Sistemas embebidos y en red para el control de sistemas físicos. Estudio de redes inalámbricas de sensores.

En este informe se presenta un estudio sobre los sistemas embebidos y en red para sistemas físicos, a través de la revisión de la literatura disponible, específicamente enfocado en las redes de sensores inalámbricas. Se trata de dispositivos (hardware) que interactúan con el entorno y que se comunican a través de una tecnología de red inalámbrica, y cuyo objetivo es la toma de decisión y realización de una acción inteligente coordinada. Del estudio se concluye que en el campo de las plataformas hardware hay se requiere continuar los esfuerzos hacia la miniaturización. Cuanto más pequeño sea el dispositivo, más posibilidades tendrá de ser integrado en diversos entornos. El éxito de las redes de sensores va a depender en gran medida de esta capacidad. Los desarrollos software analizados intentan ofrecer un entorno que facilite el desarrollo de aplicaciones en las redes de sensores. Se ha revisado el estándar ZigBee/IEEE 802.15.4 y la literatura reciente en este tema, resumiendo las soluciones adoptadas en el estándar y las nuevas propuestas surgidas en los últimos años. Los problemas energéticos todavía no han sido solucionados, hace falta una mayor autonomía energética de los nodos. Además, las redes inalámbricas se consideran aún una opción arriesgada para el control de procesos, debido a la que su fiabilidad no ha sido completamente demostrada

Développement de circuits logiques programmables résistants aux alas logiques en technologie CMOS submicrométrique

The electronics associated to the particle detectors of the Large Hadron Collider (LHC), under construction at CERN, will operate in a very harsh radiation environment. Most of the microelectronics components developed for the first generation of LHC experiments have been designed with very precise experiment-specific goals and are hardly adaptable to other applications. Commercial Off-The-Shelf (COTS) components cannot be used in the vicinity of particle collision due to their poor radiation tolerance. This thesis is a contribution to the effort to cover the need for radiation-tolerant SEU-robust programmable components for application in High Energy Physics (HEP) experiments. Two components are under development: a Programmable Logic Device (PLD) and a Field-Programmable Gate Array (FPGA). The PLD is a fuse-based, 10-input, 8-I/O general architecture device in 0.25 micron CMOS technology. The FPGA under development is instead a 32x32 logic block array, equivalent to ~25k gates, in 0.13 micron CMOS. This work focussed also on the research for an SEU-robust register in both the mentioned technologies. The SEU-robust register is employed as a user data flip-flop in the FPGA and PLD designs and as a configuration cell as well in the FPGA design

Wireless Real-Time Communication in Tunnel-like Environments using Wireless Mesh Networks: The WICKPro Protocol

En los últimos años, las redes inalámbricas se están utilizando cada vez más en entornos industriales debido a sus ventajas respecto a redes cableadas: menor coste de instalación, soporte de movilidad, instalación en lugares donde los cables pueden ser problemáticos y mayor facilidad de reconfiguración. Estas redes inalámbricas normalmente deben proporcionar comunicación en tiempo real para satisfacer los requerimientos de las aplicaciones. Podemos encontrar ejemplos de comunicación en tiempo real con redes inalámbricas para entornos industriales en el campo de la automatización industrial y en el control de procesos, donde redes inalámbricas de radiofrecuencia han sido utilizadas para posibilitar comunicación en tiempo real con un despliegue sencillo. Asimismo, la industria también está interesada en comunicaciones en tiempo real en entornos subterráneos, puesto que existen diversas actividades que se llevan a cabo en escenarios tales como túneles y minas, incluyendo operaciones de minería, vigilancia, intervención y rescate. Las redes inalámbricas malladas (Wireless Mesh Networks, WMNs) representan una solución prometedora para conseguir comunicaci ón en tiempo real en entornos inalámbricos, dado que proporcionan una red troncal inalámbrica formada por encaminadores (routers) que es utilizada por terminales móviles. Sin embargo, las WMNs también presentan algunos retos: la naturaleza multisalto de estas redes causa interferencias entre flujos e interferencias de un flujo consigo mismo, además de que la propagación inalámbrica sufre shadowing y propagación multicamino. El estándar IEEE 802.11 ha sido ampliamente utilizado en redes WMNs debido a su bajo coste y la operación en bandas frecuenciales sin licencia. El problema es que su protocolo de acceso al medio (Medium Access Control, MAC) no es determinista y que sus comunicaciones sufren los problemas del terminal oculto y expuesto. Esta tesis doctoral se centra en el soporte de comunicaciones en tiempo real en entornos tipo túnel utilizando redes WMNs. Con este objetivo, desarrollamos un protocolo MAC y de nivel de red denominado WIreless Chain networK Protocol (WICKPro) que funciona sobre IEEE 802.11. Más concretamente, en este trabajo diseñamos dos versiones de este protocolo para proporcionar soporte de tráfico de tiempo real firme (Firm Real-Time, FRT) y de tiempo real no estricto (Soft Real-Time, SRT): FRT-WICKPro y SRT-WICKPro. Asimismo, proponemos un algoritmo de hand-off conocido como Double-Threshold Hand-off (DoTHa) para el manejo de la movilidad en SRT-WICKPro WICKPro utiliza un esquema de paso de testigo para solventar las interferencias entre flujos y de un flujo consigo mismo, así como los problemas del terminal oculto y expuesto, dado que este esquema no permite que dos nodos transmitan al mismo tiempo. Esta solución es razonable para redes pequeñas donde el re uso espacial es imposible o limitado. Para tratar la naturaleza no determinista de IEEE 802.11, combinamos el esquema de paso de testigo con una planificación cíclica global. Como es habitual en planificación cíclica, el hiperperiodo es dividido en un conjunto de ciclos secundarios. FRT-WICKPro inicia el paso de testigo de forma síncrona para satisfacer estrictamente dichos ciclos secundarios, mientras que SRT-WICKPro implementa un paso de testigo asíncrono y permite sobrepasar los ciclos secundarios, por lo que desacopla los ciclos secundarios reales de los te_oricos. Finalmente, DoTHa lidia con el shadowing y la propagación multicamino. Para abordar el shadowing, DoTHa permite llevar a cabo el proceso de hand-off en la región conectada y en la región de transición de un enlace, mientras que la propagación multicamino es ignorada para el proceso de hand-off porque la potencia recibida es promediada. Nuestras propuestas fueron validadas en experimentos de laboratorio y de campo, así como en simulación. Como un estudio de caso, llevamos a cabo la teleoperación de un robot móvil en dos entornos confinados: los pasillos de un edificio y el túnel del Somport. El túnel del Somport es un antiguo túnel ferroviario fuera de servicio que conecta España y Francia por los Pirineos Centrales. Aunque los robots autónomos son cada vez más importantes, la tecnología no está suficientemente madura para manejar entornos con alto dinamismo como sistemas de fabricación reconfigurables, o para realizar decisiones de vida o muerte, por ejemplo después de un desastre con contaminación radiactiva. Las aplicaciones que pueden beneficiarse de la teleoperación de robots móviles incluyen la monitorización en tiempo real y el uso de maquinaria robotizada, por ejemplo camiones dumper y máquinas tuneladoras, que podrían ser operadas remotamente para evitar poner en peligro vidas humanas.Industrial applications have been shifting towards wireless networks in recent years because they present several advantages compared with their wired counterparts: lower deployment cost, mobility support, installation in places where cables may be problematic, and easier reconfiguration. These industrial wireless networks usually must provide real-time communication to meet application requirements. Examples of wireless real-time communication for industrial applications can be found in factory automation and process control, where Radio Frequency wireless communication technologies have been employed to support flexible real-time communication with simple deployment. Likewise, industry is also interested in real-time communication in underground environments, since there are several activities that are carried out in scenarios such as tunnels and mines, including mining, surveillance, intervention, and rescue operations. Wireless Mesh Networks (WMNs) are promising enablers to achieve wireless real-time communication because they provide a wireless backbone comprised by dedicated routers that is utilized by mobile terminals. However, WMNs also present several challenges: wireless multi-hopping causes inter-flow and intra-flow interferences, and wireless propagation suffers shadowing and multi-path fading. The IEEE 802.11 standard has been widely used in WMNs due to its low cost and the operation in unlicensed frequency bands. The downside is that its Medium Access Control (MAC) protocol is non-deterministic, and that its communications suffer from the hidden and exposed terminal problems. This PhD thesis focuses on real-time communication in tunnel-like environments by using WMNs. Particularly, we develop a MAC and network protocol on top of the IEEE 802.11 standard to provide real-time capabilities, so-called WIreless Chain networK Protocol (WICKPro). Two WICKPro versions are designed to provide Firm Real-Time (FRT) or Soft Real-Time (SRT) traffic support: FRT-WICKPro and SRT-WICKPro. We also propose a hand-off algorithm dubbed Double-Threshold Hand-off (DoTHa) to manage mobility in SRT-WICKPro. WICKPro employs a token-passing scheme to solve the inter-flow and intra-flow interferences as well as the hidden and exposed terminal problems, since this scheme does not allow two nodes to transmit at the same time. This is a reasonable solution for small-scale networks where spatial reuse is impossible or limited. The non-deterministic nature of IEEE 802.11 is faced by combining the token-passing mechanism with a polling approach based on a global cyclic packet schedule. As usual in cyclic scheduling, the hyper-period is divided into minor cycles. FRT-WICKPro triggers the token synchronously and fulfills strictly minor cycles, whereas SRT-WICKPro carries out asynchronous token-passing and lets minor cycles be overrun, thereby decoupling the theoretic and the actual minor cycles. Finally, DoTHa deals with shadowing and multi-path fading. Shadowing is addressed by providing the opportunity of triggering hand-off in the connected and transitional regions of a link, while multi-path fading is neglected for hand-off purposes by smoothing the received signal power. We tested our proposals in laboratory and field experiments, as well as in simulation. As a case study, we carried out the tele-operation of a mobile robot within two confined environments: the corridors of a building and the Somport tunnel. The Somport tunnel is an old out-of-service railway tunnel that connects Spain and France through the Central Pyrenees. Although autonomous robots are becoming more and more important, technology is not mature enough to manage highly dynamic environments such as reconfigurable manufacturing systems, or to make life-and-death decisions, e.g., after a disaster with radioactivity contamination. Applications that can benefit from mobile robot tele-operation include real-time monitoring and the use of robotized machinery, for example, dumper trucks and tunneling machines, which could be remotely operated to avoid endangering human lives

Intelligent Sensor Networks

In the last decade, wireless or wired sensor networks have attracted much attention. However, most designs target general sensor network issues including protocol stack (routing, MAC, etc.) and security issues. This book focuses on the close integration of sensing, networking, and smart signal processing via machine learning. Based on their world-class research, the authors present the fundamentals of intelligent sensor networks. They cover sensing and sampling, distributed signal processing, and intelligent signal learning. In addition, they present cutting-edge research results from leading experts

A Design Framework for Efficient Distributed Analytics on Structured Big Data

Distributed analytics architectures are often comprised of two elements: a compute engine and a storage system. Conventional distributed storage systems usually store data in the form of files or key-value pairs. This abstraction simplifies how the data is accessed and reasoned about by an application developer. However, the separation of compute and storage systems makes it difficult to optimize costly disk and network operations. By design the storage system is isolated from the workload and its performance requirements such as block co-location and replication. Furthermore, optimizing fine-grained data access requests becomes difficult as the storage layer is hidden away behind such abstractions. Using a clean slate approach, this thesis proposes a modular distributed analytics system design which is centered around a unified interface for distributed data objects named the DDO. The interface couples key mechanisms that utilize storage, memory, and compute resources. This coupling makes it ideal to optimize data access requests across all memory hierarchy levels, with respect to the workload and its performance requirements. In addition to the DDO, a complementary DDO controller implementation controls the logical view of DDOs, their replication, and distribution across the cluster. A proof-of-concept implementation shows improvement in mean query time by 3-6x on the TPC-H and TPC-DS benchmarks, and more than an order of magnitude improvement in many cases

Development and implementation of a selective change-driven vision sensor for high speed movement analysis

Un sistema de vision artificial esta compuesto, en su forma más basica, por un sensor VLSI, habitualmente fabricado en tecnología CMOS o CCD, y una etapa de procesado. En la gran mayoría de los sistemas de visión artificial implementados hoy en día la etapa sensora del sistema consiste en un sensor de imágenes tradicional. Este tipo de sensores trabajan bajo unos principios muy simples y conocidos: el nivel de iluminación del entorno es muestreado y transmitido a intervalos de tiempo regulares; y todos los píxeles de la matriz, sin excepción, son transmitidos secuencialmente y en orden. Esto es así aunque no se hayan producido cambios en la escena bajo observación. Esto implica que una gran parte de la información que se genera y transmite puede ser considerada como redundante. En muchos casos esta estrategia es la más adecuada. Algunos ejemplos de ello son los escáneres, los sistemas de captura de imágenes para diagnóstico médico o los sistemas de video para entretenimiento. Todas estas aplicaciones necesitan la mayor cantidad de información posible sobre el entorno, aunque este no cambie o muestre variaciones muy pequeñas en intervalos de tiempo largos. Para otro tipo de aplicaciones, como los sistemas de visión artificial o las redes de sensores inalámbricas, la gran cantidad de información redundante que genera y transmite un sensor tradicional de imágenes puede convertirse en una limitación para la implementación de sistemas en muchos entornos reales. Muchos sistemas de visión biológicos trabajan de manera completamente distinta a los sensores de captura de imágenes tradicionales. Una de sus principales características es que las celdas sensibles (el equivalente de los píxeles en tecnología de silicio) reaccionan de manera independiente y asíncrona a los cambios de iluminación. Tomando como punto de partida los trabajos de C.Mead y M.Mahowald realizados a finales de los años 80, las últimas dos décadas han presenciado avances muy significativos en el diseño de sensores de visión, todos estos fundamentalmente orientados a transmitir y procesar solo la información considerada importante o relevante dentro de la escena bajo análisis. La mayor parte de estos diseños han tomado, en mayor o menor medida, el funcionamiento del sistema biológico de visión como base de sus desarrollos. El objetivo de muchos de los trabajos realizados en este área es imitar de la mejor manera posible, y mediante las más avanzadas tecnologías de silicio, el comportamiento de los sistemas biológicos en sus facetas visual, auditiva y cognitiva. Otros trabajos han seguido otra filosofía, tomando la biología como fuente de inspiración, pero no como un objetivo en sí mismo. La estrategia de visión selectiva guiada por cambios (SCD por sus siglas en inglés) pertenece a este último grupo. Orientada a la detección y análisis de objetos moviéndose a alta velocidad, la estrategia SCD asume que solo un parte de la imagen muestra cambios entre dos frames consecutivos, mientras que la mayor parte de los píxeles permanecen igual. Esta hipótesis cobra especial sentido cuando se capturan frames a alta velocidad. Teniendo en cuenta que muchos de los píxeles de una determinada imagen no han cambiado respecto de sus valores en las imágenes anteriores de la secuencia, los algoritmos de procesado pueden utilizar la información ya almacenada para realizar sus cálculos. Es decir, que esta información redundante podría no transmitirse. Se podría incluso considerar que los píxeles de la matriz que muestran cambios pequeños, tendrán poco impacto en los resultados de los algoritmos. En la estrategia SCD estas hipótesis son trabajadas de forma tal que se consigue reducir sustancialmente la cantidad de información transmitida por el sensor, y por lo tanto la cantidad de información procesada fuera del mismo. En la estrategia SCD ya no se trabaja con imágenes de forma estática, sino que la información es transportada y transmitida en la forma de un flujo de píxeles. Estos píxeles son seleccionados de forma tal que contengan solo la información con cambios temporales relevantes dentro de la escena bajo análisis. Bajo estas nuevas condiciones, sería necesario el rediseño de muchos de los algoritmos de visión tradicionales, ya que estos trabajan en base a una secuencia de imágenes estáticas transmitidas a intrevalos de tiempo regulares. El paradigma de procesado por flujo de datos (data-flow processing) parace ajustarse de manera más adecuada a esta nueva forma de trabajo. En esta tesis, se presenta el primer sensor de visión basado en los principios SCD. Dicho sensor consiste en una matriz de 32x32 píxeles fabricada en tecnología CMOS de 350 nm. La mayor dificultad del diseño microelectrónico presentado en esta tesis es el diseño del bloque que selecciona el pixel de mayor cambio entre todos los de la matriz. Este problema ha sido resuelto mediante un circuito winner-takes-all (WTA). La propuesta de un circuito digital para la selección de un unico ganador en una matriz WTA compuesta por una gran cantidad de celdas es uno de los aportes originales de esta tesis. El sensor fue empotrado en un sistema de visión artifical portátil basado en un microcontrolador de 32 bits trabajando a 80 MHz. Este sistema ha sido utilizado para la implementación de un algoritmo de seguimiento de objetos así como para la caracterización misma del sensor. Con la experimentación presentada en esta tesis se demuestra como una sistema SCD simple y portátil, como el desarrollado aquí, se puede hacer el seguimiento de un objeto en movimiento con la resolución temporal de una cámara de alta velocidad trabajando a 2000 frames por segundo, pero utilizando solo el ancho de banda que utilizaría una cámara estándar de baja velocidad trabajando a 25 frames por segundo. Esto demuestra claramente que la utilización de la estrategia SCD implica una reducción substancial en los requisitos de ancho de banda y potencia de cálculo del sistema.An artificial vision system is basically composed of a sensor, usually in VLSI CMOS or CCD technology, and a processing stage. Nowadays, in the vast majority of real-world implementations, the sensing part of the system is a traditional frame-based imager. These types of image sensors work under some very well known principles: the illumination level of the surrounding environment is sampled and transmitted at regular time intervals, even if no new relevant information is produced in the scene under analysis. A traditional frame-based image sensor is usually not able to evaluate if the information coming from a certain pixel is relevant or irrelevant. Since they do not perform any kind of analysis of the information being captured, the illumination level of all the pixels in the sensing matrix must be transmitted to be analyzed and processed at the processing stage. Many times, a huge amount of redundant non-relevant information is transmitted. The consequences of this are that valuable resources such as bandwidth and processing power are wasted. Furthermore, depending on the particular context and hardware configuration, the processing hardware may not even be able to cope with all the generated data. Many of these problems can be overcome with the design of new sensing and readout strategies focused on the selection of relevant changing information. Over the last decade many relevant improvements have been achieved in this direction. Taking the biological vision system as a general guide and inspiration, an increasing number of very-large scale of integration (VLSI) vision sensors have been, and are being designed where the sparcity, asynchrony and event-driven generation of the information coming from the visual field is taken into account. It is within this framework that Selective Change-Driven Vision (SCD) emerges as an innovative and original proposal. SCD Vision relies on the idea that a pixel showing a large change in intensity is an indicator of fast movements, and object edges around it. An SCD sensor is frame-based in the sense that successive frames are captured at a very high rate, but pixel readout is performed in an entirely different manner. The pixels are read out in order of relevance. The larger the change in illumination, the more relevant the pixel is considered to be. Not all the pixels in the sensing matrix need to be transmitted. As the pixels showing relevant changing information are transmitted first, a small subset of pixels might be read out, these being the ones conveying the most important information of the scene under analysis. In this thesis, the first VLSI CMOS vision sensor following SCD principles is presented. A 32x32 pixel matrix was implemented and fabricated in 0.35 μm 4-metal 2-poly silicon technology. The most challenging part of this microelectronic design was the decision block, where the pixels undergoing the largest changes in the sensing matrix are selected. This problem was solved by means of a winner-takes-all (WTA) circuit. A large WTA network together with a proposal for single winner selection was designed, implemented and its behaviour characterized. The designed sensor was embedded into a small, but powerful artificial vision system based on a 32-bit microcontroller. This system was used to implement tracking algorithms as well as to characterize the main basic features of the sensor. The experimentation carried out in this thesis shows how a simple SCD system based on our SCD sensor is able to track fast moving objects with just the bandwidth requirements of a low speed 25 fps standard camera, but with the time resolution and performance of a high-speed camera working at 2000 fps. This clearly demonstrates that bandwidth and processing requirements are substantially reduced when SCD hardware is used

A Dynamical System Approach to modeling Mental Exploration

The hippocampal-entorhinal complex plays an essential role within the brain in spatial navigation, mapping a spatial path onto a sequence of cells that reaction potentials. During rest or sleep, these sequences are replayed in either reverse or forward temporal order; in some cases, novel sequences occur that may represent paths not yet taken, but connecting contiguous spatial locations. These sequences potentially play a role in the planning of future paths. In particular, mental exploration is needed to discover short-cuts or plan alternative routes. Hopeld proposed a two-dimensional planar attractor network as a substrate for the mental exploration. He extended the concept of a line attractor used for the ocular-motor apparatus, to a planar attractor that can memorize any spatial path and then recall this path in memory. Such a planar attractor contains an infinite number of fixed points for the dynamics, each fixed point corresponding to a spatial location. For symmetric connections in the network, the dynamics generally admits a Lyapunov energy function L. Movement through different fixed points is possible because of the continuous attractor structure. In this model, a key role is played by the evolution of a localized activation of the network, a "bump", that moves across this neural sheet that topographically represents space. For this to occur, the history of paths already taken is imprinted on the synaptic couplings between the neurons. Yet attractor dynamics would seem to preclude the bump from moving; hence, a mechanism that destabilizes the bump is required. The mechanism to destabilize such an activity bump and move it to other locations of the network involves an adaptation current that provides a form of delayed inhibition. Both a spin-glass and a graded-response approach are applied to investigating the dynamics of mental exploration mathematically. Simplifying the neural network proposed by Hopfield to a spin glass, I study the problem of recalling temporal sequences and explore an alternative proposal, that relies on storing the correlation of network activity across time, adding a sequence transition term to the classical instantaneous correlation term during the learning of the synaptic "adaptation current" is interpreted as a local field that can destabilize the equilibrium causing the bump to move. We can also combine the adaptation and transition term to show how the dynamics of exploration is affected. To obtain goal-directed searching, I introduce a weak external field associated with a rewarded location. We show how the bump trajectory then follows a suitable path to get to the target. For networks of graded-response neurons with weak external stimulation, amplitude equations known from pattern formation studies in bio-chemico- physical systems are developed. This allows me to predict the modes of network activity that can be selected by an external stimulus and how these modes evolve. Using perturbation theory and coarse graining, the dynamical equations for the evolution of the system are reduced from many sets of nonlinear integro-dierential equations for each neuron to a single macroscopic equation. This equation, in particular close to the transition to pattern formation, takes the form of the Landau Ginzburg equation. The parameters for the connections between the neurons are shown to be related to the parameters of the Landau-Ginzburg equation that governs the bump of activity. The role of adaptation within this approximation is studied, which leads to the discovery that the macroscopic dynamical equation for the system has the same structure of the coupled equations used to describe the propagation of the electrical activity within one single neuron as given by the Fitzhugh-Nagumo equations

Cross-layer optimizations in multi-hop ad hoc networks

Unlike traditional wireless networks, characterized by the presence of last-mile, static and reliable infrastructures, Mobile ad Hoc Networks (MANETs) are dynamically formed by collections of mobile and static terminals that exchange data by enabling each other's communication. Supporting multi-hop communication in a MANET is a challenging research area because it requires cooperation between different protocol layers (MAC, routing, transport). In particular, MAC and routing protocols could be considered mutually cooperative protocol layers. When a route is established, the exposed and hidden terminal problems at MAC layer may decrease the end-to-end performance proportionally with the length of each route. Conversely, the contention at MAC layer may cause a routing protocol to respond by initiating new routes queries and routing table updates. Multi-hop communication may also benefit the presence of pseudo-centralized virtual infrastructures obtained by grouping nodes into clusters. Clustering structures may facilitate the spatial reuse of resources by increasing the system capacity: at the same time, the clustering hierarchy may be used to coordinate transmissions events inside the network and to support intra-cluster routing schemes. Again, MAC and clustering protocols could be considered mutually cooperative protocol layers: the clustering scheme could support MAC layer coordination among nodes, by shifting the distributed MAC paradigm towards a pseudo-centralized MAC paradigm. On the other hand, the system benefits of the clustering scheme could be emphasized by the pseudo-centralized MAC layer with the support for differentiated access priorities and controlled contention. In this thesis, we propose cross-layer solutions involving joint design of MAC, clustering and routing protocols in MANETs. As main contribution, we study and analyze the integration of MAC and clustering schemes to support multi-hop communication in large-scale ad hoc networks. A novel clustering protocol, named Availability Clustering (AC), is defined under general nodes' heterogeneity assumptions in terms of connectivity, available energy and relative mobility. On this basis, we design and analyze a distributed and adaptive MAC protocol, named Differentiated Distributed Coordination Function (DDCF), whose focus is to implement adaptive access differentiation based on the node roles, which have been assigned by the upper-layer's clustering scheme. We extensively simulate the proposed clustering scheme by showing its effectiveness in dominating the network dynamics, under some stressing mobility models and different mobility rates. Based on these results, we propose a possible application of the cross-layer MAC+Clustering scheme to support the fast propagation of alert messages in a vehicular environment. At the same time, we investigate the integration of MAC and routing protocols in large scale multi-hop ad-hoc networks. A novel multipath routing scheme is proposed, by extending the AOMDV protocol with a novel load-balancing approach to concurrently distribute the traffic among the multiple paths. We also study the composition effect of a IEEE 802.11-based enhanced MAC forwarding mechanism called Fast Forward (FF), used to reduce the effects of self-contention among frames at the MAC layer. The protocol framework is modelled and extensively simulated for a large set of metrics and scenarios. For both the schemes, the simulation results reveal the benefits of the cross-layer MAC+routing and MAC+clustering approaches over single-layer solutions

A Complex Event Processing System for Monitoring of Manufacturing Systems

Future manufacturing systems will require to process large amounts of complex data due to a rising demand on visibility and vertical integration of factory floor devices with higher level systems. Systems contained in higher layers of the business model are rapidly moving towards a Service Oriented Architecture, inducing a tendency to push Web Technologies down to the factory floor level. Evidence of this trend is the addition of Web Services at the device level with Device Profile for Web Services and the transition of OPC based on COM/DCOM communication to OPC-UA based on Web Services. DPWS and OPC-UA are becoming nowadays the preferred options to provide on a device level, service-oriented solutions capable to extend with an Event Driven Architecture into manufacturing systems. This thesis provides an implementation of a factory shop floor monitor based on Complex Event Processing for event-driven manufacturing processes. Factory shop monitors are particularly used to inform the workshop personnel via alarms, notifications and, visual aids about the performance and status of a manufacturing process. This work abstracts the informative value of the event-cloud surrounding the factory shop floor by processing its content against rules and formulas to convert it to valuable pieces of information that can be exposed to business monitors and dashboards. As a result, a system with a generic framework for integrating heterogeneous sources was reached, transforming simple data into alarms and complex events containing a specific context within the manufacturing process

Construcción de las capacidades semánticas para un sistema de almacenamiento distribuido

En los últimos años la información en la Web se ha incrementado considerablemente, haciendo difícil su uso y administración, este problema también está presente en una organización, pero a una escala menor. De hecho, la representación, la búsqueda y el intercambio de información se han vuelto operaciones cruciales tanto para los individuos como para las organizaciones (grupos de investigación o empresas). En esta tesis proponemos una metodología general para incorporar las capacidades semánticas de representación, almacenamiento y recuperación a una memoria corporativa almacenada sobre una red par a par (P2P), con el fin de gestionar los recursos documentales de un grupo de inves-tigación, aprovechando su contenido semántico. Por capacidades semánticas, se debe entender la utilización de elementos clave de la Web semántica como son: ontologías, anotaciones y lenguajes de representación. Nuestro trabajo se ha divido en dos etapas. La primera etapa, comprende la propuesta de una metodología para adquirir y representar el conocimiento de un grupo de investigación. Para esto, hemos construido una ontología de dominio llamada Ontología del Área de Redes y Telecomunica-ciones (ODARyT) y una interfaz de usuario que permite la edición de ontologías de dominio y de anotaciones, así como la consulta de las anotaciones realizadas. En la segunda etapa hemos propuesto un mecanismo semántico de almacenamiento y recu-peración para los recursos del grupo de investigación. Esta propuesta incluye un algoritmo para la localización semántica de los recursos documentales del grupo de investigación, sobre una red de almacenamiento par a par (P2P), así como también el modelo de recuperación de un recurso documental. El algoritmo propuesto para la localización resuelve el problema de gráficas empotradas que es un problema NP-Completo, usando la metaheurística Colonia de hormigas