcation angles, 45º and 90º, are chosen as representative of the wide variety of re al configurations. In order to quantify the influence of the stenting technique on the local blood flow, both numeri- cal simulations and experimental measurements are performed. First, steady simulations are carried out with the commercial code ANSYS-Fluent, and then, experimental measurements with PIV (Particle Image Velocimetry) obtained in the laboratory are used to validate the numerical simulation. The steady computational simulations show a good overall agreement with the experimental data. Second, pulsatile flow is considered to take into account the tran- sient effects. The time averaged wall shear stress, scillatory shear index and pressure drop obtained numerically are used to compare the behavior of the stenting techniques.

Supporting pruning in tabled LP

This paper analyzes issues which appear when supporting pruning operators in tabled LP. A version of the once/1 control predicate tailored for tabled predicates is presented, and an implementation analyzed and evaluated. Using once/1 with answer-on-demand strategies makes it possible to avoid computing unneeded solutions for problems which can benefit from tabled LP but in which only a single solution is needed, such as model checking and planning. The proposed version of once/1 is also directly applicable to the efficient implementation of other optimizations, such as early completion, cut-fail loops (to, e.g., prune at the top level), if-then-else, and constraint-based branch-and-bound optimization. Although once/1 still presents open issues such as dependencies of tabled solutions on program history, our experimental evaluation confirms that it provides an arbitrarily large efficiency improvement in several application areas.

Estudio del flujo sanguíneo para diferentes técnicas de implantación de stents en bifurcaciones coronarias

Las enfermedades arteriales vienen presididas por la aterosclerosis, que es un proceso crónico de degeneración, que evoluciona hacia la obstrucción de la luz arterial. La pared de la arteria se engrosa debido al depósito de elementos grasos tales como el colesterol. Los stents intraluminales son diminutas estructuras tubulares autoexpandibles de malla de metal, que se colocan dentro de la arteria coronaria después de una angioplastia con balón para prevenir el cierre de dicha arteria. A pesar de estar diseñados para ser compatibles con el tejido humano, a menudo se da una reacción en cadena de consecuencias indeseables. La reestenosis intra-stent es un problema creciente debido al importante incremento que se ha producido en la utilización del stent intracoronario como forma de revascularización percutánea. Se habla de una incidencia global del 28%, siendo la causa principal de su aparición la proliferación neointimal a través de una compleja cascada de sucesos que pueden tardar meses en desarrollarse. Una de las reacciones más importantes es la trombosis o la formación de una fina capa de coágulo como respuesta a la presencia de un material extraño. Este proceso es multifactorial, y en él intervienen la regresión de la pared como consecuencia del estiramiento previo, la denudación endotelial, lo que permite la agregación plaquetaria, la proliferación neointimal, lo que facilita a los receptores de membrana desencadenar un proceso de agregación posterior y, por último, el remodelado negativo inadecuado de la pared, lo que produce pérdida de luz arterial. Se ha observado frecuentemente que el depósito de ateroma en la pared arterial está relacionado con el valor de los esfuerzos cortantes en la misma. Hay mayores probabilidades de engrosamiento de la pared en las zonas donde son bajos los esfuerzos cortantes, quizá por el mayor tiempo de residencia de las partículas circulantes por el torrente sanguíneo. Si nos centramos en la afirmación anterior, el siguiente paso sería buscar las zonas susceptibles de presentar un valor bajo de dichos esfuerzos. Las zonas potencialmente peligrosas son los codos y bifurcaciones, entre otras. Nos hemos centrado en una bifurcación coronaria, ya que los patrones de flujo que se suelen presentar, tales como recirculación y desprendimiento de vórtices están íntimamente relacionados con las técnicas de implantación de stents en esta zona. Proyectamos nuestros esfuerzos en el estudio de dos técnicas de implante, utilizando un único stent y una tercera a través de una configuración de culotte con el uso de dos stents. El primer caso trata de una bifurcación con un único stent en la rama principal cuyos struts cierran el orificio lateral que da salida a la rama secundaria de la bifurcación, es decir sería un stent sin orificio. El segundo consiste en un único stent también, pero con la diferencia de que éste presenta un orificio de comunicación con la rama lateral. Todas estas técnicas se aplicaron a bifurcaciones de 45º y de 90º. Introdujimos las geometrías -una vez confeccionadas con el código comercial Gambit- en el programa Ansys-Fluent contemplando régimen estacionario. Los resultados obtenidos fueron cotejados con los experimentales, que se realizaron paralelamente, con el fin de corroborarlos. Una vez validados, el estudio computacional ya contó con la fiabilidad suficiente como para abordar el régimen no estacionario, tanto en la versión de reposo como en la de ejercicio –hiperemia- El comportamiento reológico de la sangre para régimen no estacionario en estado de reposo es otra de las tareas abordadas, realizando una comparativa de los modelos Newtoniano, Carreau y Ley de Potencias. Finalmente, en una última etapa, debido a la reciente incursión de los stents diseñados específicamente frente a los convencionales, se aborda el comportamiento hemodinámico de los mismos. Concretamente, se comparó el patrón de flujo en un modelo de bifurcación coronaria con los nuevos stents (Stentys) y los convencionales. Se estudiaron cuatro modelos, a saber, stent simple en la rama principal, stent simple en la rama secundaria, culotte desplegando el primer stent en la rama principal y culotte desplegando el primer stent en la rama secundaria. La bifurcación estudiada presenta un ángulo de apertura de 45º y la relación de diámetros de las ramas hija se ajustaron de acuerdo a la ley de Finet. Se recogieron resultados experimentales en el laboratorio y se corrieron simulaciones numéricas con Ansys Fluent paralelamente. Las magnitudes que se tuvieron en cuenta con el fin de ubicar las regiones potencialmente ateroscleróticas fueron los esfuerzos cortantes, vorticidad y caída de presión. ABSTRACT Nowadays, restenosis after percutaneous dilation is the major drawback of coronary angioplasty. It represents a special form of atherosclerosis due to the healing process secondary to extensive vessel trauma induced after intracoronary balloon inflation. The use of coronary stents may decrease the incidence of this phenomenon. Unfortunately, intra-stent restenosis still occurs in 20-30% of the cases following the stent implantation. Most experiments suggest a correlation between low wall shear stress and wall thickness. The preferential locations for the atherosclerotic plaque are bifurcations. The objective of this work is to analyze the local hemodynamic changes caused in a coronary bifurcation by three different stenting techniques: simple stenting of the main vessel, simple stenting of the main vessel with kissing balloon in the side branch and culotte. To carry out this study an idealized geometry of a coronary bifurcation is used, and two bifurcation angles, 45º and 90º, are chosen as representative of the wide variety of real configurations. Both numerical simulations and experimental measurements are performed. First, steady simulations are carried out with the commercial code Ansys-Fluent, then, experimental measurements with PIV (Particle Image Velocimetry), obtained in the laboratory, are used to validate the numerical simulations. The steady computational simulations show a good overall agreement with the experimental data. Then, pulsatile flow is considered to take into account the transient effects. The time averaged wall shear stress, oscillatory shear index and pressure drop obtained numerically are used to compare the behavior of the stenting techniques. In a second step, the rheologic behavior of blood was considered comparing Newtonian, Carreau and Power Law models. Finally, as a result of previous investigations with conventional stents and after the recent emergence of several devices specifically designed for coronary bifurcations angioplasty, the hemodynamic performance of these new devices (Stentys) was compared to conventional ones and techniques in a coronary bifurcation model. Four different stenting techniques: simple stenting of the main vessel, simple stenting of the side vessel, culotte deploying the first stent in the main vessel and culotte deploying the first stent in the side vessel have been considered. To carry out this study an idealized geometry of a coronary bifurcation is used. A 45 degrees bifurcation angle is considered and the daughter branches diameters are obtained according to the Finet law. Both experiments in the laboratory and numerical simulations were used , focusing on important factors for the atherosclerosis development, like the wall shear stress, the oscillation shear index, the pressure loss and the vorticity.

Run-Time Dynamically-Adaptable FPGA-Based Architecture for High-Performance Autonomous Distributed Systems

Esta tesis doctoral se enmarca dentro del campo de los sistemas embebidos reconfigurables, redes de sensores inalámbricas para aplicaciones de altas prestaciones, y computación distribuida. El documento se centra en el estudio de alternativas de procesamiento para sistemas embebidos autónomos distribuidos de altas prestaciones (por sus siglas en inglés, High-Performance Autonomous Distributed Systems (HPADS)), así como su evolución hacia el procesamiento de alta resolución. El estudio se ha llevado a cabo tanto a nivel de plataforma como a nivel de las arquitecturas de procesamiento dentro de la plataforma con el objetivo de optimizar aspectos tan relevantes como la eficiencia energética, la capacidad de cómputo y la tolerancia a fallos del sistema. Los HPADS son sistemas realimentados, normalmente formados por elementos distribuidos conectados o no en red, con cierta capacidad de adaptación, y con inteligencia suficiente para llevar a cabo labores de prognosis y/o autoevaluación. Esta clase de sistemas suele formar parte de sistemas más complejos llamados sistemas ciber-físicos (por sus siglas en inglés, Cyber-Physical Systems (CPSs)). Los CPSs cubren un espectro enorme de aplicaciones, yendo desde aplicaciones médicas, fabricación, o aplicaciones aeroespaciales, entre otras muchas. Para el diseño de este tipo de sistemas, aspectos tales como la confiabilidad, la definición de modelos de computación, o el uso de metodologías y/o herramientas que faciliten el incremento de la escalabilidad y de la gestión de la complejidad, son fundamentales. La primera parte de esta tesis doctoral se centra en el estudio de aquellas plataformas existentes en el estado del arte que por sus características pueden ser aplicables en el campo de los CPSs, así como en la propuesta de un nuevo diseño de plataforma de altas prestaciones que se ajuste mejor a los nuevos y más exigentes requisitos de las nuevas aplicaciones. Esta primera parte incluye descripción, implementación y validación de la plataforma propuesta, así como conclusiones sobre su usabilidad y sus limitaciones. Los principales objetivos para el diseño de la plataforma propuesta se enumeran a continuación: • Estudiar la viabilidad del uso de una FPGA basada en RAM como principal procesador de la plataforma en cuanto a consumo energético y capacidad de cómputo. • Propuesta de técnicas de gestión del consumo de energía en cada etapa del perfil de trabajo de la plataforma. •Propuestas para la inclusión de reconfiguración dinámica y parcial de la FPGA (por sus siglas en inglés, Dynamic Partial Reconfiguration (DPR)) de forma que sea posible cambiar ciertas partes del sistema en tiempo de ejecución y sin necesidad de interrumpir al resto de las partes. Evaluar su aplicabilidad en el caso de HPADS. Las nuevas aplicaciones y nuevos escenarios a los que se enfrentan los CPSs, imponen nuevos requisitos en cuanto al ancho de banda necesario para el procesamiento de los datos, así como en la adquisición y comunicación de los mismos, además de un claro incremento en la complejidad de los algoritmos empleados. Para poder cumplir con estos nuevos requisitos, las plataformas están migrando desde sistemas tradicionales uni-procesador de 8 bits, a sistemas híbridos hardware-software que incluyen varios procesadores, o varios procesadores y lógica programable. Entre estas nuevas arquitecturas, las FPGAs y los sistemas en chip (por sus siglas en inglés, System on Chip (SoC)) que incluyen procesadores embebidos y lógica programable, proporcionan soluciones con muy buenos resultados en cuanto a consumo energético, precio, capacidad de cómputo y flexibilidad. Estos buenos resultados son aún mejores cuando las aplicaciones tienen altos requisitos de cómputo y cuando las condiciones de trabajo son muy susceptibles de cambiar en tiempo real. La plataforma propuesta en esta tesis doctoral se ha denominado HiReCookie. La arquitectura incluye una FPGA basada en RAM como único procesador, así como un diseño compatible con la plataforma para redes de sensores inalámbricas desarrollada en el Centro de Electrónica Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid (CEI-UPM) conocida como Cookies. Esta FPGA, modelo Spartan-6 LX150, era, en el momento de inicio de este trabajo, la mejor opción en cuanto a consumo y cantidad de recursos integrados, cuando además, permite el uso de reconfiguración dinámica y parcial. Es importante resaltar que aunque los valores de consumo son los mínimos para esta familia de componentes, la potencia instantánea consumida sigue siendo muy alta para aquellos sistemas que han de trabajar distribuidos, de forma autónoma, y en la mayoría de los casos alimentados por baterías. Por esta razón, es necesario incluir en el diseño estrategias de ahorro energético para incrementar la usabilidad y el tiempo de vida de la plataforma. La primera estrategia implementada consiste en dividir la plataforma en distintas islas de alimentación de forma que sólo aquellos elementos que sean estrictamente necesarios permanecerán alimentados, cuando el resto puede estar completamente apagado. De esta forma es posible combinar distintos modos de operación y así optimizar enormemente el consumo de energía. El hecho de apagar la FPGA para ahora energía durante los periodos de inactividad, supone la pérdida de la configuración, puesto que la memoria de configuración es una memoria volátil. Para reducir el impacto en el consumo y en el tiempo que supone la reconfiguración total de la plataforma una vez encendida, en este trabajo, se incluye una técnica para la compresión del archivo de configuración de la FPGA, de forma que se consiga una reducción del tiempo de configuración y por ende de la energía consumida. Aunque varios de los requisitos de diseño pueden satisfacerse con el diseño de la plataforma HiReCookie, es necesario seguir optimizando diversos parámetros tales como el consumo energético, la tolerancia a fallos y la capacidad de procesamiento. Esto sólo es posible explotando todas las posibilidades ofrecidas por la arquitectura de procesamiento en la FPGA. Por lo tanto, la segunda parte de esta tesis doctoral está centrada en el diseño de una arquitectura reconfigurable denominada ARTICo3 (Arquitectura Reconfigurable para el Tratamiento Inteligente de Cómputo, Confiabilidad y Consumo de energía) para la mejora de estos parámetros por medio de un uso dinámico de recursos. ARTICo3 es una arquitectura de procesamiento para FPGAs basadas en RAM, con comunicación tipo bus, preparada para dar soporte para la gestión dinámica de los recursos internos de la FPGA en tiempo de ejecución gracias a la inclusión de reconfiguración dinámica y parcial. Gracias a esta capacidad de reconfiguración parcial, es posible adaptar los niveles de capacidad de procesamiento, energía consumida o tolerancia a fallos para responder a las demandas de la aplicación, entorno, o métricas internas del dispositivo mediante la adaptación del número de recursos asignados para cada tarea. Durante esta segunda parte de la tesis se detallan el diseño de la arquitectura, su implementación en la plataforma HiReCookie, así como en otra familia de FPGAs, y su validación por medio de diferentes pruebas y demostraciones. Los principales objetivos que se plantean la arquitectura son los siguientes: • Proponer una metodología basada en un enfoque multi-hilo, como las propuestas por CUDA (por sus siglas en inglés, Compute Unified Device Architecture) u Open CL, en la cual distintos kernels, o unidades de ejecución, se ejecuten en un numero variable de aceleradores hardware sin necesidad de cambios en el código de aplicación. • Proponer un diseño y proporcionar una arquitectura en la que las condiciones de trabajo cambien de forma dinámica dependiendo bien de parámetros externos o bien de parámetros que indiquen el estado de la plataforma. Estos cambios en el punto de trabajo de la arquitectura serán posibles gracias a la reconfiguración dinámica y parcial de aceleradores hardware en tiempo real. • Explotar las posibilidades de procesamiento concurrente, incluso en una arquitectura basada en bus, por medio de la optimización de las transacciones en ráfaga de datos hacia los aceleradores. •Aprovechar las ventajas ofrecidas por la aceleración lograda por módulos puramente hardware para conseguir una mejor eficiencia energética. • Ser capaces de cambiar los niveles de redundancia de hardware de forma dinámica según las necesidades del sistema en tiempo real y sin cambios para el código de aplicación. • Proponer una capa de abstracción entre el código de aplicación y el uso dinámico de los recursos de la FPGA. El diseño en FPGAs permite la utilización de módulos hardware específicamente creados para una aplicación concreta. De esta forma es posible obtener rendimientos mucho mayores que en el caso de las arquitecturas de propósito general. Además, algunas FPGAs permiten la reconfiguración dinámica y parcial de ciertas partes de su lógica en tiempo de ejecución, lo cual dota al diseño de una gran flexibilidad. Los fabricantes de FPGAs ofrecen arquitecturas predefinidas con la posibilidad de añadir bloques prediseñados y poder formar sistemas en chip de una forma más o menos directa. Sin embargo, la forma en la que estos módulos hardware están organizados dentro de la arquitectura interna ya sea estática o dinámicamente, o la forma en la que la información se intercambia entre ellos, influye enormemente en la capacidad de cómputo y eficiencia energética del sistema. De la misma forma, la capacidad de cargar módulos hardware bajo demanda, permite añadir bloques redundantes que permitan aumentar el nivel de tolerancia a fallos de los sistemas. Sin embargo, la complejidad ligada al diseño de bloques hardware dedicados no debe ser subestimada. Es necesario tener en cuenta que el diseño de un bloque hardware no es sólo su propio diseño, sino también el diseño de sus interfaces, y en algunos casos de los drivers software para su manejo. Además, al añadir más bloques, el espacio de diseño se hace más complejo, y su programación más difícil. Aunque la mayoría de los fabricantes ofrecen interfaces predefinidas, IPs (por sus siglas en inglés, Intelectual Property) comerciales y plantillas para ayudar al diseño de los sistemas, para ser capaces de explotar las posibilidades reales del sistema, es necesario construir arquitecturas sobre las ya establecidas para facilitar el uso del paralelismo, la redundancia, y proporcionar un entorno que soporte la gestión dinámica de los recursos. Para proporcionar este tipo de soporte, ARTICo3 trabaja con un espacio de soluciones formado por tres ejes fundamentales: computación, consumo energético y confiabilidad. De esta forma, cada punto de trabajo se obtiene como una solución de compromiso entre estos tres parámetros. Mediante el uso de la reconfiguración dinámica y parcial y una mejora en la transmisión de los datos entre la memoria principal y los aceleradores, es posible dedicar un número variable de recursos en el tiempo para cada tarea, lo que hace que los recursos internos de la FPGA sean virtualmente ilimitados. Este variación en el tiempo del número de recursos por tarea se puede usar bien para incrementar el nivel de paralelismo, y por ende de aceleración, o bien para aumentar la redundancia, y por lo tanto el nivel de tolerancia a fallos. Al mismo tiempo, usar un numero óptimo de recursos para una tarea mejora el consumo energético ya que bien es posible disminuir la potencia instantánea consumida, o bien el tiempo de procesamiento. Con el objetivo de mantener los niveles de complejidad dentro de unos límites lógicos, es importante que los cambios realizados en el hardware sean totalmente transparentes para el código de aplicación. A este respecto, se incluyen distintos niveles de transparencia: • Transparencia a la escalabilidad: los recursos usados por una misma tarea pueden ser modificados sin que el código de aplicación sufra ningún cambio. • Transparencia al rendimiento: el sistema aumentara su rendimiento cuando la carga de trabajo aumente, sin cambios en el código de aplicación. • Transparencia a la replicación: es posible usar múltiples instancias de un mismo módulo bien para añadir redundancia o bien para incrementar la capacidad de procesamiento. Todo ello sin que el código de aplicación cambie. • Transparencia a la posición: la posición física de los módulos hardware es arbitraria para su direccionamiento desde el código de aplicación. • Transparencia a los fallos: si existe un fallo en un módulo hardware, gracias a la redundancia, el código de aplicación tomará directamente el resultado correcto. • Transparencia a la concurrencia: el hecho de que una tarea sea realizada por más o menos bloques es transparente para el código que la invoca. Por lo tanto, esta tesis doctoral contribuye en dos líneas diferentes. En primer lugar, con el diseño de la plataforma HiReCookie y en segundo lugar con el diseño de la arquitectura ARTICo3. Las principales contribuciones de esta tesis se resumen a continuación. • Arquitectura de la HiReCookie incluyendo: o Compatibilidad con la plataforma Cookies para incrementar las capacidades de esta. o División de la arquitectura en distintas islas de alimentación. o Implementación de los diversos modos de bajo consumo y políticas de despertado del nodo. o Creación de un archivo de configuración de la FPGA comprimido para reducir el tiempo y el consumo de la configuración inicial. • Diseño de la arquitectura reconfigurable para FPGAs basadas en RAM ARTICo3: o Modelo de computación y modos de ejecución inspirados en el modelo de CUDA pero basados en hardware reconfigurable con un número variable de bloques de hilos por cada unidad de ejecución. o Estructura para optimizar las transacciones de datos en ráfaga proporcionando datos en cascada o en paralelo a los distinto módulos incluyendo un proceso de votado por mayoría y operaciones de reducción. o Capa de abstracción entre el procesador principal que incluye el código de aplicación y los recursos asignados para las diferentes tareas. o Arquitectura de los módulos hardware reconfigurables para mantener la escalabilidad añadiendo una la interfaz para las nuevas funcionalidades con un simple acceso a una memoria RAM interna. o Caracterización online de las tareas para proporcionar información a un módulo de gestión de recursos para mejorar la operación en términos de energía y procesamiento cuando además se opera entre distintos nieles de tolerancia a fallos. El documento está dividido en dos partes principales formando un total de cinco capítulos. En primer lugar, después de motivar la necesidad de nuevas plataformas para cubrir las nuevas aplicaciones, se detalla el diseño de la plataforma HiReCookie, sus partes, las posibilidades para bajar el consumo energético y se muestran casos de uso de la plataforma así como pruebas de validación del diseño. La segunda parte del documento describe la arquitectura reconfigurable, su implementación en varias FPGAs, y pruebas de validación en términos de capacidad de procesamiento y consumo energético, incluyendo cómo estos aspectos se ven afectados por el nivel de tolerancia a fallos elegido. Los capítulos a lo largo del documento son los siguientes: El capítulo 1 analiza los principales objetivos, motivación y aspectos teóricos necesarios para seguir el resto del documento. El capítulo 2 está centrado en el diseño de la plataforma HiReCookie y sus posibilidades para disminuir el consumo de energía. El capítulo 3 describe la arquitectura reconfigurable ARTICo3. El capítulo 4 se centra en las pruebas de validación de la arquitectura usando la plataforma HiReCookie para la mayoría de los tests. Un ejemplo de aplicación es mostrado para analizar el funcionamiento de la arquitectura. El capítulo 5 concluye esta tesis doctoral comentando las conclusiones obtenidas, las contribuciones originales del trabajo y resultados y líneas futuras. ABSTRACT This PhD Thesis is framed within the field of dynamically reconfigurable embedded systems, advanced sensor networks and distributed computing. The document is centred on the study of processing solutions for high-performance autonomous distributed systems (HPADS) as well as their evolution towards High performance Computing (HPC) systems. The approach of the study is focused on both platform and processor levels to optimise critical aspects such as computing performance, energy efficiency and fault tolerance. HPADS are considered feedback systems, normally networked and/or distributed, with real-time adaptive and predictive functionality. These systems, as part of more complex systems known as Cyber-Physical Systems (CPSs), can be applied in a wide range of fields such as military, health care, manufacturing, aerospace, etc. For the design of HPADS, high levels of dependability, the definition of suitable models of computation, and the use of methodologies and tools to support scalability and complexity management, are required. The first part of the document studies the different possibilities at platform design level in the state of the art, together with description, development and validation tests of the platform proposed in this work to cope with the previously mentioned requirements. The main objectives targeted by this platform design are the following: • Study the feasibility of using SRAM-based FPGAs as the main processor of the platform in terms of energy consumption and performance for high demanding applications. • Analyse and propose energy management techniques to reduce energy consumption in every stage of the working profile of the platform. • Provide a solution with dynamic partial and wireless remote HW reconfiguration (DPR) to be able to change certain parts of the FPGA design at run time and on demand without interrupting the rest of the system. • Demonstrate the applicability of the platform in different test-bench applications. In order to select the best approach for the platform design in terms of processing alternatives, a study of the evolution of the state-of-the-art platforms is required to analyse how different architectures cope with new more demanding applications and scenarios: security, mixed-critical systems for aerospace, multimedia applications, or military environments, among others. In all these scenarios, important changes in the required processing bandwidth or the complexity of the algorithms used are provoking the migration of the platforms from single microprocessor architectures to multiprocessing and heterogeneous solutions with more instant power consumption but higher energy efficiency. Within these solutions, FPGAs and Systems on Chip including FPGA fabric and dedicated hard processors, offer a good trade of among flexibility, processing performance, energy consumption and price, when they are used in demanding applications where working conditions are very likely to vary over time and high complex algorithms are required. The platform architecture proposed in this PhD Thesis is called HiReCookie. It includes an SRAM-based FPGA as the main and only processing unit. The FPGA selected, the Xilinx Spartan-6 LX150, was at the beginning of this work the best choice in terms of amount of resources and power. Although, the power levels are the lowest of these kind of devices, they can be still very high for distributed systems that normally work powered by batteries. For that reason, it is necessary to include different energy saving possibilities to increase the usability of the platform. In order to reduce energy consumption, the platform architecture is divided into different power islands so that only those parts of the systems that are strictly needed are powered on, while the rest of the islands can be completely switched off. This allows a combination of different low power modes to decrease energy. In addition, one of the most important handicaps of SRAM-based FPGAs is that they are not alive at power up. Therefore, recovering the system from a switch-off state requires to reload the FPGA configuration from a non-volatile memory device. For that reason, this PhD Thesis also proposes a methodology to compress the FPGA configuration file in order to reduce time and energy during the initial configuration process. Although some of the requirements for the design of HPADS are already covered by the design of the HiReCookie platform, it is necessary to continue improving energy efficiency, computing performance and fault tolerance. This is only possible by exploiting all the opportunities provided by the processing architectures configured inside the FPGA. Therefore, the second part of the thesis details the design of the so called ARTICo3 FPGA architecture to enhance the already intrinsic capabilities of the FPGA. ARTICo3 is a DPR-capable bus-based virtual architecture for multiple HW acceleration in SRAM-based FPGAs. The architecture provides support for dynamic resource management in real time. In this way, by using DPR, it will be possible to change the levels of computing performance, energy consumption and fault tolerance on demand by increasing or decreasing the amount of resources used by the different tasks. Apart from the detailed design of the architecture and its implementation in different FPGA devices, different validation tests and comparisons are also shown. The main objectives targeted by this FPGA architecture are listed as follows: • Provide a method based on a multithread approach such as those offered by CUDA (Compute Unified Device Architecture) or OpenCL kernel executions, where kernels are executed in a variable number of HW accelerators without requiring application code changes. • Provide an architecture to dynamically adapt working points according to either self-measured or external parameters in terms of energy consumption, fault tolerance and computing performance. Taking advantage of DPR capabilities, the architecture must provide support for a dynamic use of resources in real time. • Exploit concurrent processing capabilities in a standard bus-based system by optimizing data transactions to and from HW accelerators. • Measure the advantage of HW acceleration as a technique to boost performance to improve processing times and save energy by reducing active times for distributed embedded systems. • Dynamically change the levels of HW redundancy to adapt fault tolerance in real time. • Provide HW abstraction from SW application design. FPGAs give the possibility of designing specific HW blocks for every required task to optimise performance while some of them include the possibility of including DPR. Apart from the possibilities provided by manufacturers, the way these HW modules are organised, addressed and multiplexed in area and time can improve computing performance and energy consumption. At the same time, fault tolerance and security techniques can also be dynamically included using DPR. However, the inherent complexity of designing new HW modules for every application is not negligible. It does not only consist of the HW description, but also the design of drivers and interfaces with the rest of the system, while the design space is widened and more complex to define and program. Even though the tools provided by the majority of manufacturers already include predefined bus interfaces, commercial IPs, and templates to ease application prototyping, it is necessary to improve these capabilities. By adding new architectures on top of them, it is possible to take advantage of parallelization and HW redundancy while providing a framework to ease the use of dynamic resource management. ARTICo3 works within a solution space where working points change at run time in a 3D space defined by three different axes: Computation, Consumption, and Fault Tolerance. Therefore, every working point is found as a trade-off solution among these three axes. By means of DPR, different accelerators can be multiplexed so that the amount of available resources for any application is virtually unlimited. Taking advantage of DPR capabilities and a novel way of transmitting data to the reconfigurable HW accelerators, it is possible to dedicate a dynamically-changing number of resources for a given task in order to either boost computing speed or adding HW redundancy and a voting process to increase fault-tolerance levels. At the same time, using an optimised amount of resources for a given task reduces energy consumption by reducing instant power or computing time. In order to keep level complexity under certain limits, it is important that HW changes are transparent for the application code. Therefore, different levels of transparency are targeted by the system: • Scalability transparency: a task must be able to expand its resources without changing the system structure or application algorithms. • Performance transparency: the system must reconfigure itself as load changes. • Replication transparency: multiple instances of the same task are loaded to increase reliability and performance. • Location transparency: resources are accessed with no knowledge of their location by the application code. • Failure transparency: task must be completed despite a failure in some components. • Concurrency transparency: different tasks will work in a concurrent way transparent to the application code. Therefore, as it can be seen, the Thesis is contributing in two different ways. First with the design of the HiReCookie platform and, second with the design of the ARTICo3 architecture. The main contributions of this PhD Thesis are then listed below: • Architecture of the HiReCookie platform including: o Compatibility of the processing layer for high performance applications with the Cookies Wireless Sensor Network platform for fast prototyping and implementation. o A division of the architecture in power islands. o All the different low-power modes. o The creation of the partial-initial bitstream together with the wake-up policies of the node. • The design of the reconfigurable architecture for SRAM FPGAs: ARTICo3: o A model of computation and execution modes inspired in CUDA but based on reconfigurable HW with a dynamic number of thread blocks per kernel. o A structure to optimise burst data transactions providing coalesced or parallel data to HW accelerators, parallel voting process and reduction operation. o The abstraction provided to the host processor with respect to the operation of the kernels in terms of the number of replicas, modes of operation, location in the reconfigurable area and addressing. o The architecture of the modules representing the thread blocks to make the system scalable by adding functional units only adding an access to a BRAM port. o The online characterization of the kernels to provide information to a scheduler or resource manager in terms of energy consumption and processing time when changing among different fault-tolerance levels, as well as if a kernel is expected to work in the memory-bounded or computing-bounded areas. The document of the Thesis is divided into two main parts with a total of five chapters. First, after motivating the need for new platforms to cover new more demanding applications, the design of the HiReCookie platform, its parts and several partial tests are detailed. The design of the platform alone does not cover all the needs of these applications. Therefore, the second part describes the architecture inside the FPGA, called ARTICo3, proposed in this PhD Thesis. The architecture and its implementation are tested in terms of energy consumption and computing performance showing different possibilities to improve fault tolerance and how this impact in energy and time of processing. Chapter 1 shows the main goals of this PhD Thesis and the technology background required to follow the rest of the document. Chapter 2 shows all the details about the design of the FPGA-based platform HiReCookie. Chapter 3 describes the ARTICo3 architecture. Chapter 4 is focused on the validation tests of the ARTICo3 architecture. An application for proof of concept is explained where typical kernels related to image processing and encryption algorithms are used. Further experimental analyses are performed using these kernels. Chapter 5 concludes the document analysing conclusions, comments about the contributions of the work, and some possible future lines for the work.

Exploración y evaluación de mecanismos para la captura de la posición y postura de personas en entornos reales

El presente trabajo consiste en el estudio de la viabilidad en el uso de tres posibles opciones orientadas a la captura de la posición y la postura de personas en entornos reales, así como el diseño e implementación de un prototipo de captura en cada uno de ellos. También se incluye una comparativa con el fin de destacar los pros y los contras de cada solución. Una de las alternativas para llevarlo a cabo consiste en un sistema de tracking óptico por infrarrojos de alta calidad y precisión, como es Optitrack; la segunda se basa en una solución de bajo coste como es el periférico Kinect de Microsoft y la tercera consiste en la combinación de ambos dispositivos para encontrar un equilibrio entre precisión y economía, tomando los puntos fuertes de cada uno para contrarrestar sus debilidades. Uno de los puntos importantes del trabajo es que el uso de los prototipos de captura está orientado a entornos de trabajo reales (en concreto en la captura de los movimientos del personal que trabaja en un quirófano), así que han sido necesarias pruebas para minimizar el efecto de las fuentes de luz en los sistemas de infrarrojos, el estudio de los dispositivos para determinar el número de personas que son capaces de capturar a la vez sin que esto afecte a su rendimiento y el nivel de invasión de los dispositivos en los trabajadores (marcadores para el tracking), además de los mecanismos apropiados para minimizar el impacto de las oclusiones utilizando métodos de interpolación y ayudándose del conocimiento del contexto, las restricciones de movimiento del cuerpo humano y la evolución en el tiempo. Se han desarrollado conocimientos en el funcionamiento y configuración dispositivos como el sistema de captura Optitrack de Natural Point y el sistema de detección de movimiento Kinect desarrollado por Microsoft. También se ha aprendido el funcionamiento del entorno de desarrollo y motor de videojuegos multiplataforma homónimos Unity y del lenguaje de programación C# que utiliza dicho entorno para sus scripts de control, así como los protocolos de comunicación entre los distintos sistemas que componen los prototipos como son VRPN y NatNet.---ABSTRACT---This project is about a viability study in the use of three possible options, oriented towards the capture of the position and view of people in a real environment, as well as the design and implementation of a capturing prototype in each of them. A comparative study is also included, in order to emphasise the pros and cons of each solution. One of the alternatives consists of an optical tracking system via high quality and precision infrareds, like Optitrack; the second is based on a low cost solution, such as Microsoft’s Kinect peripheral, and the third consists on a combination of both devices to find a balance between precision and price, taking the strong points of each of the mechanisms to make up for the weaknesses. One of the important parts of this project is that the use of the capturing prototypes is directed towards real life work situations (specifically towards the capturing of the movements of surgery personnel), so various tests have been necessary in order to minimize the effect of light sources in infrared systems, the study of the devices to determine the number of people that they are capable of capturing simultaneously without affecting their performance and the invasion level of the devices towards the workers (tracking markers), as well as the mechanisms adopted to minimize the impact of the occlusions using interpolation methods and with help of the knowledge of the surroundings, the human movement restrictions and the passing of time. Knowledge has been developed on the functioning and configuration of the devices such as Natural Point’s Optitrak capturing system, and the Kinect movement detection system developed by Microsoft. We have also learned about the operating of the development and incentive environment of multiplatform videogames of namesake Unity and of C# programming language, which uses said environment for its control scripts, as well as communication protocols between the different systems that make up prototypes like VRPN and NatNet.

Globular cluster ages

We review two new methods to determine the age of globular clusters (GCs). These two methods are more accurate than the classical isochrone fitting technique. The first method is based on the morphology of the horizontal branch and is independent of the distance modulus of the globular cluster. The second method uses a careful binning of the stellar luminosity function and determines simultaneously the distance and age of the GC. We find that the oldest galactic GCs have an age of 13.5 ± 2 gigayears (Gyr). The absolute minimum age for the oldest GCs is 10.5 Gyr (with 99% confidence) and the maximum 16.0 Gyr (with 99% confidence). Therefore, an Einstein–De Sitter Universe (Ω = 1) is not totally ruled out if the Hubble constant is about 65 ± 10 Km s−1 Mpc−1.

Adubação do café conilon irrigado por gotejamento: fertirrigação x fertilizantes de eficiência aprimorada

O uso da irrigação em cafeeiro é uma tecnologia que vem se consolidando e mostrando-se economicamente viável ao longo dos tempos, trazendo junto com ela a técnica da fertirrigação. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar a influência de formas de aplicação e fontes de fertilizantes sobre a condutividade elétrica e pH da solução do solo, bem como no desenvolvimento e produção do café conilon irrigado por gotejamento. O trabalho foi desenvolvido em São Gabriel da Palha, Espírito Santo, utilizando o clone 12V da variedade INCAPER 8142. O experimento foi delineado em blocos ao acaso (DBC) com seis tratamentos e quatro blocos. Os tratamentos adotados foram: T1 - Controle - adubação nitrogenada e potássica aplicada via solo nas fontes ureia e cloreto de potássio; T2 - Adubação nitrogenada e potássica aplicada via solo nas fontes ureia e cloreto de potássio de liberação controlada; T3 - Adubação nitrogenada e potássica aplicada via fertirrigação nas fontes ureia e cloreto de potássio; T4 - Adubação nitrogenada e potássica aplicada via fertirrigação nas fontes nitrato de amônio e sulfato de potássio; T5 - Adubação nitrogenada e potássica aplicada via fertirrigação nas fontes nitrato de amônio e nitrato de potássio; T6 - Adubação nitrogenada e potássica aplicada via solo nas fontes ureia e cloreto de potássio de liberação controlada no período de outubro a março (período chuvoso) e adubação nitrogenada e potássica aplicada via fertirrigação, nas fontes nitrato de amônio e sulfato de potássio no período de abril a setembro (período seco). Foi monitorado o pH e condutividade elétrica da solução do solo, avaliações biométricas das plantas tais como altura, comprimento do primeiro ramo plagiotrópico e número de nós no primeiro ramo plagiotrópico, além da produção por planta e estimativa de produtividade. Os tratamentos T1 e T3 que utilizaram ureia e cloreto de potássio e o T4 - nitrato de amônio e sulfato de potássio disponibilizaram maiores quantidade de nitrogênio na forma amoniacal, causando maior acidificação do bulbo. Em contrapartida os tratamentos T2, T5 e T6 apresentaram menor acidificação, com diferença estatística significativa na variação do pH nas duas profundidades analisadas a partir de 18 meses da aplicação dos tratamentos. Nos tratamentos T2 e T6 observou-se menor salinidade inicial na avaliação aos 90 dias após o plantio através da leitura da condutividade elétrica da solução do solo. Para as avaliações biométricas, os tratamentos T2, T4, T5 e T6 diferiram estatisticamente dos tratamentos T1 e T3, influenciando positivamente à altura de plantas, comprimento e número de nós no primeiro ramo plagiotrópico.

Evidências internacionais dos efeitos da atuação de investidores institucionais na anomalia dos accruals

Os investidores institucionais, tais como os fundos de pensão, são entidades que administram recursos de numerosos grupos de pessoas, e que, por isso, tendem a gerir grandes carteiras de investimento e a ter incentivos para se tornar bem informados. Por isso, espera-se que eles sejam bons representantes da classe de investidores sofisticados, ou bem informados, e que o aumento de sua presença no mercado de capitais melhore a velocidade do ajuste do preço, contribuindo para evitar ineficiências do mercado, como, por exemplo, a anomalia dos accruals (Sloan, 1996), que é um atraso na revisão dos preços diante da informação sobre a magnitude dos accruals do lucro. Assim, o objetivo deste estudo é analisar, em diversos países, o impacto da participação de investidores institucionais sobre a anomalia dos accruals. São formuladas quatro hipóteses: (i) a proporção de informações sobre o desempenho futuro da empresa refletida no preço de sua ação é positivamente relacionada com o percentual de participação societária dos investidores institucionais; (ii) quanto maior for o percentual da participação societária de investidores institucionais, maior será a qualidade do lucro; (iii) quanto maior for a value relevance do lucro, maior será a anomalia dos accruals; e (iv) quanto maior for a participação societária dos investidores institucionais, menor será a anomalia dos accruals. Para se atingir os objetivos, a bibliografia sobre investidores institucionais, investidores sofisticados e anomalia dos accruals é analisada e cotejada com a literatura sobre value relevance e qualidade do lucro, em especial com o de Dechow e Dichev (2002). A pesquisa empírica utiliza dados de empresas não financeiras listadas nas bolsas de valores da Alemanha, do Brasil, da Espanha, dos Estados Unidos, da França, da Holanda, da Itália, do Reino Unido e da Suíça, e cobre o período de 2004 a 2013. A amostra contempla entre 2.314 e 4.076 empresas, totalizando entre 15.902 e 20.174 observações, a depender do modelo estimado. São realizadas regressões com dados em painel, uma abordagem de equações aparentemente não relacionadas (Seemingly Unrelated Regression - SUR) e a aplicação do teste de Mishkin (1983). Constata-se que nos Estados Unidos e na Itália os investidores institucionais são mais bem informados que os demais, e que na Alemanha, nos Estados Unidos, na França e no Reino Unido eles exercem um papel de monitoramento, pressionando por lucros de qualidade superior. Não se constata, porém, relação positiva entre value relevance do lucro e anomalia dos accruals, nem entre participação de investidores institucionais e esta anomalia. O estudo enriquece a discussão sobre o mercado ser eficiente a longo prazo, mas apresentar anomalias no curto prazo; enfatiza a importância de o investidor ser capaz de converter informações em previsão e avaliação; discute o vínculo entre o papel de monitoramento dos investidores institucionais e a qualidade do lucro; e avalia a relação entre a atuação destes investidores e o prices lead earnings.

O instituto do veto presidencial no constitucionalismo brasileiro contemporâneo

Nos Estados republicanos modernos, o sistema de freios e contrapesos é um dos modelos institucionais responsável por assegurar o equilíbrio entre os Poderes e prevenir abusos por parte dos governantes. Dois questionamentos podem ser encontrados na literatura brasileira sobre o tema e fundamentam esta Dissertação: um geral sobre o suposto poder excessivo que o nosso sistema político confere ao Poder Executivo e outro, específico, de que nesse contexto, o veto teria um papel central na supremacia do presidente da república sobre o Congresso Nacional no âmbito do processo legislativo. Partindo dessas premissas, a pesquisa avalia se essas características estão condizentes com as expectativas e o desenho institucional proposto para o Estado brasileiro pela Assembleia Nacional Constituinte ANC de 1987. Com base nos anais da ANC e em referências históricas, conclui-se que, ao menos no tocante ao instituto do veto presidencial, o modelo de preponderância do Poder Executivo observado no processo legislativo decorreu de uma opção deliberada e reafirmada pela elite política em 1988, quando da promulgação da Constituição.

A judicialização da política: o poder judiciário e a definição de políticas nacionais

O papel desempenhado pelo Poder Judiciário nos mais diversos Estados passa por sensível evolução ao longo do século XX, à medida que se desenvolveram os sistemas de controle de constitucionalidade. De um lado, os atores políticos assumem especial importância nesse processo. Os modelos de revisão judicial foram reforçados, no mais das vezes, em paralelo à positivação, em âmbito constitucional, de um amplo rol de direitos fundamentais e de princípios balizadores e limitadores do poder estatal. Com isso, os elementos cotejados no processo legislativo de tomada de decisões políticas são revestidos de status constitucional e transportados para o discurso argumentativo do Direito, o que leva a um processo de judicialização da Política que permite que a atividade legiferante seja passível de confronto perante instâncias judiciárias. Os instrumentos de controle de constitucionalidade assumem, assim, novos contornos, permitindo que o Judiciário interfira no conteúdo das escolhas políticas feitas pela maioria governante. De outro lado, o Poder Judiciário particularmente as Cortes Constitucionais passa a assumir a corresponsabilidade na efetivação das metas e compromissos estatais, com o que desenvolve uma política institucional mais proativa e comprometida com a concretização substancial de valores democráticos, interferindo, assim, de maneira mais incisiva e rígida no controle do processo político. A definição de políticas fundamentais e o processo legiferante passam a contar com constante participação do Judiciário. Na realidade brasileira, a Constituição de 1988 amplia as competência do Supremo Tribunal Federal em sede de controle de constitucionalidade, inserindo o órgão de maneira efetiva nesse contexto de intervenção judicial na Política. A última década, por sua vez, marcou uma perceptível mudança em sua atividade e em sua interferência no processo de tomada de decisões políticas pelos demais Poderes. Valendo-se dos diversos instrumentos de controle que lhe são disponibilizados, assumiu o compromisso de participar na efetivação dos preceitos constitucionais pátrios mediante a revisão do conteúdo normativo decorrente das escolhas políticas tomadas em outras instâncias. Desse modo, tornou-se verdadeiro copartícipe do processo de definição de políticas legislativas nacionais, seja rechaçando normas que repute inconstitucionais, seja proferindo decisões com claros efeitos normativos que buscam readequar e conformar as escolhas dos atores políticos. Nesse processo decisório, entra em jogo a intensidade com que a Corte busca impor sua visão e suas concepções no tocante à efetivação e concretização dos compromissos constitucionais. A sobreposição de ponderações judiciais e legislativas acarreta, a seu turno, importantes efeitos sistêmicos ao diálogo interinstitucional que se desenvolve entre os Poderes, em especial no que concerne à distribuição das funções estatais dentro das premissas democráticas e ao dimensionamento do papel que compete a cada um dos Poderes no processo de efetivação e proteção da Constituição.

Estudio bibliométrico de programas e intervenciones sobre educación alimentaria y nutricional en el medio escolar en España

Introducción: La obesidad en la población infantil y juvenil en España se sitúa actualmente en el 13,9%, y el sobrepeso se encuentra en el 26,3%. Esto hace que sea fundamental la adopción en los primeros años de vida de unos hábitos alimentarios correctos, donde la educación alimentaria y nutricional, desarrollada dentro de los programas de educación para la salud en el medio escolar, juega un papel fundamental. El objetivo del presente trabajo fue analizar, mediante revisión bibliométrica, la producción científica existente sobre programas o intervenciones de educación alimentaria y nutricional desarrollados en el medio escolar en España que muestran influencia en la salud y/o en los hábitos alimentarios de los escolares. Material y Métodos: Estudio descriptivo transversal de los resultados obtenidos en la búsqueda bibliográfica de las bases de datos Medline, Cochrane Library Plus en Español, Cuiden, Excelencia clínica, IBECS, Scielo, CSIC (ICYT, ISOC e IME), Lilacs, Cuidatge y Teseo. Se estudiaron indicadores bibliométricos: bases de datos, revistas, documentos publicados, idiomas, autoría, Índice de colaboración y grado de obsolescencia (Semiperíodo de Burton y Kebler e Índice de Price), entre otros. Resultados: La búsqueda proporcionó un total de 148 registros. La tasa final de artículos pertinentes fue de 49 (33,11%). La base de datos que más registros pertinentes proporcionó fue Medline con 24 (48,98%). 42 de los registros seleccionados (85,71%) pertenecían a artículos originales. La revista Nutrición Hospitalaria fue la que presentó mayor número de publicaciones, con 11 (22,45%). El Semiperíodo de Burton y Kebler fue de 6 años y el Índice de Price fue de 42,86%. Conclusiones: Existe una gran producción de artículos científicos relacionados con programas de educación alimentaria y nutricional en el medio escolar en España, lo cual es un indicador de la importancia de la adquisición de hábitos alimentarios saludables en la población infantil y juvenil y del interés que despiertan.

The Economics of EU Railway Reform. Bruges European Economic Policy (BEEP) Briefing 8/2004

The EU began railway reform in earnest around the turn of the century. Two ‘railway packages’ have meanwhile been adopted amounting to a series of directives and a third package has been proposed. A range of complementary initiatives has been undertaken or is underway. This BEEP Briefing inspects the main economic aspects of EU rail reform. After highlighting the dramatic loss of market share of rail since the 1960s, the case for reform is argued to rest on three arguments: the need for greater competitiveness of rail, promoting the (market driven) diversion of road haulage to rail as a step towards sustainable mobility in Europe, and an end to the disproportional claims on public budgets of Member States. The core of the paper deals respectively with market failures in rail and in the internal market for rail services; the complex economic issues underlying vertical separation (unbundling) and pricing options; and the methods, potential and problems of introducing competition in rail freight and in passenger services. Market failures in the rail sector are several (natural monopoly, economies of density, safety and asymmetries of information), exacerbated by no less than 7 technical and legal barriers precluding the practical operation of an internal rail market. The EU choice to opt for vertical unbundling (with benefits similar in nature as in other network industries e.g. preventing opaque cross-subsidisation and greater cost revelation) risks the emergence of considerable coordination costs. The adoption of marginal cost pricing is problematic on economic grounds (drawbacks include arbitrary cost allocation rules in the presence of large economies of scope and relatively large common costs; a non-optimal incentive system, holding back the growth of freight services; possibly anti-competitive effects of two-part tariffs). Without further detailed harmonisation, it may also lead to many different systems in Member States, causing even greater distortions. Insofar as freight could develop into a competitive market, a combination of Ramsey pricing (given the incentive for service providers to keep market share) and price ceilings based on stand-alone costs might be superior in terms of competition, market growth and regulatory oversight. The incipient cooperative approach for path coordination and allocation is welcome but likely to be seriously insufficient. The arguments to introduce competition, notably in freight, are valuable and many e.g. optimal cross-border services, quality differentiation as well as general quality improvement, larger scale for cost recovery and a decrease of rent seeking. Nevertheless, it is not correct to argue for the introduction of competition in rail tout court. It depends on the size of the market and on removing a host of barriers; it requires careful PSO definition and costing; also, coordination failures ought to be pre-empted. On the other hand, reform and competition cannot and should not be assessed in a static perspective. Conduct and cost structures will change with reform. Infrastructure and investment in technology are known to generate enormous potential for cost savings, especially when coupled with the EU interoperability programme. All this dynamism may well help to induce entry and further enlarge the (net) welfare gains from EU railway reform. The paper ends with a few pointers for the way forward in EU rail reform.

Energy Transition in Europe’s Power House. Alleingang, avant-garde or blackout? IES Policy Brief Issue 2012/03/October 2012

Summary. The transformation of Germany’s energy sector will further exacerbate current network fluctuations and intensify the need for modifications in Europe’s power system. Cross-border power transfers will have to increase in order to overcome national limitations for absorbing large volumes of intermittent renewables like wind and solar power. In order to establish such an infrastructure on a European scale, the energy transition needs to be guided by an economic approach designed to prevent further fractures in the Internal Electricity Market. Moreover, constructive negotiations with neighbouring countries on market designs and price signals will be important preconditions for a successful energy transition in Europe.

Is there a need for additional monetary stimulus? Insights from the original Taylor Rule. CEPS Policy Brief No. 342, April 2016

Central banks in the developed world are being misled into fighting the perceived dangers of a ‘deflationary spiral’ because they are looking at only one indicator: consumer prices. This Policy Brief finds that while consumer prices are flat, broader price indices do not show any sign of impending deflation: the GDP deflator is increasing in the US, Japan and the euro area by about 1.2-1.5%. Nor is the real economy sending any deflationary signals either: unemployment is at record lows in the US and Japan, and is declining in the euro area while GDP growth is at, or above potential. Thus, the overall macroeconomic situation does not give any indication of an imminent deflationary spiral. In today’s high-debt environment, the authors argue that central banks should be looking at the GDP deflator and the growth of nominal GDP, instead of CPI inflation. Nominal GDP growth, as forecasted by the major official institutions, remains robust and is in excess of nominal interest rates. They conclude that if the ECB were to set the interest rate according to the standard rules of thumb for monetary policy, which take into account both the real economy and price developments of broader price indicators, it would start normalising its policy now, instead of pondering over additional measures to fight deflation, which does not exist. In short, economic conditions are slowly normalising; so should monetary policy.

Analysis of Lead-Acid batteries with a third-order dynamical model

Electrical energy storage is a really important issue nowadays. As electricity is not easy to be directly stored, it can be stored in other forms and converted back to electricity when needed. As a consequence, storage technologies for electricity can be classified by the form of storage, and in particular we focus on electrochemical energy storage systems, better known as electrochemical batteries. Largely the more widespread batteries are the Lead-Acid ones, in the two main types known as flooded and valve-regulated. Batteries need to be present in many important applications such as in renewable energy systems and in motor vehicles. Consequently, in order to simulate these complex electrical systems, reliable battery models are needed. Although there exist some models developed by experts of chemistry, they are too complex and not expressed in terms of electrical networks. Thus, they are not convenient for a practical use by electrical engineers, who need to interface these models with other electrical systems models, usually described by means of electrical circuits. There are many techniques available in literature by which a battery can be modeled. Starting from the Thevenin based electrical model, it can be adapted to be more reliable for Lead-Acid battery type, with the addition of a parasitic reaction branch and a parallel network. The third-order formulation of this model can be chosen, being a trustworthy general-purpose model, characterized by a good ratio between accuracy and complexity. Considering the equivalent circuit network, all the useful equations describing the battery model are discussed, and then implemented one by one in Matlab/Simulink. The model has been finally validated, and then used to simulate the battery behaviour in different typical conditions.