Técnicas de altas prestaciones aplicadas al diseño de infraestructuras ferroviarias complejas

In this work we will focus on overhead air switches design problem. The design of railway infrastructures is an important problem in the railway world, non-optimal designs cause limitations in the train speed and, most important, malfunctions and breakages. Most railway companies have regulations for the design of these elements. Those regulations have been defined by the experience, but, as far as we know, there are no computerized software tools that assist with the task of designing and testing optimal solutions for overhead switches. The aim of this thesis is the design, implementation, and evaluation of a simulator that that facilitates the exploration of all possible solutions space, looking for the set of optimal solutions in the shortest time and at the lowest possible cost. Simulators are frequently used in the world of rail infrastructure. Many of them only focus on simulated scenarios predefined by the users, analyzing the feasibility or otherwise of the proposed design. Throughout this thesis, we will propose a framework to design a complete simulator that be able to propose, simulate and evaluate multiple solutions. This framework is based on four pillars: compromise between simulation accuracy and complexity, automatic generation of possible solutions (automatic exploration of the solution space), consideration of all the actors involved in the design process (standards, additional restrictions, etc.), and finally, the expert’s knowledge and integration of optimization metrics. Once we defined the framework different deployment proposes are presented, one to be run in a single node, and one in a distributed system. In the first paradigm, one thread per CPU available in the system is launched. All the simulators are designed around this paradigm of parallelism. The second simulation approach will be designed to be deploy in a cluster with several nodes, MPI will be used for that purpose. Finally, after the implementation of each of the approaches, we will proceed to evaluate the performance of each of them, carrying out a comparison of time and cost. Two examples of real scenarios will be used.El diseño de agujas aéreas es un problema bastante complejo y critico dentro del proceso de diseño de sistemas ferroviarios. Un diseño no óptimo puede provocar limitaciones en el servicio, como menor velocidad de tránsito, y lo que es más importante, puede ser la causa principal de accidentes y averías. La mayoría de las compañías ferroviarias disponen de regulaciones para el diseño correcto de estas agujas aéreas. Todas estas regulaciones han sido definidas bajo décadas de experiencia, pero hasta donde sé, no existen aplicaciones software que ayuden en la tarea de diseñar y probar soluciones óptimas. Es en este punto donde se centra el objetivo de la tesis, el diseño, implementación y evaluación de un simulador capaz de explorar todo el posible espacio de soluciones buscando el conjunto de soluciones óptimas en el menor tiempo y con el menor coste posible. Los simuladores son utilizados frecuentemente en el mundo de la infraestructura ferroviaria. Muchos de ellos solo se centran en la simulación de escenarios preestablecidos por el usuario, analizando la viabilidad o no del diseño propuesto. A lo largo de esta tesis, se propondrá un framework que permita al simulador final ser capaz de proponer, simular y evaluar múltiples soluciones. El framework se basa en 4 pilares fundamentales, compromiso entre precisión en la simulación y la complejidad del simulador; generación automática de posibles soluciones (exploración automática del espacio de soluciones), consideración de todos los agentes que intervienen en el proceso de diseño (normativa, restricciones adicionales, etc.) y por último, el conocimiento del experto y la integración de métricas de optimización. Una vez definido el framework se presentaran varias opciones de implementación del simulador, en la primera de ellas se diseñará e implementara una versión con hilos pura. Se lanzara un hilo por cada CPU disponible en el sistema. Todo el simulador se diseñará en torno a este paradigma de paralelismo. En un segundo simulador, se aplicará un paradigma mucho más pensado para su despliegue en un cluster y no en un único nodo (como el paradigma inicial), para ello se empleara MPI. Con esta versión se podrá adaptar el simulador al cluster en el que se va a ejecutar. Por último, se va a emplear un paradigma basado en cloud computing. Para ello, según las necesidades del escenario a simular, se emplearán más o menos máquinas virtuales. Finalmente, tras la implementación de cada uno de los simuladores, se procederá a evaluar el rendimiento de cada uno de ellos, realizando para ello una comparativa de tiempo y coste. Se empleara para ello dos ejemplos de escenarios reales.Programa Oficial de Doctorado en Ciencia y Tecnología InformáticaPresidente: José Daniel García Sánchez.- Secretario: Antonio García Dopico.- Vocal: Juan Carlos Díaz Martí

A Policy-Based Resource Brokering Environment for Computational Grids

With the advances in networking infrastructure in general, and the Internet in particular, we can build grid environments that allow users to utilize a diverse set of distributed and heterogeneous resources. Since the focus of such environments is the efficient usage of the underlying resources, a critical component is the resource brokering environment that mediates the discovery, access and usage of these resources. With the consumer\u27s constraints, provider\u27s rules, distributed heterogeneous resources and the large number of scheduling choices, the resource brokering environment needs to decide where to place the user\u27s jobs and when to start their execution in a way that yields the best performance for the user and the best utilization for the resource provider. As brokering and scheduling are very complicated tasks, most current resource brokering environments are either specific to a particular grid environment or have limited features. This makes them unsuitable for large applications with heterogeneous requirements. In addition, most of these resource brokering environments lack flexibility. Policies at the resource-, application-, and system-levels cannot be specified and enforced to provide commitment to the guaranteed level of allocation that can help in attracting grid users and contribute to establishing credibility for existing grid environments. In this thesis, we propose and prototype a flexible and extensible Policy-based Resource Brokering Environment (PROBE) that can be utilized by various grid systems. In designing PROBE, we follow a policy-based approach that provides PROBE with the intelligence to not only match the user\u27s request with the right set of resources, but also to assure the guaranteed level of the allocation. PROBE looks at the task allocation as a Service Level Agreement (SLA) that needs to be enforced between the resource provider and the resource consumer. The policy-based framework is useful in a typical grid environment where resources, most of the time, are not dedicated. In implementing PROBE, we have utilized a layered architecture and façade design patterns. These along with the well-defined API, make the framework independent of any architecture and allow for the incorporation of different types of scheduling algorithms, applications and platform adaptors as the underlying environment requires. We have utilized XML as a base for all the specification needs. This provides a flexible mechanism to specify the heterogeneous resources and user\u27s requests along with their allocation constraints. We have developed XML-based specifications by which high-level internal structures of resources, jobs and policies can be specified. This provides interoperability in which a grid system can utilize PROBE to discover and use resources controlled by other grid systems. We have implemented a prototype of PROBE to demonstrate its feasibility. We also describe a test bed environment and the evaluation experiments that we have conducted to demonstrate the usefulness and effectiveness of our approach

Proyecto Docente e Investigador, Trabajo Original de Investigación y Presentación de la Defensa, preparado por Germán Moltó para concursar a la plaza de Catedrático de Universidad, concurso 082/22, plaza 6708, área de Ciencia de la Computación e Inteligencia Artificial

Este documento contiene el proyecto docente e investigador del candidato Germán Moltó Martínez presentado como requisito para el concurso de acceso a plazas de Cuerpos Docentes Universitarios. Concretamente, el documento se centra en el concurso para la plaza 6708 de Catedrático de Universidad en el área de Ciencia de la Computación en el Departamento de Sistemas Informáticos y Computación de la Universitat Politécnica de València. La plaza está adscrita a la Escola Técnica Superior d'Enginyeria Informàtica y tiene como perfil las asignaturas "Infraestructuras de Cloud Público" y "Estructuras de Datos y Algoritmos".También se incluye el Historial Académico, Docente e Investigador, así como la presentación usada durante la defensa.Germán Moltó Martínez (2022). Proyecto Docente e Investigador, Trabajo Original de Investigación y Presentación de la Defensa, preparado por Germán Moltó para concursar a la plaza de Catedrático de Universidad, concurso 082/22, plaza 6708, área de Ciencia de la Computación e Inteligencia Artificial. http://hdl.handle.net/10251/18903

Numerical simulation of binary black hole spacetimes and a novel approach to outer boundary conditions

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