Middleware de equilibrio de carga para computación paralela sobre entornos heterogéneos LAN-WLAN

Programa de Doctorado: Tecnologí­as de las Telecomunicaciones

Estudio de la optimización del tráfico rodado mediante el ajuste de los ciclos de semáforos por algoritmos genéticos en dispositivos de computación paralela usando modelización discreta : ejemplos de aplicación

Tecnologías de la Información y sus Aplicaciones

Optimizing the reliability and resource efficiency of MapReduce-based systems

Debido al gran incremento de datos digitales que ha tenido lugar en los últimos años, ha surgido un nuevo paradigma de computación paralela para el procesamiento eficiente de grandes volúmenes de datos. Muchos de los sistemas basados en este paradigma, también llamados sistemas de computación intensiva de datos, siguen el modelo de programación de Google MapReduce. La principal ventaja de los sistemas MapReduce es que se basan en la idea de enviar la computación donde residen los datos, tratando de proporcionar escalabilidad y eficiencia. En escenarios libres de fallo, estos sistemas generalmente logran buenos resultados. Sin embargo, la mayoría de escenarios donde se utilizan, se caracterizan por la existencia de fallos. Por tanto, estas plataformas suelen incorporar características de tolerancia a fallos y fiabilidad. Por otro lado, es reconocido que las mejoras en confiabilidad vienen asociadas a costes adicionales en recursos. Esto es razonable y los proveedores que ofrecen este tipo de infraestructuras son conscientes de ello. No obstante, no todos los enfoques proporcionan la misma solución de compromiso entre las capacidades de tolerancia a fallo (o de manera general, las capacidades de fiabilidad) y su coste. Esta tesis ha tratado la problemática de la coexistencia entre fiabilidad y eficiencia de los recursos en los sistemas basados en el paradigma MapReduce, a través de metodologías que introducen el mínimo coste, garantizando un nivel adecuado de fiabilidad. Para lograr esto, se ha propuesto: (i) la formalización de una abstracción de detección de fallos; (ii) una solución alternativa a los puntos únicos de fallo de estas plataformas, y, finalmente, (iii) un nuevo sistema de asignación de recursos basado en retroalimentación a nivel de contenedores. Estas contribuciones genéricas han sido evaluadas tomando como referencia la arquitectura Hadoop YARN, que, hoy en día, es la plataforma de referencia en la comunidad de los sistemas de computación intensiva de datos. En la tesis se demuestra cómo todas las contribuciones de la misma superan a Hadoop YARN tanto en fiabilidad como en eficiencia de los recursos utilizados. ABSTRACT Due to the increase of huge data volumes, a new parallel computing paradigm to process big data in an efficient way has arisen. Many of these systems, called dataintensive computing systems, follow the Google MapReduce programming model. The main advantage of these systems is based on the idea of sending the computation where the data resides, trying to provide scalability and efficiency. In failure-free scenarios, these frameworks usually achieve good results. However, these ones are not realistic scenarios. Consequently, these frameworks exhibit some fault tolerance and dependability techniques as built-in features. On the other hand, dependability improvements are known to imply additional resource costs. This is reasonable and providers offering these infrastructures are aware of this. Nevertheless, not all the approaches provide the same tradeoff between fault tolerant capabilities (or more generally, reliability capabilities) and cost. In this thesis, we have addressed the coexistence between reliability and resource efficiency in MapReduce-based systems, looking for methodologies that introduce the minimal cost and guarantee an appropriate level of reliability. In order to achieve this, we have proposed: (i) a formalization of a failure detector abstraction; (ii) an alternative solution to single points of failure of these frameworks, and finally (iii) a novel feedback-based resource allocation system at the container level. Finally, our generic contributions have been instantiated for the Hadoop YARN architecture, which is the state-of-the-art framework in the data-intensive computing systems community nowadays. The thesis demonstrates how all our approaches outperform Hadoop YARN in terms of reliability and resource efficiency.

Descubrimiento de fármacos basado en cribado virtual refinado con enfoques neuronales paralelos

En el campo de la medicina clínica es crucial poder determinar la seguridad y la eficacia de los fármacos actuales y además acelerar el descubrimiento de nuevos compuestos activos. Para ello se llevan a cabo ensayos de laboratorio, que son métodos muy costosos y que requieren mucho tiempo. Sin embargo, la bioinformática puede facilitar enormemente la investigación clínica para los fines mencionados, ya que proporciona la predicción de la toxicidad de los fármacos y su actividad en enfermedades nuevas, así como la evolución de los compuestos activos descubiertos en ensayos clínicos. Esto se puede lograr gracias a la disponibilidad de herramientas de bioinformática y métodos de cribado virtual por ordenador (CV) que permitan probar todas las hipótesis necesarias antes de realizar los ensayos clínicos, tales como el docking estructural, mediante el programa BINDSURF. Sin embargo, la precisión de la mayoría de los métodos de CV se ve muy restringida a causa de las limitaciones presentes en las funciones de afinidad o scoring que describen las interacciones biomoleculares, e incluso hoy en día estas incertidumbres no se conocen completamente. En este trabajo abordamos este problema, proponiendo un nuevo enfoque en el que las redes neuronales se entrenan con información relativa a bases de datos de compuestos conocidos (proteínas diana y fármacos), y se aprovecha después el método para incrementar la precisión de las predicciones de afinidad del método de CV BINDSURF.

Diseño y verificación del sistema de interpolación de trayectorias de un mecanismo de cinemática paralela

[ES]El objetivo principal del presente Trabajo Fin de Grado es diseñar un interpolador de trayectorias y programarlo en Labview. Para ello, se ha de analizar primeramente la cinemática del mecanismo a utilizar, un robot de cinemática paralela 5R, y calcular su espacio de trabajo. Después, se deducirán y programarán diversos perfiles de velocidades (trapezoidal de velocidades, trapezoidal de aceleraciones y sinusoidal) para moverse en rectas, así como el movimiento en curvas mediante splines. También se hallarán experimentalmente las características de los motores disponibles y se averiguarán las velocidades máximas que puede alcanzar el mecanismo. Así podremos presentar un software que sirva para generar trayectorias para el robot 5R. Se presentan también, entre otros, el presupuesto del proyecto y los riesgos en los que se puede incurrir. El documento finaliza con unos anexos de planos CAD, resultados y código de programación.

Análisis de sensibilidad en los procedimientos de calibración de robots de cinemática paralela Aplicación al mecanismo 5R

[ES]Este proyecto investigador tiene como objetivo el ayudar con la calibración del mecanismo de cinco pares de rotación montado en el taller de Ingeniería Mecánica de la ETSI de Bilbao. En primer lugar se estudiarán los algoritmos de optimización prestando especial atención a la comparativa entre Levenberg-Marquart y Gauss-Newton. Se realizarán estudios en Matlab para concluir cuál de los dos es más eficaz tanto en rapidez como en precisión. El que sea más adecuado se implementará en un programa para la calibración del mecanismo 5R. En segundo lugar se estudiarán los índices de observabilidad. Los estudios que se han realizado sobre ellos hasta ahora son poco concluyentes asique se intentará aclarar su utilidad y determinar cuál es el que conviene utilizar en este caso. Para ello se deberá programar la resolución del problema cinemático inverso. Por último se presentarán los resultados y las conclusiones correspondientes. Se propondrá también un plan de desarrollo de una línea de investigación futura que partirá con este trabajo como base.

Diseño, fabricación y montaje de un robot de cinemática paralela de dos grados de libertad

[ES]Este Trabajo consiste en diseñar un robot de cinemática paralela de dos grados de libertad partiendo de unos requisitos mínimos necesarios que habrán de verificarse. A continuación, se fabricará siguiendo dicho diseño para finalmente montarlo sobre unas guías lineales constituyendo así una máquina de cinemática paralela, objetivo final conjunto de este Trabajo añadido al mencionado control de las guías. Resulta de especial interés su particular arquitectura, aspecto clave cuando se pretende un sistema preciso y reducir las vibraciones.

Desarrollo de software para la realización de ensayos dinámicos de mecanismos de cinemática paralela

[ES]El presente Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivo contribuir al desarrollo de un proyecto de investigación mediante la programación y control del movimiento de mecanismos de cinemática paralela para la realización de ensayos dinámicos. Dicho proyecto está enmarcado dentro de una línea de investigación del grupo de investigación CompMech de la UPV-­‐EHU que gira en torno al desarrollo y estudio de este tipo de mecanismos. Esto es; este trabajo, más allá de la utilidad que pudiera tener por sí mismo, está pensado para formar parte de un proyecto de mayor envergadura, para cuyo éxito será imprescindible la colaboración con otros investigadores y la integración de este trabajo con los realizados por ellos. Consiste en la creación de un software para el control y movimiento de mecanismos, generando vibraciones para la realización de ensayos dinámicos. Para ello, se programarán sobre la plataforma LabVIEW la interfaz de usuario y el motor de cálculo. Una vez se compruebe que el programa funciona correctamente, se integrará dentro de un programa principal, un control articular que será el encargado de comunicarse con la máquina. Posteriormente, se procederá a la realización de ensayos experimentales sobre los propios robots, en taller. Se tomarán medidas mediante acelerómetros y otros dispositivos, determinando las medidas más adecuadas para su correcta validación. Finalmente, se generalizará el trabajo realizado para posibilitar su empleo futuro en diferentes mecanismos

Diseño y evaluación de un sistema de medida de aceleración en el elemento terminal de un manipulador de cinemática paralela

[ES]Este proyecto tiene como objetivo desarrollar una línea de investigación de opciones de sensorización de un mecanismo mediante acelerómetros. Se construirá para ello un sistema de adquisición y tratamiento de señales destinado a la sensorización de un mecanismo de cinemática paralela en base a los conocimientos adquiridos durante el curso. Se trabajará además con otros alumnos para llevar a cabo el diseño y montaje de un robot prototipo de cinemática paralela de dos grados de libertad sobre el que se experimentará y llevará a cabo el proyecto. Se plantean de este modo dos líneas de trabajo que se desarrollarán en este proyecto: Elaboración de un sistema de adquisición y tratamiento de señales adaptable a distintos sensores. Utilización de señales de múltiples acelerómetros para conocer en primer lugar aceleración, y de ser posible, posición de puntos de interés del mecanismo.

Algoritmo para la identificación de las ganancias óptimas del algoritmo de control de posición de un mecanismo de cinemática paralela

[ES]Este trabajo presenta un algoritmo automatizado cuyo resultado es la determinación de las ganancias óptimas del lazo de control de un mecanismo de cinemática paralela. En concreto se ha aplicado al mecanismo 5R, aunque el método es válido para cualquier otro mecanismo introduciendo el modelo mecatrónico correspondiente. Permite disponer de un procedimiento para poder elegir en un futuro la combinación de motor y reductora más apropiada para un determinado mecanismo evitando realizar adquisiciones sobredimensionadas, como ocurrió con el mecanismo en cuestión.

Control de un sistema de accionamientos de traslación basado en correa para un manipulador de cinemática paralela

[ES]Este Trabajo de Fin de Grado “Control de un sistema de accionamientos de traslación basado en correa para un manipulador de cinemática paralela” tiene como objetivo principal la implementación de un sistema de control que nos permita manejar un manipulador de cinemática paralela de dos grados de libertad accionado mediante dos motores eléctricos de corriente continua. Como componente central de este sistema de control, se dispondrá de un ordenador portátil cuyo procesador será el encargado de ejecutar las acciones necesarias para que pueda llevarse a cabo esta actividad de control. De esta forma, la tarea más importante y laboriosa a llevar cabo en este proyecto será el desarrollo de un aplicación de control que, corriendo en el citado ordenador, permitirá al usuario manejar el manipulador de cinemática paralela en cuestión. Para ello, esta aplicación deberá ser capaz de interpretar las ordenes de movimiento dadas por el usuario y transmitirlas al procesador del mencionado ordenador. Además de todo lo anterior, para completar el desarrollo del sistema de control, será necesaria la implementación de diversos sensores que se encargarán de detectar y transmitir las señales necesarias para evitar situaciones de emergencia en el que el manipulador estuviese a punto de chocar con algún objeto o persona. En conclusión, mediante el cumplimiento de los objetivos de este Trabajo de Fin de Grado, se va a disponer de un sistema de control sencillo, intuitivo y fácilmente operable, que va a permitir a cualquier futuro usuario del mismo el manejo de un robot de cinemática paralela.

Análisis y comparación de movimientos parásitos en manipuladores de cinemática paralela 3PRS

[ES]Por lo tanto el objetivo de este trabajo es resolver el problema de posición de un manipulador paralelo analizando los movimientos parásitos y la influencia de los mismos sobre el problema. Para ello inicialmente se realizará un modelo del manipulador en un programa de CAD. Posteriormente se resolverán las ecuaciones de posición y se implementará esta resolución en un programa de cálculo como MATLAB. Finalmente se compararán los resultados obtenidos con un manipulador de características similares pero una configuración ligeramente distinta.

Diseño cinemático de un mecanismo espacial de cinemática paralela

[ES]Este Trabajo Fin de Grado está enmarcado dentro de un proyecto del grupo de investigación CompMech. El proyecto consiste en el diseño y construcción de un mecanismo de cinemática paralela para ensayos dinámicos. Este trabajo fin de grado engloba las tareas necesarias para el estudio del espacio de trabajo del mecanismo y la determinación de las dimensiones más apropiadas desde consideraciones cinemáticas. Se partirá de tres posibles mecanismos, de los que más adelante se seleccionará uno con el que terminar el ciclo de diseño. Para ello el primer paso es el análisis cinemático de los mecanismos. Se resolverán los problemas de posición y de velocidades, que serán los necesarios para el posterior estudio del espacio de trabajo. La resolución de estos problemas se programará en un programa Matlab. Después se obtendrán los espacios de trabajo de cada uno de los mecanismos, así como las posiciones singulares dentro del mismo, y su variación ante variaciones en las dimensiones. Será también de interés determinar las regiones del espacio de trabajo en las que más fácil es efectuar el movimiento del mecanismo. Conocidos los espacios de trabajo de cada mecanismo y su variabilidad con cambios en las dimensiones, se elegirá el mecanismo más apropiado para continuar con el ciclo de diseño. Para la elección se tendrán también en cuenta consideraciones adicionales aportadas por otros miembros del grupo.

Evaluación y diseño de un sistema de medida de posición por cable para un mecanismo de cinemática paralela 5R

[ES]El objetivo del presente proyecto es el de diseñar, construir y verificar la validez de un sistema de medida de posición mediante sensores por cable para un mecanismo de cinemática paralela 5R, extensible a cualquier otro mecanismo espacial o planar. En el presente informe el lector encontrará un análisis exhaustivo de los inconvenientes prácticos derivados de la naturaleza del método de monitorización propuesto, el desarrollo completo del modelo matemático obtenido para solventarlos, descripciones y planos sobre el montaje in situ del sistema de medida, resultados empíricos sobre el manipulador paralelo y posibles riesgos para la consecución del proyecto