31 research outputs found

    Deliverable D2.1 - Ecosystem analysis and 6G-SANDBOX facility design

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    This document provides a comprehensive overview of the core aspects of the 6G-SANDBOX project. It outlines the project's vision, objectives, and the Key Performance Indicators (KPIs) and Key Value Indicators (KVIs) targeted for achievement. The functional and non-functional requirements of the 6G-SANDBOX Facility are extensively presented, based on a proposed reference blueprint. A detailed description of the updated reference architecture of the facility is provided, considering the requirements outlined. The document explores the experimentation framework, including the lifecycle of experiments and the methodology for validating KPIs and KVIs. It presents the key technologies and use case enablers towards 6G that will be offered within the trial networks. Each of the platforms constituting the 6G-SANDBOX Facility is described, along with the necessary enhancements to align them with the project's vision in terms of hardware, software updates, and functional improvements

    Proceedings of the 4th International Conference on Principles and Practices of Programming in Java

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    This book contains the proceedings of the 4th international conference on principles and practices of programming in Java. The conference focuses on the different aspects of the Java programming language and its applications

    GNSS array-based acquisition: theory and implementation

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    This Dissertation addresses the signal acquisition problem using antenna arrays in the general framework of Global Navigation Satellite Systems (GNSS) receivers. The term GNSS classi es those navigation systems based on a constellation of satellites, which emit ranging signals useful for positioning. Although the American GPS is already available, which coexists with the renewed Russian Glonass, the forthcoming European contribution (Galileo) along with the Chinese Compass will be operative soon. Therefore, a variety of satellite constellations and signals will be available in the next years. GNSSs provide the necessary infrastructures for a myriad of applications and services that demand a robust and accurate positioning service. The positioning availability must be guaranteed all the time, specially in safety-critical and mission-critical services. Examining the threats against the service availability, it is important to take into account that all the present and the forthcoming GNSSs make use of Code Division Multiple Access (CDMA) techniques. The ranging signals are received with very low precorrelation signal-to-noise ratio (in the order of ���22 dB for a receiver operating at the Earth surface). Despite that the GNSS CDMA processing gain o ers limited protection against Radio Frequency interferences (RFI), an interference with a interference-to-signal power ratio that exceeds the processing gain can easily degrade receivers' performance or even deny completely the GNSS service, specially conventional receivers equipped with minimal or basic level of protection towards RFIs. As a consequence, RFIs (either intentional or unintentional) remain as the most important cause of performance degradation. A growing concern of this problem has appeared in recent times. Focusing our attention on the GNSS receiver, it is known that signal acquisition has the lowest sensitivity of the whole receiver operation, and, consequently, it becomes the performance bottleneck in the presence of interfering signals. A single-antenna receiver can make use of time and frequency diversity to mitigate interferences, even though the performance of these techniques is compromised in low SNR scenarios or in the presence of wideband interferences. On the other hand, antenna arrays receivers can bene t from spatial-domain processing, and thus mitigate the e ects of interfering signals. Spatial diversity has been traditionally applied to the signal tracking operation of GNSS receivers. However, initial tracking conditions depend on signal acquisition, and there are a number of scenarios in which the acquisition process can fail as stated before. Surprisingly, to the best of our knowledge, the application of antenna arrays to GNSS signal acquisition has not received much attention. This Thesis pursues a twofold objective: on the one hand, it proposes novel arraybased acquisition algorithms using a well-established statistical detection theory framework, and on the other hand demonstrates both their real-time implementation feasibility and their performance in realistic scenarios. The Dissertation starts with a brief introduction to GNSS receivers fundamentals, providing some details about the navigation signals structure and the receiver's architecture of both GPS and Galileo systems. It follows with an analysis of GNSS signal acquisition as a detection problem, using the Neyman-Pearson (NP) detection theory framework and the single-antenna acquisition signal model. The NP approach is used here to derive both the optimum detector (known as clairvoyant detector ) and the sov called Generalized Likelihood Ratio Test (GLRT) detector, which is the basis of almost all of the current state-of-the-art acquisition algorithms. Going further, a novel detector test statistic intended to jointly acquire a set of GNSS satellites is obtained, thus reducing both the acquisition time and the required computational resources. The eff ects of the front-end bandwidth in the acquisition are also taken into account. Then, the GLRT is extended to the array signal model to obtain an original detector which is able to mitigate temporally uncorrelated interferences even if the array is unstructured and moderately uncalibrated, thus becoming one of the main contributions of this Dissertation. The key statistical feature is the assumption of an arbitrary and unknown covariance noise matrix, which attempts to capture the statistical behavior of the interferences and other non-desirable signals, while exploiting the spatial dimension provided by antenna arrays. Closed form expressions for the detection and false alarm probabilities are provided. Performance and interference rejection capability are modeled and compared both to their theoretical bound. The proposed array-based acquisition algorithm is also compared to conventional acquisition techniques performed after blind null-steering beamformer approaches, such as the power minimization algorithm. Furthermore, the detector is analyzed under realistic conditions, accounting for the presence of errors in the covariance matrix estimation, residual Doppler and delay errors, and signal quantization e ects. Theoretical results are supported by Monte Carlo simulations. As another main contribution of this Dissertation, the second part of the work deals with the design and the implementation of a novel Field Programmable Gate Array (FPGA)-based GNSS real-time antenna-array receiver platform. The platform is intended to be used as a research tool tightly coupled with software de ned GNSS receivers. A complete signal reception chain including the antenna array and the multichannel phase-coherent RF front-end for the GPS L1/ Galileo E1 was designed, implemented and tested. The details of the digital processing section of the platform, such as the array signal statistics extraction modules, are also provided. The design trade-o s and the implementation complexities were carefully analyzed and taken into account. As a proof-of-concept, the problem of GNSS vulnerability to interferences was addressed using the presented platform. The array-based acquisition algorithms introduced in this Dissertation were implemented and tested under realistic conditions. The performance of the algorithms were compared to single antenna acquisition techniques, measured under strong in-band interference scenarios, including narrow/wide band interferers and communication signals. The platform was designed to demonstrate the implementation feasibility of novel array-based acquisition algorithms, leaving the rest of the receiver operations (mainly, tracking, navigation message decoding, code and phase observables, and basic Position, Velocity and Time (PVT) solution) to a Software De ned Radio (SDR) receiver running in a personal computer, processing in real-time the spatially- ltered signal sample stream coming from the platform using a Gigabit Ethernet bus data link. In the last part of this Dissertation, we close the loop by designing and implementing such software receiver. The proposed software receiver targets multi-constellation/multi-frequency architectures, pursuing the goals of e ciency, modularity, interoperability, and exibility demanded by user domains that require non-standard features, such as intermediate signals or data extraction and algorithms interchangeability. In this context, we introduce an open-source, real-time GNSS software de ned receiver (so-named GNSS-SDR) that contributes with several novel features such as the use of software design patterns and shared memory techniques to manage e ciently the data ow between receiver blocks, the use of hardware-accelerated instructions for time-consuming vector operations like carrier wipe-o and code correlation, and the availability to compile and run on multiple software platforms and hardware architectures. At this time of writing (April 2012), the receiver enjoys of a 2-dimensional Distance Root Mean Square (DRMS) error lower than 2 meters for a GPS L1 C/A scenario with 8 satellites in lock and a Horizontal Dilution Of Precision (HDOP) of 1.2.Esta tesis aborda el problema de la adquisición de la señal usando arrays de antenas en el marco general de los receptores de Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS). El término GNSS engloba aquellos sistemas de navegación basados en una constelación de satélites que emiten señales útiles para el posicionamiento. Aunque el GPS americano ya está disponible, coexistiendo con el renovado sistema ruso GLONASS, actualmente se está realizando un gran esfuerzo para que la contribución europea (Galileo), junto con el nuevo sistema chino Compass, estén operativos en breve. Por lo tanto, una gran variedad de constelaciones de satélites y señales estarán disponibles en los próximos años. Estos sistemas proporcionan las infraestructuras necesarias para una multitud de aplicaciones y servicios que demandan un servicio de posicionamiento confiable y preciso. La disponibilidad de posicionamiento se debe garantizar en todo momento, especialmente en los servicios críticos para la seguridad de las personas y los bienes. Cuando examinamos las amenazas de la disponibilidad del servicio que ofrecen los GNSSs, es importante tener en cuenta que todos los sistemas presentes y los sistemas futuros ya planificados hacen uso de técnicas de multiplexación por división de código (CDMA). Las señales transmitidas por los satélites son recibidas con una relación señal-ruido (SNR) muy baja, medida antes de la correlación (del orden de -22 dB para un receptor ubicado en la superficie de la tierra). A pesar de que la ganancia de procesado CDMA ofrece una protección inherente contra las interferencias de radiofrecuencia (RFI), esta protección es limitada. Una interferencia con una relación de potencia de interferencia a potencia de la señal que excede la ganancia de procesado puede degradar el rendimiento de los receptores o incluso negar por completo el servicio GNSS. Este riesgo es especialmente importante en receptores convencionales equipados con un nivel mínimo o básico de protección frente las RFIs. Como consecuencia, las RFIs (ya sean intencionadas o no intencionadas), se identifican como la causa más importante de la degradación del rendimiento en GNSS. El problema esta causando una preocupación creciente en los últimos tiempos, ya que cada vez hay más servicios que dependen de los GNSSs Si centramos la atención en el receptor GNSS, es conocido que la adquisición de la señal tiene la menor sensibilidad de todas las operaciones del receptor, y, en consecuencia, se convierte en el factor limitador en la presencia de señales interferentes. Un receptor de una sola antena puede hacer uso de la diversidad en tiempo y frecuencia para mitigar las interferencias, aunque el rendimiento de estas técnicas se ve comprometido en escenarios con baja SNR o en presencia de interferencias de banda ancha. Por otro lado, los receptores basados en múltiples antenas se pueden beneficiar del procesado espacial, y por lo tanto mitigar los efectos de las señales interferentes. La diversidad espacial se ha aplicado tradicionalmente a la operación de tracking de la señal en receptores GNSS. Sin embargo, las condiciones iniciales del tracking dependen del resultado de la adquisición de la señal, y como hemos visto antes, hay un número de situaciones en las que el proceso de adquisición puede fallar. En base a nuestro grado de conocimiento, la aplicación de los arrays de antenas a la adquisición de la señal GNSS no ha recibido mucha atención, sorprendentemente. El objetivo de esta tesis doctoral es doble: por un lado, proponer nuevos algoritmos para la adquisición basados en arrays de antenas, usando como marco la teoría de la detección de señal estadística, y por otro lado, demostrar la viabilidad de su implementación y ejecución en tiempo real, así como su medir su rendimiento en escenarios realistas. La tesis comienza con una breve introducción a los fundamentos de los receptores GNSS, proporcionando algunos detalles sobre la estructura de las señales de navegación y la arquitectura del receptor aplicada a los sistemas GPS y Galileo. Continua con el análisis de la adquisición GNSS como un problema de detección, aplicando la teoría del detector Neyman-Pearson (NP) y el modelo de señal de una única antena. El marco teórico del detector NP se utiliza aquí para derivar tanto el detector óptimo (conocido como detector clarividente) como la denominada Prueba Generalizada de la Razón de Verosimilitud (en inglés, Generalized Likelihood Ratio Test (GLRT)), que forma la base de prácticamente todos los algoritmos de adquisición del estado del arte actual. Yendo más lejos, proponemos un nuevo detector diseñado para adquirir simultáneamente un conjunto de satélites, por lo tanto, obtiene una reducción del tiempo de adquisición y de los recursos computacionales necesarios en el proceso, respecto a las técnicas convencionales. El efecto del ancho de banda del receptor también se ha tenido en cuenta en los análisis. A continuación, el detector GLRT se extiende al modelo de señal de array de antenas para obtener un detector nuevo que es capaz de mitigar interferencias no correladas temporalmente, incluso utilizando arrays no estructurados y moderadamente descalibrados, convirtiéndose así en una de las principales aportaciones de esta tesis. La clave del detector es asumir una matriz de covarianza de ruido arbitraria y desconocida en el modelo de señal, que trata de captar el comportamiento estadístico de las interferencias y otras señales no deseadas, mientras que utiliza la dimensión espacial proporcionada por los arrays de antenas. Se han derivado las expresiones que modelan las probabilidades teóricas de detección y falsa alarma. El rendimiento del detector y su capacidad de rechazo a interferencias se han modelado y comparado con su límite teórico. El algoritmo propuesto también ha sido comparado con técnicas de adquisición convencionales, ejecutadas utilizando la salida de conformadores de haz que utilizan algoritmos de filtrado de interferencias, como el algoritmo de minimización de la potencia. Además, el detector se ha analizado bajo condiciones realistas, representadas con la presencia de errores en la estimación de covarianzas, errores residuales en la estimación del Doppler y el retardo de señal, y los efectos de la cuantificación. Los resultados teóricos se apoyan en simulaciones de Monte Carlo. Como otra contribución principal de esta tesis, la segunda parte del trabajo trata sobre el diseño y la implementación de una nueva plataforma para receptores GNSS en tiempo real basados en array de antenas que utiliza la tecnología de matriz programable de puertas lógicas (en ingles Field Programmable Gate Array (FPGA)). La plataforma está destinada a ser utilizada como una herramienta de investigación estrechamente acoplada con receptores GNSS definidos por software. Se ha diseñado, implementado y verificado la cadena completa de recepción, incluyendo el array de antenas y el front-end multi-canal para las señales GPS L1 y Galileo E1. El documento explica en detalle el procesado de señal que se realiza, como por ejemplo, la implementación del módulo de extracción de estadísticas de la señal. Los compromisos de diseño y las complejidades derivadas han sido cuidadosamente analizadas y tenidas en cuenta. La plataforma ha sido utilizada como prueba de concepto para solucionar el problema presentado de la vulnerabilidad del GNSS a las interferencias. Los algoritmos de adquisición introducidos en esta tesis se han implementado y probado en condiciones realistas. El rendimiento de los algoritmos se comparó con las técnicas de adquisición basadas en una sola antena. Se han realizado pruebas en escenarios que contienen interferencias dentro de la banda GNSS, incluyendo interferencias de banda estrecha y banda ancha y señales de comunicación. La plataforma fue diseñada para demostrar la viabilidad de la implementación de nuevos algoritmos de adquisición basados en array de antenas, dejando el resto de las operaciones del receptor (principalmente, los módulos de tracking, decodificación del mensaje de navegación, los observables de código y fase, y la solución básica de Posición, Velocidad y Tiempo (PVT)) a un receptor basado en el concepto de Radio Definida por Software (SDR), el cual se ejecuta en un ordenador personal. El receptor procesa en tiempo real las muestras de la señal filltradas espacialmente, transmitidas usando el bus de datos Gigabit Ethernet. En la última parte de esta Tesis, cerramos ciclo diseñando e implementando completamente este receptor basado en software. El receptor propuesto está dirigido a las arquitecturas de multi-constalación GNSS y multi-frecuencia, persiguiendo los objetivos de eficiencia, modularidad, interoperabilidad y flexibilidad demandada por los usuarios que requieren características no estándar, tales como la extracción de señales intermedias o de datos y intercambio de algoritmos. En este contexto, se presenta un receptor de código abierto que puede trabajar en tiempo real, llamado GNSS-SDR, que contribuye con varias características nuevas. Entre ellas destacan el uso de patrones de diseño de software y técnicas de memoria compartida para administrar de manera eficiente el uso de datos entre los bloques del receptor, el uso de la aceleración por hardware para las operaciones vectoriales más costosas, como la eliminación de la frecuencia Doppler y la correlación de código, y la disponibilidad para compilar y ejecutar el receptor en múltiples plataformas de software y arquitecturas de hardware. A fecha de la escritura de esta Tesis (abril de 2012), el receptor obtiene un rendimiento basado en la medida de la raíz cuadrada del error cuadrático medio en la distancia bidimensional (en inglés, 2-dimensional Distance Root Mean Square (DRMS) error) menor de 2 metros para un escenario GPS L1 C/A con 8 satélites visibles y una dilución de la precisión horizontal (en inglés, Horizontal Dilution Of Precision (HDOP)) de 1.2

    Cost effective technology applied to domotics and smart home energy management systems

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    Premio extraordinario de Trabajo Fin de Máster curso 2019/2020. Máster en Energías Renovables DistribuidasIn this document is presented the state of art for domotics cost effective technologies available on market nowadays, and how to apply them in Smart Home Energy Management Systems (SHEMS) allowing peaks shaving, renewable management and home appliance controls, always in cost effective context in order to be massively applied. Additionally, beyond of SHEMS context, it will be also analysed how to apply this technology in order to increase homes energy efficiency and monitoring of home appliances. Energy management is one of the milestones for distributed renewable energy spread; since renewable energy sources are not time-schedulable, are required control systems capable of the management for exchanging energy between conventional sources (power grid), renewable sources and energy storage sources. With the proposed approach, there is a first block dedicated to show an overview of Smart Home Energy Management Systems (SMHEMS) classical architecture and functional modules of SHEMS; next step is to analyse principles which has allowed some devices to become a cost-effective technology. Once the technology has been analysed, it will be reviewed some specific resources (hardware and software) available on marked for allowing low cost SHEMS. Knowing the “tools” available; it will be shown how to adapt classical SHEMS to cost effective technology. Such way, this document will show some specific applications of SHEMS. Firstly, in a general point of view, comparing the proposed low-cost technology with one of the main existing commercial proposals; and secondly, developing the solution for a specific real case.En este documento se aborda el estado actual de la domótica de bajo coste disponible en el mercado actualmente y cómo aplicarlo en los sistemas inteligentes de gestión energética en la vivienda (SHEMS) permitiendo el recorte de las puntas de demanda, gestión de energías renovables y control de electrodomésticos, siempre en el contexto del bajo coste, con el objetivo de lograr la máxima difusión de los SHEMS. Adicionalmente, más allá del contexto de la tecnología SHEMS, se analizará cómo aplicar esta tecnología para aumentar la eficiencia energética de los hogares y para la supervisión de los electrodomésticos. La gestión energética es uno de los factores principales para lograr la difusión de las energías renovables distribuidas; debido a que las fuentes de energía renovable no pueden ser planificadas, se requieren sistemas de control capaces de gestionar el intercambio de energía entre las fuentes convencionales (red eléctrica de distribución), energías renovables y dispositivos de almacenamiento energético. Bajo esta perspectiva, este documento presenta un primer bloque en el que se exponen las bases de la arquitectura y módulos funcionales de los sistemas inteligentes de gestión energética en la vivienda (SHEMS); el siguiente paso será analizar los principios que han permitido a ciertos dispositivos convertirse en dispositivos de bajo coste. Una vez analizada la tecnología, nos centraremos en los recursos (hardware y software) existentes que permitirán la realización de un SHEMS a bajo coste. Conocidas las “herramientas” a nuestra disposición, se mostrará como adaptar un esquema SHEMS clásico a la tecnología de bajo coste. Primeramente, comparando de modo genérico la tecnología de bajo coste con una de las principales propuestas comerciales de SHEMS, para seguidamente desarrollar la solución de bajo coste a un caso específico real

    Towards high quality and flexible future internet architectures

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    High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC): Technical Design Report

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    The Large Hadron Collider (LHC) is one of the largest scientific instruments ever built. Since opening up a new energy frontier for exploration in 2010, it has gathered a global user community of about 9000 scientists working in fundamental particle physics and the physics of hadronic matter at extreme temperature and density. To sustain and extend its discovery potential, the LHC will need a major upgrade in the 2020s. This will increase its instantaneous luminosity (rate of collisions) by a factor of five beyond the original design value and the integrated luminosity (total number of collisions) by a factor ten. The LHC is already a highly complex and exquisitely optimised machine so this upgrade must be carefully conceived and will require new infrastructures (underground and on surface) and over a decade to implement. The new configuration, known as High Luminosity LHC (HL-LHC), relies on a number of key innovations that push accelerator technology beyond its present limits. Among these are cutting-edge 11–12 Tesla superconducting magnets, compact superconducting cavities for beam rotation with ultra-precise phase control, new technology and physical processes for beam collimation and 100 metre-long high-power superconducting links with negligible energy dissipation, all of which required several years of dedicated R&D effort on a global international level. The present document describes the technologies and components that will be used to realise the project and is intended to serve as the basis for the detailed engineering design of the HL-LHC

    Demystifying Internet of Things Security

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    Break down the misconceptions of the Internet of Things by examining the different security building blocks available in Intel Architecture (IA) based IoT platforms. This open access book reviews the threat pyramid, secure boot, chain of trust, and the SW stack leading up to defense-in-depth. The IoT presents unique challenges in implementing security and Intel has both CPU and Isolated Security Engine capabilities to simplify it. This book explores the challenges to secure these devices to make them immune to different threats originating from within and outside the network. The requirements and robustness rules to protect the assets vary greatly and there is no single blanket solution approach to implement security. Demystifying Internet of Things Security provides clarity to industry professionals and provides and overview of different security solutions What You'll Learn Secure devices, immunizing them against different threats originating from inside and outside the network Gather an overview of the different security building blocks available in Intel Architecture (IA) based IoT platforms Understand the threat pyramid, secure boot, chain of trust, and the software stack leading up to defense-in-depth Who This Book Is For Strategists, developers, architects, and managers in the embedded and Internet of Things (IoT) space trying to understand and implement the security in the IoT devices/platforms

    Archaeology of Digital Environments: Tools, Methods, and Approaches

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    Digital archaeologists use digital tools for conducting archaeological work, but their potential also lies in applying archaeological thinking and methods to understanding digital built environments (i.e., software) as contemporary examples of human settlement, use, and abandonment. This thesis argues for digital spaces as archaeological artifacts, sites, and landscapes that can be investigated in both traditional and non-traditional ways. At the core of my research is the fundamental argument that human-occupied digital spaces can be studied archaeologically with existing and modified theory, tools, and methods to reveal that human occupation and use of synthetic worlds is similar to how people behave in the natural world. Working digitally adds new avenues of investigation into human behavior in relation to the things people make, modify, and inhabit. In order to investigate this argument, the thesis focuses on three video game case studies, each using different kinds of archaeology specifically chosen to help understand the software environments being researched: 1) epigraphy, stylometry, and text analysis for the code-artifact of Colossal Cave Adventure; 2) photogrammetry, 3D printing, GIS mapping, phenomenology, and landscape archaeology within the designed, digital heritage virtual reality game-site of Skyrim VR; 3) actual survey and excavation of 30 heritage sites for a community of displaced human players in the synthetic landscape of No Man’s Sky. My conclusions include a blended approach to conducting future archaeological fieldwork in digital built environments, one that modifies traditional approaches to archaeological sites and material in a post/transhuman landscape. As humanity continues trending towards constant digital engagement, archaeologists need to be prepared to study how digital places are settled, used, and abandoned. This thesis takes a step in that direction using the vernacular of games as a starting point
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