Study of the data acquisition network for the triggerless data acquisition of the LHCb experiment and new particle track reconstruction strategies for the LHCb upgrade

The LHCb experiment will receive a major upgrade by the end of February 2021. This upgrade will allow the recording of proton-proton collision data at $\sqrt{s} = 14\ \text{TeV}$ with an instantaneous luminosity of $2 \cdot 10^{33}\ \text{cm}^{-2}\text{s}^{-1}$, making possible measurements of unprecedented precision in the $b$ and $c$-quark flavour sectors. For taking advantage of the increased luminosity provided, the data acquisition system will receive a substantial upgrade. The upgraded system will be capable of processing the full collision rate of $30\ \text{MHz}$, without any low-level hardware preselection. This new design constraint poses a non-trivial technological challenge, both from a networking and computing point of view. A possible design of a $32\ \text{Tb/s}$ data acquisition network is presented, and low-level network simulations are used to validate the design. Those simulations use an accurate behavioural model developed and optimised for this specific purpose. It is mandatory to optimise the reconstruction algorithms using a computing and physics approach, to perform the online reconstruction of the full $30\ \text{MHz}$ $pp$ collisions rate. A new parametrisation of the charged particles' bending generated by the dipole of the LHCb experiment is presented. The accuracy of the model is tested against Monte Carlo data. This strategy can reduce by a factor four the size of the search windows needed in the SciFi sub-detector. The LookingForward algorithm in the Allen framework uses this model

Design of an UAV swarm

This master thesis tries to give an overview on the general aspects involved in the design of an UAV swarm. UAV swarms are continuoulsy gaining popularity amongst researchers and UAV manufacturers, since they allow greater success rates in task accomplishing with reduced times. Appart from this, multiple UAVs cooperating between them opens a new field of missions that can only be carried in this way. All the topics explained within this master thesis will explain all the agents involved in the design of an UAV swarm, from the communication protocols between them, navigation and trajectory analysis and task allocation

Perfomance Analysis and Resource Optimisation of Critical Systems Modelled by Petri Nets

Un sistema crítico debe cumplir con su misión a pesar de la presencia de problemas de seguridad. Este tipo de sistemas se suele desplegar en entornos heterogéneos, donde pueden ser objeto de intentos de intrusión, robo de información confidencial u otro tipo de ataques. Los sistemas, en general, tienen que ser rediseñados después de que ocurra un incidente de seguridad, lo que puede conducir a consecuencias graves, como el enorme costo de reimplementar o reprogramar todo el sistema, así como las posibles pérdidas económicas. Así, la seguridad ha de ser concebida como una parte integral del desarrollo de sistemas y como una necesidad singular de lo que el sistema debe realizar (es decir, un requisito no funcional del sistema). Así pues, al diseñar sistemas críticos es fundamental estudiar los ataques que se pueden producir y planificar cómo reaccionar frente a ellos, con el fin de mantener el cumplimiento de requerimientos funcionales y no funcionales del sistema. A pesar de que los problemas de seguridad se consideren, también es necesario tener en cuenta los costes incurridos para garantizar un determinado nivel de seguridad en sistemas críticos. De hecho, los costes de seguridad puede ser un factor muy relevante ya que puede abarcar diferentes dimensiones, como el presupuesto, el rendimiento y la fiabilidad. Muchos de estos sistemas críticos que incorporan técnicas de tolerancia a fallos (sistemas FT) para hacer frente a las cuestiones de seguridad son sistemas complejos, que utilizan recursos que pueden estar comprometidos (es decir, pueden fallar) por la activación de los fallos y/o errores provocados por posibles ataques. Estos sistemas pueden ser modelados como sistemas de eventos discretos donde los recursos son compartidos, también llamados sistemas de asignación de recursos. Esta tesis se centra en los sistemas FT con recursos compartidos modelados mediante redes de Petri (Petri nets, PN). Estos sistemas son generalmente tan grandes que el cálculo exacto de su rendimiento se convierte en una tarea de cálculo muy compleja, debido al problema de la explosión del espacio de estados. Como resultado de ello, una tarea que requiere una exploración exhaustiva en el espacio de estados es incomputable (en un plazo prudencial) para sistemas grandes. Las principales aportaciones de esta tesis son tres. Primero, se ofrecen diferentes modelos, usando el Lenguaje Unificado de Modelado (Unified Modelling Language, UML) y las redes de Petri, que ayudan a incorporar las cuestiones de seguridad y tolerancia a fallos en primer plano durante la fase de diseño de los sistemas, permitiendo así, por ejemplo, el análisis del compromiso entre seguridad y rendimiento. En segundo lugar, se proporcionan varios algoritmos para calcular el rendimiento (también bajo condiciones de fallo) mediante el cálculo de cotas de rendimiento superiores, evitando así el problema de la explosión del espacio de estados. Por último, se proporcionan algoritmos para calcular cómo compensar la degradación de rendimiento que se produce ante una situación inesperada en un sistema con tolerancia a fallos

A unified programming system for a multi-paradigm parallel architecture

Real time image understanding and image generation require very large amounts of computing power. A possible way to meet these requirements is to make use of the power available from parallel computing systems. However parallel machines exhibit performance which is highly dependent on the algorithms being executed. Both image understanding and image generation involve the use of a wide variety of algorithms. A parallel machine suited to some of these algorithms may be unsuited to others. This thesis describes a novel heterogeneous parallel architecture optimised for image based applications. It achieves its performance by combining two different forms of parallel architecture, namely fine grain SIMD and course grain MIMD, into a single architecture. In this way it is possible to match the most appropriate computing resource to each algorithm in a given application. As important as the architecture itself is a method for programming it. This thesis describes a novel multi-paradigm programming language based on C++, which allows programs which make use of both control and data parallelism to be expressed in a single coherent framework, based on object oriented programming. To demonstrate the utility of both the architecture and the programming system, two applications, one from the field of image understanding the other image generation are examined. These applications combine some novel algorithms with other novel implementation approaches to provide the most effective mapping onto this architecture