Database technologies for l-system simulations in virtual plant applications on bioinformatics

One of the most important advantages of database systems is that the underlying mathematics is rich enough to specify very complex operations with a small number of statements in the database language. This research covers an aspect of biological informatics that is the marriage of information technology and biology, involving the study of real-world phenomena using virtual plants derived from L-systems simulation. L-systems were introduced by Aristid Lindenmayer as a mathematical model of multicellular organisms. Not much consideration has been given to the problem of persistent storage for these simulations. Current procedures for querying data generated by L-systems for scientific experiments, simulations and measurements are also inadequate. To address these problems the research in this paper presents a generic process for data-modeling tools (L-DBM) between L-systems and database systems. This paper shows how L-system productions can be generically and automatically represented in database schemas and how a database can be populated from the L-system strings. This paper further describes the idea of pre-computing recursive structures in the data into derived attributes using compiler generation. A method to allow a correspondence between biologists' terms and compiler-generated terms in a biologist computing environment is supplied. Once the L-DBM gets any specific L-systems productions and its declarations, it can generate the specific schema for both simple correspondence terminology and also complex recursive structure data attributes and relationships.

An Efficient Long Distance Echo Canceller

This paper describes an implementation of a long distance echo canceller, operating on full-duplex with hands-free and in real-time with a single Digital Signal Processor (DSP). The proposed solution is based on short length adaptive filters centered on the positions of the most significant echoes, which are tracked by time delay estimators, for which we use a new approach. To deal with double talking situations a speech detector is employed. The floating-point DSP TMS320C6713 from Texas Instruments is used with software written in C++, with compiler optimizations for fast execution. The resulting algorithm enables long distance echo cancellation with low computational requirements, suited for embbeded systems. It reaches greater echo return loss enhancement and shows faster convergence speed when compared to the conventional approach. The experimental results approach the CCITT G.165 recommendation levels.

Geração de simuladores de filas para diferentes contextos com estudo de casos para redes de computadores

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A framework for programming sensor networks with scheduling and resource-sharing optimizations

Several projects in the recent past have aimed at promoting Wireless Sensor Networks as an infrastructure technology, where several independent users can submit applications that execute concurrently across the network. Concurrent multiple applications cause significant energy-usage overhead on sensor nodes, that cannot be eliminated by traditional schemes optimized for single-application scenarios. In this paper, we outline two main optimization techniques for reducing power consumption across applications. First, we describe a compiler based approach that identifies redundant sensing requests across applications and eliminates those. Second, we cluster the radio transmissions together by concatenating packets from independent applications based on Rate-Harmonized Scheduling.

Analysable software language translations

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Informática

Incremental compilation and deployment for OutSystems Platform

OutSystems Platform is used to develop, deploy, and maintain enterprise web an mobile web applications. Applications are developed through a visual domain specific language, in an integrated development environment, and compiled to a standard stack of web technologies. In the platform’s core, there is a compiler and a deployment service that transform the visual model into a running web application. As applications grow, compilation and deployment times increase as well, impacting the developer’s productivity. In the previous model, a full application was the only compilation and deployment unit. When the developer published an application, even if he only changed a very small aspect of it, the application would be fully compiled and deployed. Our goal is to reduce compilation and deployment times for the most common use case, in which the developer performs small changes to an application before compiling and deploying it. We modified the OutSystems Platform to support a new incremental compilation and deployment model that reuses previous computations as much as possible in order to improve performance. In our approach, the full application is broken down into smaller compilation and deployment units, increasing what can be cached and reused. We also observed that this finer model would benefit from a parallel execution model. Hereby, we created a task driven Scheduler that executes compilation and deployment tasks in parallel. Our benchmarks show a substantial improvement of the compilation and deployment process times for the aforementioned development scenario.

Verificación de Sistemas Basada en Teoría de Tipos. System verification in type theory

Este proyecto se enmarca en la utlización de métodos formales (más precisamente, en la utilización de teoría de tipos) para garantizar la ausencia de errores en programas. Por un lado se plantea el diseño de nuevos algoritmos de chequeo de tipos. Para ello, se proponen nuevos algoritmos basados en la idea de normalización por evaluación que sean extensibles a otros sistemas de tipos. En el futuro próximo extenderemos resultados que hemos conseguido recientemente [16,17] para obtener: una simplificación de los trabajos realizados para sistemas sin regla eta (acá se estudiarán dos sistemas: a la Martin Löf y a la PTS), la formulación de estos chequeadores para sistemas con variables, generalizar la noción de categoría con familia utilizada para dar semántica a teoría de tipos, obtener una formulación categórica de la noción de normalización por evaluación y finalmente, aplicar estos algoritmos a sistemas con reescrituras. Para los primeros resultados esperados mencionados, nos proponemos como método adaptar las pruebas de [16,17] a los nuevos sistemas. La importancia radica en que permitirán tornar más automatizables (y por ello, más fácilmente utilizables) los asistentes de demostración basados en teoría de tipos. Por otro lado, se utilizará la teoría de tipos para certificar compiladores, intentando llevar adelante la propuesta nunca explorada de [22] de utilizar un enfoque abstracto basado en categorías funtoriales. El método consistirá en certificar el lenguaje "Peal" [29] y luego agregar sucesivamente funcionalidad hasta obtener Forsythe [23]. En este período esperamos poder agregar varias extensiones. La importancia de este proyecto radica en que sólo un compilador certificado garantiza que un programa fuente correcto se compile a un programa objeto correcto. Es por ello, crucial para todo proceso de verificación que se base en verificar código fuente. Finalmente, se abordará la formalización de sistemas con session types. Los mismos han demostrado tener fallas en sus formulaciones [30], por lo que parece conveniente su formalización. Durante la marcha de este proyecto, esperamos tener alguna formalización que dé lugar a un algoritmo de chequeo de tipos y a demostrar las propiedades usuales de los sistemas. La contribución es arrojar un poco de luz sobre estas formulaciones cuyos errores revelan que el tema no ha adquirido aún suficiente madurez o comprensión por parte de la comunidad. This project is about using type theory to garantee program correctness. It follows three different directions: 1) Finding new type-checking algorithms based on normalization by evaluation. First, we would show that recent results like [16,17] extend to other type systems like: Martin-Löf´s type theory without eta rule, PTSs, type systems with variables (in addition to systems in [16,17] which are a la de Bruijn), systems with rewrite rules. This will be done by adjusting the proofs in [16,17] so that they apply to such systems as well. We will also try to obtain a more general definition of categories with families and normalization by evaluation, formulated in categorical terms. We expect this may turn proof-assistants more automatic and useful. 2) Exploring the proposal in [22] to compiler construction for Algol-like languages using functorial categories. According to [22] such approach is suitable for verifying compiler correctness, claim which was never explored. First, the language Peal [29] will be certified in type theory and we will gradually add funtionality to it until a correct compiler for the language Forsythe [23] is obtained. 3) Formilizing systems for session types. Several proposals have shown to be faulty [30]. This means that a formalization of it may contribute to the general understanding of session types.

Generador de compiladores basado en analizadores ascendentes

El objetivo fundamental de este proyecto consiste en crear un generador de compilador, basado en analizadores ascendentes. Como base para hacer este analizador se usará el lenguaje Cosel y el módulo Com, que es un generador de compiladores basado en analizadores descendentes y que actualmente se está utilizando en las prácticas de la asignatura de Compiladores I. El nuevo generador, que tiene como entrada una gramática, ha de comprobar si es una gramática ascendente LALR (1) y analizar una cadena de entrada de símbolos usando dicha gramática.

Glutamatergic regulation of mitochondrial ion dynamics in astrocytes

Résumé grand public :Le cerveau se compose de cellules nerveuses appelées neurones et de cellules gliales dont font partie les astrocytes. Les neurones communiquent entre eux par signaux électriques et en libérant des molécules de signalisation comme le glutamate. Les astrocytes ont eux pour charge de capter le glucose depuis le sang circulant dans les vaisseaux sanguins, de le transformer et de le transmettre aux neurones pour qu'ils puissent l'utiliser comme source d'énergie. L'astrocyte peut ensuite utiliser ce glucose de deux façons différentes pour produire de l'énergie : la première s'opère dans des structures appelées mitochondries qui sont capables de produire plus de trente molécules riches en énergie (ATP) à partir d'une seule molécule de glucose ; la seconde possibilité appelée glycolyse peut produire deux molécules d'ATP et un dérivé du glucose appelé lactate. Une théorie couramment débattue propose que lorsque les astrocytes capturent le glutamate libéré par les neurones, ils libèrent en réponse du lactate qui servirait de base énergétique aux neurones. Cependant, ce mécanisme n'envisage pas une augmentation de l'activité des mitochondries des astrocytes, ce qui serait pourtant bien plus efficace pour produire de l'énergie.En utilisant la microscopie par fluorescence, nous avons pu mesurer les changements de concentrations ioniques dans les mitochondries d'astrocytes soumis à une stimulation glutamatergique. Nous avons démontré que les mitochondries des astrocytes manifestent des augmentations spontanées et transitoires de leur concentrations ioniques, dont la fréquence était diminuée au cours d'une stimulation avec du glutamate. Nous avons ensuite montré que la capture de glutamate augmentait la concentration en sodium et acidifiait les mitochondries des astrocytes. En approfondissant ces mécanismes, plusieurs éléments ont suggéré que l'acidification induite diminuerait le potentiel de synthèse d'énergie d'origine mitochondriale et la consommation d'oxygène dans les astrocytes. En résumé, l'ensemble de ces travaux suggère que la signalisation neuronale impliquant le glutamate dicte aux astrocytes de sacrifier temporairement l'efficacité de leur métabolisme énergétique, en diminuant l'activité de leurs mitochondries, afin d'augmenter la disponibilité des ressources énergétiques utiles aux neurones.Résumé :La remarquable efficacité du cerveau à compiler et propager des informations coûte au corps humain 20% de son budget énergétique total. Par conséquent, les mécanismes cellulaires responsables du métabolisme énergétique cérébral se sont adéquatement développés pour répondre aux besoins énergétiques du cerveau. Les dernières découvertes en neuroénergétique tendent à démontrer que le site principal de consommation d'énergie dans le cerveau est situé dans les processus astrocytaires qui entourent les synapses excitatrices. Un nombre croissant de preuves scientifiques a maintenant montré que le transport astrocytaire de glutamate est responsable d'un coût métabolique important qui est majoritairement pris en charge par une augmentation de l'activité glycolytique. Cependant, les astrocytes possèdent également un important métabolisme énergétique de type mitochondrial. Par conséquent, la localisation spatiale des mitochondries à proximité des transporteurs de glutamate suggère l'existence d'un mécanisme régulant le métabolisme énergétique astrocytaire, en particulier le métabolisme mitochondrial.Afin de fournir une explication à ce paradoxe énergétique, nous avons utilisé des techniques d'imagerie par fluorescence pour mesurer les modifications de concentrations ioniques spontanées et évoquées par une stimulation glutamatergique dans des astrocytes corticaux de souris. Nous avons montré que les mitochondries d'astrocytes au repos manifestaient des changements individuels, spontanés et sélectifs de leur potentiel électrique, de leur pH et de leur concentration en sodium. Nous avons trouvé que le glutamate diminuait la fréquence des augmentations spontanées de sodium en diminuant le niveau cellulaire d'ATP. Nous avons ensuite étudié la possibilité d'une régulation du métabolisme mitochondrial astrocytaire par le glutamate. Nous avons montré que le glutamate initie dans la population mitochondriale une augmentation rapide de la concentration en sodium due à l'augmentation cytosolique de sodium. Nous avons également montré que le relâchement neuronal de glutamate induit une acidification mitochondriale dans les astrocytes. Nos résultats ont indiqué que l'acidification induite par le glutamate induit une diminution de la production de radicaux libres et de la consommation d'oxygène par les astrocytes. Ces études ont montré que les mitochondries des astrocytes sont régulées individuellement et adaptent leur activité selon l'environnement intracellulaire. L'adaptation dynamique du métabolisme énergétique mitochondrial opéré par le glutamate permet d'augmenter la quantité d'oxygène disponible et amène au relâchement de lactate, tous deux bénéfiques pour les neurones.Abstract :The remarkable efficiency of the brain to compute and communicate information costs the body 20% of its total energy budget. Therefore, the cellular mechanisms responsible for brain energy metabolism developed adequately to face the energy needs. Recent advances in neuroenergetics tend to indicate that the main site of energy consumption in the brain is the astroglial process ensheating activated excitatory synapses. A large body of evidence has now shown that glutamate uptake by astrocytes surrounding synapses is responsible for a significant metabolic cost, whose metabolic response is apparently mainly glycolytic. However, astrocytes have also a significant mitochondrial oxidative metabolism. Therefore, the location of mitochondria close to glutamate transporters raises the question of the existence of mechanisms for tuning their energy metabolism, in particular their mitochondrial metabolism.To tackle these issues, we used real time imaging techniques to study mitochondrial ionic alterations occurring at resting state and during glutamatergic stimulation of mouse cortical astrocytes. We showed that mitochondria of intact resting astrocytes exhibited individual spontaneous and selective alterations of their electrical potential, pH and Na+ concentration. We found that glutamate decreased the frequency of mitochondrial Na+ transient activity by decreasing the cellular level of ATP. We then investigated a possible link between glutamatergic transmission and mitochondrial metabolism in astrocytes. We showed that glutamate triggered a rapid Na+ concentration increase in the mitochondrial population as a result of plasma-membrane Na+-dependent uptake. We then demonstrated that neuronally released glutamate also induced a mitochondrial acidification in astrocytes. Glutamate induced a pH-mediated and cytoprotective decrease of mitochondrial metabolism that diminished oxygen consumption. Taken together, these studies showed that astrocytes contain mitochondria that are individually regulated and sense the intracellular environment to modulate their own activity. The dynamic regulation of astrocyte mitochondrial energy output operated by glutamate allows increasing oxygen availability and lactate production both being beneficial for neurons.

Using petri nets to specify and execute missions for autonomous underwater vehicles

This paper presents the design and implementation of a mission control system (MCS) for an autonomous underwater vehicle (AUV) based on Petri nets. In the proposed approach the Petri nets are used to specify as well as to execute the desired autonomous vehicle mission. The mission is easily described using an imperative programming language called mission control language (MCL) that formally describes the mission execution thread. A mission control language compiler (MCL-C) able to automatically translate the MCL into a Petri net is described and a real-time Petri net player that allows to execute the resulting Petri net onboard an AUV are also presented

Performance evaluation of MPEG-4 Video encoder on Adres

Actualment un típic embedded system (ex. telèfon mòbil) requereix alta qualitat per portar a terme tasques com codificar/descodificar a temps real; han de consumir poc energia per funcionar hores o dies utilitzant bateries lleugeres; han de ser el suficientment flexibles per integrar múltiples aplicacions i estàndards en un sol aparell; han de ser dissenyats i verificats en un període de temps curt tot i l’augment de la complexitat. Els dissenyadors lluiten contra aquestes adversitats, que demanen noves innovacions en arquitectures i metodologies de disseny. Coarse-grained reconfigurable architectures (CGRAs) estan emergent com a candidats potencials per superar totes aquestes dificultats. Diferents tipus d’arquitectures han estat presentades en els últims anys. L’alta granularitat redueix molt el retard, l’àrea, el consum i el temps de configuració comparant amb les FPGAs. D’altra banda, en comparació amb els tradicionals processadors coarse-grained programables, els alts recursos computacionals els permet d’assolir un alt nivell de paral•lelisme i eficiència. No obstant, els CGRAs existents no estant sent aplicats principalment per les grans dificultats en la programació per arquitectures complexes. ADRES és una nova CGRA dissenyada per I’Interuniversity Micro-Electronics Center (IMEC). Combina un processador very-long instruction word (VLIW) i un coarse-grained array per tenir dues opcions diferents en un mateix dispositiu físic. Entre els seus avantatges destaquen l’alta qualitat, poca redundància en les comunicacions i la facilitat de programació. Finalment ADRES és un patró enlloc d’una arquitectura concreta. Amb l’ajuda del compilador DRESC (Dynamically Reconfigurable Embedded System Compile), és possible trobar millors arquitectures o arquitectures específiques segons l’aplicació. Aquest treball presenta la implementació d’un codificador MPEG-4 per l’ADRES. Mostra l’evolució del codi per obtenir una bona implementació per una arquitectura donada. També es presenten les característiques principals d’ADRES i el seu compilador (DRESC). Els objectius són de reduir al màxim el nombre de cicles (temps) per implementar el codificador de MPEG-4 i veure les diferents dificultats de treballar en l’entorn ADRES. Els resultats mostren que els cícles es redueixen en un 67% comparant el codi inicial i final en el mode VLIW i un 84% comparant el codi inicial en VLIW i el final en mode CGA.

EZ-IO intraosseous device implementation in a pre-hospital emergency service : a prospective study and review of the literature

Introduction : La prise en charge des patients critiques nécessite dans la majorité des situations l'obtention rapide d'un accès vasculaire, afin d'administrer des médicaments, des solutés de remplissage, ou des produits sanguins. La mise en place d'un accès vasculaire peut s'avérer difficile chez ces patients. En cas d'échec de pose d'une voie veineuse périphérique, des abords vasculaires alternatifs existent. Il s'agit essentiellement de la pose d'une voie veineuse centrale, la réalisation d'une dénudation veineuse, ou la pose d'une voie intra-osseuse. Depuis le développement de dispositifs d'insertion « semi-automatique » à la fin des années 90, la voie intra-osseuse, traditionnellement réservée aux cas pédiatriques, est de plus en plus fréquemment utilisée chez les patients adultes. Le Service des Urgences du CHUV a introduit en 2009 les dispositifs d'insertion d'aiguilles intra-osseuses de type EZ-IO® (perceuse électrique), en salle de réanimation des urgences vitales (déchoquage), ainsi qu'au sein du secteur préhospitalier pour les interventions du SMUR de Lausanne et de l'hélicoptère REGA de la base de Lausanne. Par cette étude, nous voulions mettre en évidence les aspects épidémiologiques des patients ayant dû être perfusés par cet abord dans un contexte préhospitalier, ainsi que les circonstances cliniques ayant justifié un tel usage, le taux de succès, les éventuelles complications, les médicaments perfusés et la mortalité des patients ayant bénéficié de ce dispositif. Méthode: Chaque patient ayant bénéficié de la mise en place d'une voie intra-osseuse par EZ-IO® du 1er janvier 2009 au 31 décembre 2011 a été inclus. Les données récoltées étaient l'âge, le sexe, l'indication à la mise en place de l'intra-osseuse, la localisation, le taux de succès, les médicaments et fluides administrés, les complications, la mortalité à 48 heures et à la sortie de l'hôpital. Tous les articles mentionnant l'utilisation de ΙΈΖ-ΙΟ® dans des situations cliniques ont également été analysés par une revue de littérature structurée exhaustive, afin de comparer nos résultats avec les données de la littérature. Résultats : Cinquante-huit patients, représentant 60 intra-osseuses EZ-IO®, ont été inclus. Leur âge moyen (47 ans), le taux de succès (90%), les indications, la localisation de l'aiguille (98% au niveau du tibia proximal) et le taux de complications (0%) correspondent aux valeurs trouvées dans la littérature. Le taux de survie de nos patients est de 38% à 48 heures et de 29% à la sortie de l'hôpital. De nombreux médicaments ou solutés de perfusion ont été administrés; l'adrénaline restant le médicament le plus fréquemment administré par cette voie. Dans 7 cas, les patients ont bénéficié d'une induction d'anesthésie par voie intra-osseuse. La revue de littérature a permis de compiler 30 études distinctes, représentant un total de 1603 accès vasculaires de type EZ-IO®. Conclusion : La voie intra-osseuse s'avère fiable et rapide pour obtenir un accès vasculaire, avec un taux de complications très faible et permet l'administration d'un grand nombre de substances. D'autres études sont nécessaires pour évaluer l'impact de la voie intra osseuse, notamment en termes de mortalité, de complications tardives, ainsi que d'analyse coût/bénéfice de ce matériel.

Étude et implémentation d'un modèle de conscience d'agent

La thèse essaie de montrer comment il est possible d'offrir une implémentation fonctionnelle d'un agent doté d'une conscience (psychologique). Une première étape étudie les différentes approches, définitions et théories de la conscience proposées par la littérature. Cette étude dégage plus particulièrement un modèle psychologique qui offre une modélisation des fonctionnalités de la conscience, de ses éléments constitutifs et des relations entre ces éléments. Cet effort de formalisation permet d'identifier les corrélations computionnelles du modèle ouvrant ainsi la voie à une implémentation fonctionnelle de la conscience. Une seconde étape réuni les outils et méthodes informatiques existants en vue de procéder à une telle implémentation. En particulier, celle-ci repose sur un modèle de communication permettant d'élaborer une machine virtuelle basée sur des processus concurrents synchronisés. La troisième étape consiste à implémenter les corrélations computationnelles dont l'une est une fonction de délibération qui, après une analyse itérative de son état et de son environnement (machine à état), aboutit à la sélection d'une action. Une deuxième fonction est la formation de contextes, autrement dit l'apprentissage d'automatismes, consistant à compiler la délibération. Cette compilation s'opère grâce à un processus concurrent reflétant le processus de délibération, dotant ainsi l'agent de la capacité d'observer son propre fonctionnement. La thèse se conclut en proposant quelques axes de recherches et d'applications futures susceptibles de prolonger le travail.

Tuning Performance of Multi-threaded programs

Diplomityö tarkastelee säikeistettyä ohjelmointia rinnakkaisohjelmoinnin ylemmällä hierarkiatasolla tarkastellen erityisesti hypersäikeistysteknologiaa. Työssä tarkastellaan hypersäikeistyksen hyviä ja huonoja puolia sekä sen vaikutuksia rinnakkaisalgoritmeihin. Työn tavoitteena oli ymmärtää Intel Pentium 4 prosessorin hypersäikeistyksen toteutus ja mahdollistaa sen hyödyntäminen, missä se tuo suorituskyvyllistä etua. Työssä kerättiin ja analysoitiin suorituskykytietoa ajamalla suuri joukko suorituskykytestejä eri olosuhteissa (muistin käsittely, kääntäjän asetukset, ympäristömuuttujat...). Työssä tarkasteltiin kahdentyyppisiä algoritmeja: matriisioperaatioita ja lajittelua. Näissä sovelluksissa on säännöllinen muistinkäyttökuvio, mikä on kaksiteräinen miekka. Se on etu aritmeettis-loogisissa prosessoinnissa, mutta toisaalta huonontaa muistin suorituskykyä. Syynä siihen on nykyaikaisten prosessorien erittäin hyvä raaka suorituskyky säännöllistä dataa käsiteltäessä, mutta muistiarkkitehtuuria rajoittaa välimuistien koko ja useat puskurit. Kun ongelman koko ylittää tietyn rajan, todellinen suorituskyky voi pudota murto-osaan huippusuorituskyvystä.