XHA: eXtensible Hyper-Automation

O objetivo geral desta dissertação é estudar as possibilidades de flexibilização da função de saída do Sistema Hyper-Automaton além das rígidas possibilidades utilizadas atualmente com a utilização direta do HTML, objetivando eliminar as limitações como execução de aplicações proprietárias, caracteres incompatíveis entre browsers, excesso de tráfego na rede, padronizar aplicações, incrementar recursos didáticos, melhorar o suporte a aplicações multimídia atuais e futuras, facilitar a manutenção, implementação e reuso, alterar o layout de saída no browser de maneira dinâmica, explorar outros recursos de links, estabelecer padrões de organização do material instrucional criado pelo professor e muitas outras. Tal sistema anteriormente desenvolvido e funcionando adequadamente, é baseado no formalismo de Autômatos Finitos com Saída como modelo estrutural para organização de hiperdocumentos instrucionais, em especial em cursos na Web, tornando o material hipermídia independente do controle da aplicação. O Sistema Hyper-Automaton, tornou-se portanto, um sistema semi-automatizado para suporte a cursos na Web. Com o desdobramento da pesquisa, esta procurou ir mais além e descreveu possibilidades de não só estudar os aspectos possíveis de formatação de saída do sistema, mas reestruturá-lo totalmente sobre uma linguagem de markup padrão, buscando atualizá-lo tecnologicamente definindo outras possibilidades para que significativos trabalhos futuros possam de maneira mais clara serem alcançados. Dessa maneira, esta dissertação centra-se no estudo da aplicação de formas de flexibilização do Sistema Hyper-Automaton, tanto na parte da estruturação de documentos que são conteúdos instrucionais armazenados, bem como, na forma desse material tornar-se-á disponível através de navegadores WWW compatíveis com as tecnologias propostas, possibilitando o incremento substancial de funcionalidades necessárias para cursos onde a Web é o principal meio. Esta pesquisa dá prosseguimento a dois trabalhos anteriormente concluídos no PPGC e do Curso de Bacharelado em Ciência da Computação da UFRGS no ano de 2000, na seqüência, Hyper-Automaton: Hipertextos e Cursos na Web Utilizando Autômatos Finitos com Saída, dissertação de mestrado de Júlio Henrique de A. P. Machado e Hyper-Automaton: Implementação e Uso, trabalho de diplomação de Leonardo Penczek.

Designing single event upset mitigation techniques for large SRAM-Based FPGA components

This thesis presents the study and development of fault-tolerant techniques for programmable architectures, the well-known Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), customizable by SRAM. FPGAs are becoming more valuable for space applications because of the high density, high performance, reduced development cost and re-programmability. In particular, SRAM-based FPGAs are very valuable for remote missions because of the possibility of being reprogrammed by the user as many times as necessary in a very short period. SRAM-based FPGA and micro-controllers represent a wide range of components in space applications, and as a result will be the focus of this work, more specifically the Virtex® family from Xilinx and the architecture of the 8051 micro-controller from Intel. The Triple Modular Redundancy (TMR) with voters is a common high-level technique to protect ASICs against single event upset (SEU) and it can also be applied to FPGAs. The TMR technique was first tested in the Virtex® FPGA architecture by using a small design based on counters. Faults were injected in all sensitive parts of the FPGA and a detailed analysis of the effect of a fault in a TMR design synthesized in the Virtex® platform was performed. Results from fault injection and from a radiation ground test facility showed the efficiency of the TMR for the related case study circuit. Although TMR has showed a high reliability, this technique presents some limitations, such as area overhead, three times more input and output pins and, consequently, a significant increase in power dissipation. Aiming to reduce TMR costs and improve reliability, an innovative high-level technique for designing fault-tolerant systems in SRAM-based FPGAs was developed, without modification in the FPGA architecture. This technique combines time and hardware redundancy to reduce overhead and to ensure reliability. It is based on duplication with comparison and concurrent error detection. The new technique proposed in this work was specifically developed for FPGAs to cope with transient faults in the user combinational and sequential logic, while also reducing pin count, area and power dissipation. The methodology was validated by fault injection experiments in an emulation board. The thesis presents comparison results in fault coverage, area and performance between the discussed techniques.

Análise de redes em procedimentos de cooperação indireta: utilização no sistema de recomendações da Biblioteca Karl A. Boedecker

Sistemas de recomendação baseados cooperação indireta podem ser implementados em bibliotecas por meio da aplicação de conceitos e procedimentos de análise de redes. Uma medida de distância temática, inicialmente desenvolvida para variáveis dicotômicas, foi generalizada e aplicada a matrizes de co-ocorrências, permitindo o aproveitando de toda a informação disponível sobre o comportamento dos usuários com relação aos itens consultados. Como resultado formaram-se subgrupos especializados altamente coerentes, para os quais listas-base e listas personalizadas foram geradas da maneira usual. Aplicativos programáveis capazes de manipularem matrizes, como o software S-plus, foram utilizados para os cálculos (com vantagens sobre o software especializado UCINET 5.0), sendo suficientes para o processamento de grupos temáticos de até 10.000 usuários.

Uma análise sistêmica das transformações de uso do solo como suporte à decisão para o planejamento de Unidades de Conservação. Estudo de caso: Parque Nacional do Superagui - PR

Os estudos realizados sobre Unidades de Conservação, e a relação destas Unidades com a população que as habita, trataram em sua maioria dos aspectos antropo-sociológicos da questão. Visto que um aspecto essencial para uma melhor compreensão da questão das populações tradicionais e Unidades de Conservação, contudo pouco explorado, é o processo de mudanças de uso do solo nas regiões em que se inserem estas Unidades, esta pesquisa teve como pretensão preencher esta lacuna. Para tal, são analisadas as transformações de uso do solo em regiões com Unidades de Conservação ambiental e comunidades tradicionais nelas inseridas dentro da realidade brasileira, a fim de melhor compreender suas inter-relações, assim como as implicações de políticas de preservação ambiental incidentes nestas áreas. Esta análise se dá através de modelos de mudança de uso do solo, que são artifícios científicos com estrutura matemática e computacional para apoio ao Planejamento e Gestão Urbana e Regional, e que permitem a análise das causas e das conseqüências da dinâmica dos usos do solo, e quando cenários são utilizados, podem ainda dar suporte ao estabelecimento de políticas e ações de planejamento. Optou-se pela utilização de um sistema de modelagem espaço-temporal integrando um sistema de informações geográficas e um modelo de autômatos celulares como ferramenta de análise das mudanças de uso do solo, incrementado pela análise de demandas pela cadeia de Markov, e com cálculo de preferências de alocação de usos do solo através da Regressão Logística. Procede-se nesta pesquisa a uma avaliação das tendências de uso do solo no Parque Nacional do Superagui, localizado no litoral norte do Estado do Paraná, enquanto estudo de caso. As tendências de uso apresentadas entre os períodos de 1980 e 1990, período anterior à implementação da lei que transformou a área em Parque Nacional, e que poderia ser traduzida como a tendência natural destas comunidades sem a interferência das políticas, são trabalhadas com vista a demonstrar o papel da modelagem na compreensão de realidades, e fornecer embasamento para intervenções pretendidas.

Categoria de grafos parciais com homomorfismos totais teoria e aplicações

O conceito de parcialidade e importante em diversas áreas como a Matemática e a Ciência da Computação; ele pode ser utilizado, por exemplo, para expressar computações que não terminam e para definir funções recursivas parciais. Com rela cão a grafos, categorias de homomorfismos parciais são comuns (por exemplo, em gramáticas de grafos com a técnica de single-pushout). Este trabalho propõe uma abordagem diferente: a parcialidade é usada na estrutura interna dos objetos (não nos morfismos).Istoéfeito utilizando uma extensão do conceito de Categoria das Setas, chamada de Categoria das Setas Parciais. E definida entãoa categoria Grp de grafos parciais(tais que arcos podem possuir ou não vértices de origem e/ou destino) e homomorfismos totais.A generalização deste modelo resulta em categorias de grafos parciais internos.Émostrado que Grp é bicompleta e, se C é um topos, a categoria dos grafos parciais internos a C é cocompleta. Grafos parciais podem ser utilizados para definir modelos computacionais tais como autômatos. Uma categoria de Autômatos Parciais, denominada Autp, é construída a partir da categoria de Grafos Parciais. Usando uma extensão de composição de spans de grafos para autômatos, chamada de Composição de Transições, e possível definir as computações de autômatos. Brevemente, uma composição de transi cões de dois autômatos parciais resulta em um autômato parcial onde cada transição representa um caminho de tamanho dois (entre vértices), tal que a primeira metade é uma transição do primeiro autômato e a segunda metade é uma transição do segundo. É possível compor um autômato consigo mesmo diversas vezes; no caso de n sucessivas composições de transições, pode-se obter as palavras da linguagem aceita pelo autômato que necessitam de n+1 passos de computação nos arcos que não possuem origem e nem destino definidos do autômato parcial resultante.

Avaliação da compressão de dados e da qualidade de imagem em modelos de animação gráfica para web : uma nova abordagem baseada em complexidade de Kolmogorov

Este trabalho versa sobre a avaliação da compressão de dados e da qualidade de imagens e animações usando-se complexidade de Kolmogorov, simulação de máquinas e distância de informação. Complexidade de Kolmogorov é uma teoria da informação e da aleatoriedade baseada na máquina de Turing. No trabalho é proposto um método para avaliar a compressão de dados de modelos de animação gráfica usando-se simulação de máquinas. Também definimos formalmente compressão de dados com perdas e propomos a aplicação da distância de informação como uma métrica de qualidade de imagem. O desenvolvimento de uma metodologia para avaliar a compressão de dados de modelos de animação gráfica para web é útil, a medida que as páginas na web estão sendo cada vez mais enriquecidas com animações, som e vídeo, e a economia de banda de canal tornase importante, pois os arquivos envolvidos são geralmente grandes. Boa parte do apelo e das vantagens da web em aplicações como, por exemplo, educação à distância ou publicidade, reside exatamente na existência de elementos multimídia, que apoiam a idéia que está sendo apresentada na página. Como estudo de caso, o método de comparação e avaliação de modelos de animação gráfica foi aplicado na comparação de dois modelos: GIF (Graphics Interchange Format) e AGA (Animação Gráfica baseada em Autômatos finitos), provando formalmente que AGA é melhor que GIF (“melhor” significa que AGA comprime mais as animações que GIF). Foi desenvolvida também uma definição formal de compressão de dados com perdas com o objetivo de estender a metodologia de avalição apresentada Distância de informação é proposta como uma nova métrica de qualidade de imagem, e tem como grande vantagem ser uma medida universal, ou seja, capaz de incorporar toda e qualquer medida computável concebível. A métrica proposta foi testada em uma série de experimentos e comparada com a distância euclidiana (medida tradicionalmente usada nestes casos). Os resultados dos testes são uma evidência prática que a distância proposta é efetiva neste novo contexto de aplicação, e que apresenta, em alguns casos, resultados superiores ao da distância euclidiana. Isto também é uma evidência que a distância de informação é uma métrica mais fina que a distância euclidiana. Também mostramos que há casos em que podemos aplicar a distância de informação, mas não podemos aplicar a distância euclidiana. A métrica proposta foi aplicada também na avaliação de animações gráficas baseadas em frames, onde apresentou resultados melhores que os obtidos com imagens puras. Este tipo de avaliação de animações é inédita na literatura, segundo revisão bibliográfica feita. Finalmente, neste trabalho é apresentado um refinamento à medida proposta que apresentou resultados melhores que a aplicação simples e direta da distância de informação.

Teste em funcionamento de uma matriz de chaveamento

Este trabalho se insere na área de teste de sistemas de hardware. O alvo principal é o estudo do comportamento de um circuito roteador de canais telefônicos, parte integrante de um sistema de comunicação mais complexo, na presença de falhas. Neste contexto, o teste em funcionamento do referido circuito roteador é considerado. Na primeira parte deste trabalho são abordados aspectos do teste de circuitos e sistemas, do ponto de vista de sua aplicabilidade, tais como classificação, defeitos e modelos de falhas, simulação, geração de testes e projeto visando o teste. Na segunda parte, relata-se os estudos realizados para implementar o teste em funcionamento do circuito roteador. Nesta etapa são abordados a arquitetura, o modelo de falhas e a metodologia utilizada, os ensaios de detecção de falhas e as técnicas de tolerância a falhas adotadas. O projeto do circuito de chaveamento é apresentado em uma versão utilizando componentes discretos e outra utilizando dispositivos programáveis. Na conclusão deste trabalho são apresentados os resultados obtidos e as perspectivas para trabalhos futuros.

Identificação de nomes ativos em agentes-π baseada em tipos

Na última década muitos esforços têm sido feitos em verificação formal de propriedades de agentes do cálculo-π. Uma dessas propriedades é a equivalência observacional, que serve para determinar se um processo é equivalente a sua especificação. Contudo, a verificação de equivalência observacional não é um problema trivial. A maioria dos algoritmos destinados a verificação de equivalência são baseados na construção de sistemas de transições rotuladas (π-autômatos). O principal problema com essa abordagem é o grande número de estados envolvidos podendo chegar a um número infinito. Montanari e Pistore mostram que é possível gerar π-autômatos finitos para agentes-π e é possível reduzir a quantidade de estados desses π-autômatos, através da identificação dos nomes ativos. Um nome é semanticamente ativo em um agente se ele pode ser executado de forma observável por ele. Este é um trabalho de análise estática, que tem por objetivo coletar os possíveis nomes ativos contidos em expressões-π, utilizando para isso um sistema de tipos. A vantagem da utilização de sistemas de tipos em relação a outras formas de análise estática é que sistemas de tipos são sistemas lógicos, logo as técnicas de prova da lógica podem ser aproveitadas no estudo de propriedades de sistemas de tipos. Além disso sistemas de tipos são definidos através da estrutura sintática de expressões, facilitando assim as provas por indução estrutural. Assim a principal contribuição deste trabalho é a elaboração do Active-Base-π, um sistema de tipos para a coleta de nomes ativos de expressões-π.

Teste da rede de interconexões de field programmable analog arrays

Os dispositivos analógicos programáveis (FPAAs, do inglês, Field Programmable Analog Arrays), apesar de ainda não terem a mesma popularidade de seus pares digitais (FPGAs, do inglês, Field Programmable Gate Arrays), possuem uma gama de aplicações bastante ampla, que vai desde o condicionamento de sinais em sistemas de instrumentação, até o processamento de sinais de radiofreqüência (RF) em telecomunicações. Porém, ao mesmo tempo em que os FPAAs trouxeram um impressionante ganho na agilidade de concepção de circuitos analógicos, também trouxeram um conjunto de novos problemas relativos ao teste deste tipo de dispositivo. Os FPAAs podem ser divididos em duas partes fundamentais: seus blocos programáveis básicos (CABs, do inglês, Configurable Analog Blocks) e sua rede de interconexões. A rede de interconexões, por sua vez, pode ser dividida em duas partes: interconexões internas (locais e globais entre CABs) e interconexões externas (envolvendo células de I/O). Todas estas partes apresentam características estruturais e funcionais distintas, de forma que devem ser testadas separadamente, pois necessitam que se considerem modelos de falhas, configurações e estímulos de teste específicos para assegurar uma boa taxa de detecção de defeitos. Como trabalhos anteriores já estudaram o teste dos CABs, o foco desta dissertação está direcionado ao desenvolvimento de metodologias que se propõem a testar a rede de interconexões de FPAAs. Apesar das várias diferenças entre as redes de interconexões de FPGAs e FPAAs, muitas também são as semelhanças entre elas, sendo, portanto, indiscutível que o ponto de partida deste trabalho tenha que ser o estudo das muitas técnicas propostas para o teste de interconexões em FPGAs, para posterior adaptação ao caso dos FPAAs. Além disto, embora o seu foco não recaia sobre o teste de CABs, pretende-se utilizá-los como recursos internos do dispositivo passíveis de gerar sinais e analisar respostas de teste, propondo uma abordagem de auto-teste integrado de interconexões que reduza o custo relativo ao equipamento externo de teste. Eventualmente, estes mesmos recursos poderão também ser utilizados para diagnóstico das partes defeituosas. Neste trabalho, utiliza-se como veículo de experimentação um dispositivo específico (Anadigm AN10E40), mas pretende-se que as metodologias de teste propostas sejam abrangentes e possam ser facilmente adaptadas a outros FPAAs comerciais que apresentem redes de interconexão semelhantes.

fwWorkCell : framework para a construção de simuladores didáticos de células de trabalho

Braços robóticos articulados são cada vez mais utilizados hoje em dia e consistem de dispositivos mecânicos programáveis, equipados com sensores e atuadores sob o controle de um sistema computacional. Existem atualmente no mercado inúmeros fabricantes e modelos destes braços, cada um adequado a uma determinada utilização ou faixa de mercado. Para que se saiba operar devidamente este robô é necessário um período de aprendizagem. Essa necessidade pode ser suprida pelo emprego dos simuladores de braços robóticos.Desenvolver um simulador é uma atividade complexa, mas alguns elementos de sua estrutura e de seu comportamento são comuns a vários tipos de simuladores e podem idealmente ser reusados. Permitir reuso de código e de projeto é exatamente um dos principais fatores que motivaram a construção de um framework. Este trabalho descreve a definição e a construção do fwWorkCell , um framework que permita agilizar a construção destes simuladores. Tal agilidade será obtida através da implementação de um ambiente de edição e de classes genéricas para controle, visualização e programação dos robôs. A proposta deste framework inclui definição de classes genéricas e de controle, a construção de todo um ambiente de suporte à manipulação e visualização das células de trabalho e suas simulações e visa dar suporte à construção de uma grande variedade de simuladores. O framework proposto foi utilizado em uma aplicação real: através dele foi feita a migração de um simulador já existente.

Uma interface para o aumento da faixa de freqüências de operação de FPAAS

O crescente avanço nas mais diversas áreas da eletrônica, desde instrumentação em baixa freqüência até telecomunicações operando em freqüências muito elevadas, e a necessidade de soluções baratas em curto espaço de tempo que acompanhem a demanda de mercado, torna a procura por circuitos programáveis, tanto digitais como analógicos, um ponto comum em diversas pesquisas. Os dispositivos digitais programáveis, que têm como grande representante os Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), vêm apresentando um elevado e contínuo crescimento em termos de complexidade, desempenho e número de transistores integrados, já há várias décadas. O desenvolvimento de dispositivos analógicos programáveis (Field Programmable Analog Arrays – FPAAs), entretanto, esbarra em dois pontos fundamentais que tornam sua evolução um tanto latente: a estreita largura de banda alcançada, conseqüência da necessidade de um grande número de chaves de programação e reconfiguração, e a elevada área consumida por componentes analógicos como resistores e capacitores, quando integrados em processos VLSI Este trabalho apresenta uma proposta para aumentar a faixa de freqüências das aplicações passíveis de serem utilizadas tanto em FPAAs comerciais quanto em outros FPAAs, através da utilização de uma interface de translação e seleção de sinais, mantendo características de programabilidade do FPAA em questão, sem aumentar em muito sua potência consumida. A proposta, a simulação e a implementação da interface são apresentadas ao longo desta dissertação. Resultados de simulação e resultados práticos obtidos comprovam a eficácia da proposta.

Modelos de simulação espacial de efeitos de pastejo em vegetação campestre

O principal objetivo da tese foi desenvolver um modelo matemático computacional espacialmente explícito, de autômatos celulares (CA), capaz de simular a dinâmica de vegetação campestre sob pastejo, descrita por tipos funcionais de plantas (PFTs), ao invés de espécies. Com dados obtidos a campo, utilizou-se um método recursivo de identificação politética de PFTs a partir de atributos morfológicos das plantas, de forma a expressar máxima correlação com diversidade de espécies. A alternância entre condições experimentais de exposição e exclusão de pastejo permitiu produzir variação em padrões espaciais e temporais da composição da vegetação descrita por esses PFTs. A seguir buscou-se modelar a dinâmica da vegetação. Assumiu-se que a dinâmica da vegetação, embora complexa, pudesse ser simulada a partir de mecanismos relativamente simples incorporados a um modelo CA formado por uma grade de células (comunidades). Cada célula tem uma dada composição de PFTs a qual se altera a cada passo no tempo conforme a composição da própria célula e da vizinhança e matrizes de transição determinadas empiricamente com os dados experimentais. A dinâmica simulada da composição de comunidades excluídas do pastejo mostrou determinismo no sentido de um PFT único, característico daquelas comunidades. A mesma tendência não foi observada nas simulações de comunidades sempre pastejadas. Os resultados indicam uma razoável concordância entre a dinâmica simulada e real, para as comunidades excluídas; e uma discordância para as comunidades sempre pastejadas. Sugere-se que diferenças no arranjo espacial inicial das comunidades motivam falhas do modelo sob pastejo. O Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), na França, vem desenvolvendo um modelo simulador multi-agente espacializado como objetivo de representar realisticamente o manejo da vegetação campestre natural sob diferentes regimes de pastejo. Ele foi concebido como uma ferramenta de pesquisa para explorar o comportamento animal em pastagens heterogêneas Nesse modelo implícito e determinístico, uma definição funcional de três diferentes comunidades vegetais foi introduzida objetivando simular a dinâmica de pastagens multi-espécies. Isto foi feito pela intercambio de parâmetros do modelo com atributos funcionais da comunidade. Do ponto vista conceptual o modelo apresentou boa resposta e parece adequado para simular a dinâmica de uma vegetação campestre por atributos funcionais. O modelo apresentou um bom ajuste aos dados experimentais para alto nível de utilização, mas não tão bom para médio e baixo nível de pastejo, ou seja, comunidades vegetais mais heterogêneas. Reforça-se a idéia de que mais modelos que levem em conta a estrutura horizontal da vegetação são necessários.

Crescimento urbano simulado para Santa Maria - RS

Esta pesquisa é o resultado de uma busca por representações do fenômeno urbano que incorporem sua dinâmica de crescimento e possibilitem visualizações de suas transformações internas e da influência de seus componentes neste processo. Utiliza como ferramenta um modelo computacional de simulação de crescimento baseado em autômatos celulares estendidos, que incorporam as teorias de Potencial/Centralidade em um ambiente celular. Foi escolhida como estudo de caso a cidade de Santa Maria-RS e a diversidade de elementos que compõe o sistema urbano foi sintetizada, com o auxilio de técnicas de geoprocessamento, em atributos de input do modelo de natureza urbana, natural ou institucional. Após a montagem do cenário de simulação, que representou a cidade em um grid bidimensional de células de tamanho 285x285m, foi operada a calibração do modelo para que o crescimento realizado correspondesse aos padrões existentes na cidade, utilizando como base de comparação um intervalo de crescimento entre os anos de 1986 e 2002. Calibrado o modelo, foram realizadas simulações testando possíveis cenários de crescimento futuro para um período de 30 anos, e a análise dos resultados destes processamentos possibilitou especular sobre as propriedades e tendências de crescimento da cidade de Santa Maria.

Ambiente para avaliação de controladores fuzzy aplicados ao método de elevação artificial por bombeio centrífugo submerso

From their early days, Electrical Submergible Pumping (ESP) units have excelled in lifting much greater liquid rates than most of the other types of artificial lift and developed by good performance in wells with high BSW, in onshore and offshore environments. For all artificial lift system, the lifetime and frequency of interventions are of paramount importance, given the high costs of rigs and equipment, plus the losses coming from a halt in production. In search of a better life of the system comes the need to work with the same efficiency and security within the limits of their equipment, this implies the need for periodic adjustments, monitoring and control. How is increasing the prospect of minimizing direct human actions, these adjustments should be made increasingly via automation. The automated system not only provides a longer life, but also greater control over the production of the well. The controller is the brain of most automation systems, it is inserted the logic and strategies in the work process in order to get you to work efficiently. So great is the importance of controlling for any automation system is expected that, with better understanding of ESP system and the development of research, many controllers will be proposed for this method of artificial lift. Once a controller is proposed, it must be tested and validated before they take it as efficient and functional. The use of a producing well or a test well could favor the completion of testing, but with the serious risk that flaws in the design of the controller were to cause damage to oil well equipment, many of them expensive. Given this reality, the main objective of the present work is to present an environment for evaluation of fuzzy controllers for wells equipped with ESP system, using a computer simulator representing a virtual oil well, a software design fuzzy controllers and a PLC. The use of the proposed environment will enable a reduction in time required for testing and adjustments to the controller and evaluated a rapid diagnosis of their efficiency and effectiveness. The control algorithms are implemented in both high-level language, through the controller design software, such as specific language for programming PLCs, Ladder Diagram language.