Packet flow analysis in IP networks using data-flow analysis

Static analysis (aka offline analysis) of a model of an IP network is useful for understanding, debugging, and verifying packet flow properties of the network. Data-flow analysis is a method that has typically been applied to static analysis of programs. We propose a new, data-flow based approach for static analysis of packet flows in networks. We also investigate an application of our analysis to the problem of inferring a high-level policy from the network, which has been addressed in the past only for a single router.

A Short-Channel Common Double-Gate MOSFET Model Adapted to Gate Oxide Thickness Asymmetry

Existing compact models for common double-gate (CDG) MOSFETs are based on the fundamental assumption of having symmetric gate oxide thickness. In this paper, we demonstrate that using the unique quasi-linear relationship between the surface potentials, it is possible to develop compact model for CDG-MOSFETs without such approximation while preserving the mathematical complexity at the same level of the existing models. In the proposed model, the surface potential relationship is used to include the drain-induced barrier lowering, channel length modulation, velocity saturation, and quantum mechanical effect in the long-channel model and good agreement is observed with the technology computer aided design simulation results.

Discovering Math APIs by Mining Unit Tests

In today's API-rich world, programmer productivity depends heavily on the programmer's ability to discover the required APIs. In this paper, we present a technique and tool, called MATHFINDER, to discover APIs for mathematical computations by mining unit tests of API methods. Given a math expression, MATHFINDER synthesizes pseudo-code to compute the expression by mapping its subexpressions to API method calls. For each subexpression, MATHFINDER searches for a method such that there is a mapping between method inputs and variables of the subexpression. The subexpression, when evaluated on the test inputs of the method under this mapping, should produce results that match the method output on a large number of tests. We implemented MATHFINDER as an Eclipse plugin for discovery of third-party Java APIs and performed a user study to evaluate its effectiveness. In the study, the use of MATHFINDER resulted in a 2x improvement in programmer productivity. In 96% of the subexpressions queried for in the study, MATHFINDER retrieved the desired API methods as the top-most result. The top-most pseudo-code snippet to implement the entire expression was correct in 93% of the cases. Since the number of methods and unit tests to mine could be large in practice, we also implement MATHFINDER in a MapReduce framework and evaluate its scalability and response time.

Mining Unit Tests for Discovery and Migration of Math APIs

Today's programming languages are supported by powerful third-party APIs. For a given application domain, it is common to have many competing APIs that provide similar functionality. Programmer productivity therefore depends heavily on the programmer's ability to discover suitable APIs both during an initial coding phase, as well as during software maintenance. The aim of this work is to support the discovery and migration of math APIs. Math APIs are at the heart of many application domains ranging from machine learning to scientific computations. Our approach, called MATHFINDER, combines executable specifications of mathematical computations with unit tests (operational specifications) of API methods. Given a math expression, MATHFINDER synthesizes pseudo-code comprised of API methods to compute the expression by mining unit tests of the API methods. We present a sequential version of our unit test mining algorithm and also design a more scalable data-parallel version. We perform extensive evaluation of MATHFINDER (1) for API discovery, where math algorithms are to be implemented from scratch and (2) for API migration, where client programs utilizing a math API are to be migrated to another API. We evaluated the precision and recall of MATHFINDER on a diverse collection of math expressions, culled from algorithms used in a wide range of application areas such as control systems and structural dynamics. In a user study to evaluate the productivity gains obtained by using MATHFINDER for API discovery, the programmers who used MATHFINDER finished their programming tasks twice as fast as their counterparts who used the usual techniques like web and code search, IDE code completion, and manual inspection of library documentation. For the problem of API migration, as a case study, we used MATHFINDER to migrate Weka, a popular machine learning library. Overall, our evaluation shows that MATHFINDER is easy to use, provides highly precise results across several math APIs and application domains even with a small number of unit tests per method, and scales to large collections of unit tests.

Application of Qualitative Imaging Methods to Electrical Performance-Aware Package Board Design

Package-board co-design plays a crucial role in determining the performance of high-speed systems. Although there exist several commercial solutions for electromagnetic analysis and verification, lack of Computer Aided Design (CAD) tools for SI aware design and synthesis lead to longer design cycles and non-optimal package-board interconnect geometries. In this work, the functional similarities between package-board design and radio-frequency (RF) imaging are explored. Consequently, qualitative methods common to the imaging community, like Tikhonov Regularization (TR) and Landweber method are applied to solve multi-objective, multi-variable package design problems. In addition, a new hierarchical iterative piecewise linear algorithm is developed as a wrapper over LBP for an efficient solution in the design space.

SYNTHESIS OF CONCEPTUAL DESIGNS FOR SENSORS USING SAPPHIRE-LITE

The demand for variety of products and the shorter time to market is encouraging designers to adopt computer aided concept generation techniques. One such technique is being explored here. The present work makes an attempt towards synthesis of concepts for sensors using physical laws and effects as building blocks. A database of building blocks based upon the SAPPhIRE-lite model of causality is maintained. It uses composition to explore the solution space. The algorithm has been implemented in a web based tool. The tool generates two types of sensor designs: direct sensing designs and feedback sensing designs. According to the literature, synthesis using building blocks often lead to vague solutions principles. The current work tries to avoid uninteresting solutions by using some heuristics. A particularly novel outcome of the work described here is the generation of feedback based solutions, something not generated automatically before. A number of patent violations were observed with the set of generated concepts; thus emphasizing some amount of novelty in the designs.

Efficient simulation and rendering of realistic motion of one-dimensional flexible objects

In gross motion of flexible one-dimensional (1D) objects such as cables, ropes, chains, ribbons and hair, the assumption of constant length is realistic and reasonable. The motion of the object also appears more natural if the motion or disturbance given at one end attenuates along the length of the object. In an earlier work, variational calculus was used to derive natural and length-preserving transformation of planar and spatial curves and implemented for flexible 1D objects discretized with a large number of straight segments. This paper proposes a novel idea to reduce computational effort and enable real-time and realistic simulation of the motion of flexible 1D objects. The key idea is to represent the flexible 1D object as a spline and move the underlying control polygon with much smaller number of segments. To preserve the length of the curve to within a prescribed tolerance as the control polygon is moved, the control polygon is adaptively modified by subdivision and merging. New theoretical results relating the length of the curve and the angle between the adjacent segments of the control polygon are derived for quadratic and cubic splines. Depending on the prescribed tolerance on length error, the theoretical results are used to obtain threshold angles for subdivision and merging. Simulation results for arbitrarily chosen planar and spatial curves whose one end is subjected to generic input motions are provided to illustrate the approach. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Model driven product line engineering : core asset and process implications

Reuse is at the heart of major improvements in productivity and quality in Software Engineering. Both Model Driven Engineering (MDE) and Software Product Line Engineering (SPLE) are software development paradigms that promote reuse. Specifically, they promote systematic reuse and a departure from craftsmanship towards an industrialization of the software development process. MDE and SPLE have established their benefits separately. Their combination, here called Model Driven Product Line Engineering (MDPLE), gathers together the advantages of both. Nevertheless, this blending requires MDE to be recasted in SPLE terms. This has implications on both the core assets and the software development process. The challenges are twofold: (i) models become central core assets from which products are obtained and (ii) the software development process needs to cater for the changes that SPLE and MDE introduce. This dissertation proposes a solution to the first challenge following a feature oriented approach, with an emphasis on reuse and early detection of inconsistencies. The second part is dedicated to assembly processes, a clear example of the complexity MDPLE introduces in software development processes. This work advocates for a new discipline inside the general software development process, i.e., the Assembly Plan Management, which raises the abstraction level and increases reuse in such processes. Different case studies illustrate the presented ideas.

O ZEP Framework: um framework para a criação de métodos para envolvimento de stakeholders no desenvolvimento de soluções de software.

A especificação dos requisitos de software pressupõe que se conheçam os requisitos do sistema do que será parte. Os requisitos do sistema, por sua vez, pressupõem o conhecimento do negócio (business) onde o sistema será utilizado. Para que estes conhecimentos sejam obtidos é importante o envolvimento dos stakeholders tanto no nível de sistema quanto no nível de negócio. As literaturas sobre Engenharia de Requisitos, Engenharia de Software e Engenharia de Sistemas concordam que o envolvimento dos stakeholders é fundamental. O tratamento dispensado ao assunto, no entanto, é pequeno, dada a importância do tema. Esta dissertação, utilizando conceitos da Engenharia de Métodos Situacionais e de Design Science, apresenta o ZEP Framework, um artefato, produzido com o software EPF Composer, que permite a criação de métodos para envolver o stakeholder. Estes métodos, para serem criados, devem levar em consideração as peculiaridades da organização, dos recursos disponíveis e do projeto em si. São apresentados, ainda, alguns cenários, na área de Turismo, como exemplos da utilização do framework.

Diseño, Modelado y Análisis por Elementos Finitos de un Cuadro de Bicicleta de Carretera.

[ES]El objetivo de este proyecto es llevar a cabo el diseño conceptual, modelado y análisis estructural de un cuadro de bicicleta de geometría de carretera, empleando herramientas de Diseño Asistido por Ordenador y software de Análisis con Elementos Finitos. El modelo inicial será analizado y optimizado de cara a que cumpla los requerimientos resitentes del escenario de cargas asumido. El propósito de este proyecto es completar la primera fase de un hipotético caso de producción.

Síntese evolucionária de circuitos sequenciais inspirada nos princípios da computação quântica.

Esta dissertação investiga a aplicação dos algoritmos evolucionários inspirados na computação quântica na síntese de circuitos sequenciais. Os sistemas digitais sequenciais representam uma classe de circuitos que é capaz de executar operações em uma determinada sequência. Nos circuitos sequenciais, os valores dos sinais de saída dependem não só dos valores dos sinais de entrada como também do estado atual do sistema. Os requisitos cada vez mais exigentes quanto à funcionalidade e ao desempenho dos sistemas digitais exigem projetos cada vez mais eficientes. O projeto destes circuitos, quando executado de forma manual, se tornou demorado e, com isso, a importância das ferramentas para a síntese automática de circuitos cresceu rapidamente. Estas ferramentas conhecidas como ECAD (Electronic Computer-Aided Design) são programas de computador normalmente baseados em heurísticas. Recentemente, os algoritmos evolucionários também começaram a ser utilizados como base para as ferramentas ECAD. Estas aplicações são referenciadas na literatura como eletrônica evolucionária. Os algoritmos mais comumente utilizados na eletrônica evolucionária são os algoritmos genéticos e a programação genética. Este trabalho apresenta um estudo da aplicação dos algoritmos evolucionários inspirados na computação quântica como uma ferramenta para a síntese automática de circuitos sequenciais. Esta classe de algoritmos utiliza os princípios da computação quântica para melhorar o desempenho dos algoritmos evolucionários. Tradicionalmente, o projeto dos circuitos sequenciais é dividido em cinco etapas principais: (i) Especificação da máquina de estados; (ii) Redução de estados; (iii) Atribuição de estados; (iv) Síntese da lógica de controle e (v) Implementação da máquina de estados. O Algoritmo Evolucionário Inspirado na Computação Quântica (AEICQ) proposto neste trabalho é utilizado na etapa de atribuição de estados. A escolha de uma atribuição de estados ótima é tratada na literatura como um problema ainda sem solução. A atribuição de estados escolhida para uma determinada máquina de estados tem um impacto direto na complexidade da sua lógica de controle. Os resultados mostram que as atribuições de estados obtidas pelo AEICQ de fato conduzem à implementação de circuitos de menor complexidade quando comparados com os circuitos gerados a partir de atribuições obtidas por outros métodos. O AEICQ e utilizado também na etapa de síntese da lógica de controle das máquinas de estados. Os circuitos evoluídos pelo AEICQ são otimizados segundo a área ocupada e o atraso de propagação. Estes circuitos são compatíveis com os circuitos obtidos por outros métodos e em alguns casos até mesmo superior em termos de área e de desempenho, sugerindo que existe um potencial de aplicação desta classe de algoritmos no projeto de circuitos eletrônicos.

Modelagem e desenvolvimento de sistemas de informações geográficas para web com tecnologias de rich internet applications.

Os SIG estão se popularizando cada vez mais e isso tem se dado principalmente através da Internet. Os assim chamados SIG-Web no entanto, quando desenvolvidos com as tecnologias tradicionais de web, apresentam as mesmas fraquezas daquelas, a saber: sincronicidade e pobreza na interação com o usuário. As tecnologias usadas para Rich Internet Applications (RIA) são uma alternativa que resolvem esses problemas. Na presente dissertação será demonstrada a factibilidade do seu uso para o desenvolvimento de SIG-Web, oferecendo um conjunto de códigos e estratégias para desenvolvimentos futuros, a partir de um conjunto básico de operações a se realizar em um SIG-Web. Adicionalmente será proposta a UWE-R, uma extensão a uma metodologia de engenharia web existente, para modelagem de RIA e SIG-Web.

Testes de sistemas de informações geográficas com lógica nebulosa.

Os testes são uma atividade crucial no desenvolvimento de sistemas, pois uma boa execução dos testes podem expor anomalias do software e estas podem ser corrigidas ainda no processo de desenvolvimento, reduzindo custos. Esta dissertação apresenta uma ferramenta de testes chamada SIT (Sistema de Testes) que auxiliará no teste de Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Os SIG são caracterizados pelo uso de informações espaciais georreferenciadas, que podem gerar um grande número de casos de teste complexos. As técnicas tradicionais de teste são divididas em funcionais e estruturais. Neste trabalho, o SIT abordará os testes funcionais, focado em algumas técnicas clássicas como o particionamento de equivalência e análise do Valor Limite. O SIT também propõe o uso de Lógica Nebulosa como uma ferramenta que irá sugerir um conjunto mínimo de testes a executar nos SIG, ilustrando os benefícios da ferramenta.