Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

Multiple radios-energy consumption tradeoff in cognitive radio networks rendezvous protocols

RESUMEN La radio cognitiva representa una solución prometedora y atractiva ante el problema de ineficiencia espectral existente. El Rendezvous es un proceso esencial en Redes Radio Cognitivas mediante el cual, dos o más usuarios coinciden en un mismo canal y establecen un enlace de comunicación. Con el objetivo de minimizar el tiempo de Rendezvous en las redes radio cognitivas se ha desarrollado la idea de utilizar múltiples radios en los algoritmos de Rendezvous, pero es importante verificar que no se afecte injustificablemente el costo energético asociado al funcionamiento simultáneo de dichos dispositivos. Este trabajo se centra en analizar la relación de compromiso que toma lugar entre el consumo energético y el tiempo de Rendezvous cuando son empleados múltiples radios. Se seleccionaron los algoritmos RPS y G-FDCH-CS para efectuar simulaciones y compararlos atendiendo a su rendimiento debido a que son algoritmos que fueron diseñados para emplear múltiples radios. En los escenarios simulados, con el aumento del número de radios, el costo energético por ranura de tiempo aumenta en ambos algoritmos; y luego de cierto punto, este incremento del número de radios no representa una mejora considerable en términos de TTR sin embargo sí trae asociado un costo energético apreciable. La tendencia al incremento del costo energético no se manifiesta de igual manera en ambos algoritmos debido a las estrategias que utilizan para dividir y asignar roles a los radios. Mientras que en el RPS aumenta linealmente, en el G-FDCH-CS aumenta de manera escalonada mostrando un mejor desempeño, lo cual puede ser aplicado en el diseño e implementación futura de redes radio cognitivas.

ABSTRACT Cognitive Radio is promising and attractive solution to the problem of existing spectral inefficiency. Rendezvous is an essential process in Cognitive Radio Networks through which two or more users coincide in the same channel and establish a communication link. In order to minimize the time to rendezvous in cognitive networks, the idea of using multiple radios in rendezvous algorithms has been developed, but it is important to verify that the energy cost associated with the simultaneous operation of these devices is not unjustifiably affected. This work focuses on analyze the tradeoff between energetic consumption and time to Rendezvous when multiple radios are employed. The RPS and G-FDCH-CS algorithms were selected for run simulations and compare them based on their performance. In the simulated scenarios, with the increase in the number of radios, the energetic cost per time slot increase in both algorithms; and after a period, this increase of radios isn’t an material improve in TTR terms and it means an appreciable energetic cost. The increasing behavior in energetic cost isn’t equal in both algorithms due to the different strategies used to divide and assign the radios’ roles. Meanwhile RPS increases lineally, G-FDCH-CS increases in a stair way showing a better performance.

A 14-points array as a more realistic spatial averaging on the RF fields over the human body

ABSTRACT Seven different arrays of points for spatial averaging of the RF field strengths in the frequency range from 100 MHz to 3 GHz were investigated through numerical simulations in a 2D planar environment under several multipath propagation conditions in connection with their goodness to express correctly the spatially averaged value over the planar area equivalent to that occupied by a standing adult human and a standing 6 year-old child. Of the two investigated new arrays of points the 14-points one was proposed since it yielded the spatially averaged values nearer than those obtained over the reference areas. In addition, it was demonstrated that this array of points can lead to better results compared to those recommended in the exposure guidelines and standards, as well as to others proposed in the literature.

RESUMEN Mediante simulaciones numéricas en un entorno 2D plano bajo varias condiciones de propagación multitrayecto se investigaron siete arreglos de puntos diferentes para el promediado espacial de las intensidades del campo de RF en el rango de frecuencias desde 100 MHz hasta 3 GHz en relación con su bondad para expresar correctamente el valor promediado espacialmente sobre el área plana equivalente a la ocupada por un adulto humano y un niño de seis años de edad, ambos parados. De los dos nuevos arreglos de puntos investigados se propuso el de 14 puntos ya que este produjo los valores promediados espacialmente más cercanos a los obtenidos sobre las áreas de referencia. Se demostró también que este arreglo de puntos puede conducir a mejores resultados en comparación con los arreglos de puntos recomendados en las directrices y normas de exposición, así como con otros propuestos en la literatura.

Implementation of control algorithms in Unit # 1 of the Hanabanilla Hydro Power Plant for frequency regulation of the National Electro-energetic System

RESUMEN El presente trabajo tiene como objetivo mostrar los resultados obtenidos en el diseño e implementación de un proyecto de rehabilitación en la Unidad # 1 de generación de la central hidroeléctrica Hanabanilla ubicada en el macizo montañoso del Escambray villaclareño, para mejorar la regulación automática de la frecuencia del Sistema Eléctrico Nacional. Para ello se emplean algoritmos de control implementados sobre el PLC que comanda el regulador de velocidad o gobernador modelo HAUCK Hydraulik - Technik. Estos algoritmos resultan novedosos ya que se adecuan a los requisitos de regulación de frecuencia diseñados por el Despacho Nacional de Carga (DNC) para esta central, única de su tipo en el país. En la realización del proyecto se toman en cuenta requisitos técnicos, económicos y de eficiencia en aras de lograr un uso adecuado y sostenible del agua, recurso de gran valor para el hombre y el medio ambiente.

ABSTRACT The present work aims to show the results obtained in the design and implementation of a rehabilitation project in the generation Unit # 1 of the Hanabanilla hydroelectric power station located in the mountain massif of Escambray of Villa Clara province, in order to improve the automatic regulation of the frequency of the National Electrical System. For this purpose, control algorithms implemented on the PLC that commands the speed governor or governor model HAUCK Hydraulik - Technik are used. These algorithms are novel because they adapt to the requirements of frequency regulation designed by the National Dispatch Office (NDO) for this plant, the only one of its kind in the country. In carrying out the project, technical, economic and efficiency requirements are taken into account in order to achieve an adequate and sustainable use of water, a resource of great value for mankind and the environment.

Rendezvous strategies in multiuser Cognitive Radio networks

RESUMEN Las estrategias de rendezvous ciego para el acceso dinámico al espectro en redes ad-hoc han atraído recientemente la atención de muchos investigadores. Los trabajos se han centrado principalmente en el diseño de estrategias de rendezvous entre dos dispositivos de red que intentan activamente establecer comunicación (rendezvous por pares). Este artículo amplía el análisis de los mecanismos de rendezvous por pares a redes multiusuario y propone una estrategia para implementar el proceso de encuentro entre múltiples usuarios. El valor máximo y el valor esperado del tiempo de rendezvous en escenarios multiusuario son derivados computacionalmente para distintas topologías de red empleando diferentes estrategias de sincronización. Los resultados muestran que las expresiones numéricas proveen una buena estimación de los tiempos de rendezvous. Además, la estrategia de sincronización propuesta garantiza que el tiempo de rendezvous en una red multiusuario no sobrepase el tiempo máximo de rendezvous de un proceso de rendezvous por pares independiente del número de usuarios y la topología de red.

ABSTRACT Blind rendezvous strategies for dynamic spectrum access in ad-hoc networks have recently focused by many researches on reports. The works have focused mainly on the design of rendezvous strategies between two network devices that actively try to establish communication (rendezvous by pairs). In this paper, the analysis of pair-wise strategies to multiuser networks is extended and a strategy is proposed to implement the rendezvous process between multiple users. The maximum value and expected value of time to rendezvous in multiusers scenario are computationally derived for different network topologies by using different synchronization strategies. The results show that the numerical expressions provide good estimates of the time to rendezvous. Moreover, the proposed synchronization strategy ensures the time to rendezvous in a multi-user network does not exceed the maximum time to rendezvous of a rendezvous by pairs process, regardless of the total number of users and the network topology.

Evaluation of data balancing techniques. Application to CAD of lung nodules using the LUNA16 framework

ABSTRACT Due to the high incidence of lung cancer, computer-aided detection (CAD) systems may play an increasingly important role in screening. Classification in CAD systems has to deal with highly imbalanced datasets composed by actual nodules and non-nodule structures. The application of data balancing techniques helps the training process of the classifiers, making the generation of the classification rules more effective. The purpose of this paper is to compare the performance of different data balancing techniques applied to the classification of lung nodules. According to the reviewed literature, this is the first time that different data balancing methods are evaluated on the problem of lung nodule detection using a large data set and at low false positive rates. A web-based framework was used to evaluate the different methods applied to a classical CAD system (ETROCAD) presented in the LUNA16 Challenge by calculating a score of average sensitivity at different values of false positives per scan. In our experiments, data balancing using SMOTE and SMOTE-TL led to the best results, with a score of 0.760 and 0.759 respectively, in comparison to 0.748 when not balancing the data. Although the impact on the overall score may seem marginal, adequate data balancing resulted in the correct classification of 36 additional candidate nodules at 4 FP/scan. At the time of writing this paper, the SMOTE-based ETROCAD system had the best score among all the classical systems using handcrafted features in LUNA16 web site.

RESUMEN Debido a la alta incidencia del cáncer de pulmón a nivel mundial, los sistemas de diagnóstico asistidos por computadora (CAD por sus siglas en inglés) desempeñan un papel importante en los estudios de pesquisaje de la enfermedad. El proceso de clasificación en los sistemas CAD se ve deteriorado debido al bajo porciento de estructuras detectadas que se corresponden a nódulos verdaderos. El principal propósito de este trabajo es compararla influencia de las técnicas de balanceo de datos en la clasificación de nódulos pulmonares. De acuerdo con la literatura revisada, en este trabajo se presenta por primera vez la comparación entre balanceo de datos aplicado a la detección de nódulos pulmonares empleando un conjunto de imágenes grande para razones de falsos positivos bajas. Los métodos se aplicaron a un sistema CAD presentado en LUNA16 Challenge (ETROCAD). Los mejores resultados obtenidos se corresponden a los métodos SMOTE y SMOTE-TL con una sensibilidad promedio de 0.760 y 0.759 respectivamente, en contraste a 0.748 obtenido sin realizar ningún balanceo de datos. Aunque el impacto en el índice empleado en LUNA16 no es alto, un balanceo de datos adecuado permitió la detección correcta de 36 candidatos adicionales a una raso de 4 falsos positivos por imagen. En el momento de escritura de este trabajo, el desempeño del ETROCAD con balanceo de datos basado en SMOTE exhibe la mayor puntuación de entre los sistemas CAD clásicos.

High precision system for analog data acquisition using a Single Board Computer

RESUMEN La utilización de las computadoras de placa única en el campo de la adquisición continua de datos analógicos conduce a la reducción de tiempos de fabricación, fácil implementación y a sistemas más compactos y portables. Como desventajas tienen las pérdidas de datos y errores temporales entre muestras. Sistemas Operativos de Tiempo Real y componentes externos al sistema pueden reducir estos errores, pero tienden a complejizar el proyecto y aumentar su costo. Este trabajo se propone la implementación de un sistema de alta precisión para la adquisición continua de valores analógicos utilizando el BeagleBone Black. La gestión de la frecuencia de muestreo del convertidor analógico digital interno se realiza a través del Subsistema Programable de Tiempo Real, también al interior del BeagleBone Black, garantizando la reducción de componentes externos y una alta precisión temporal. En las pruebas prácticas realizadas se obtuvo un error de 38 ppm de muestras al usar el Subsistema Programable de Tiempo Real mejorando las pérdidas de datos que se producen al gestionar la frecuencia de muestreo desde un temporizador o desde software.

ABSTRACT The use of single-board computers in the field of continuous analog data acquisition leads to the reduction of manufacturing times, easy implementation and more compact and portable systems. Disadvantages include data loss and temporary errors between samples. Real-time Operating Systems and components external to the system can reduce these errors, but tend to make the project more complex and increase its cost. This work proposes the implementation of a high precision system for continuous analog data acquisition using the BeagleBone Black. The Programmable Real-Time Subsystem, also inside the BeagleBone Black, guarantees the reduction of external components and a high temporal precision, by imposing the sampling frequency of the internal digital to analog converter. In the practical tests carried out, an error of 38 ppm of samples was obtained when using the Programmable Real-Time Subsystem, improving the data losses that occur when managing the sampling frequency from a timer or from software.

Empleo de modelos de información en arquitectura modificada para gestión de redes y servicios basada en políticas

RESUMEN Las infraestructuras de redes y servicios se han convertido en un activo estratégico para las organizaciones. En la medida que estas han crecido en tamaño, complejidad y heterogeneidad, también ha crecido la necesidad gestionarlas de manera integrada para que sus características se puedan representar de manera estructurada y estandarizada. Existen varios modelos de gestión que se han estandarizado, cada uno con su propio protocolo de comunicaciones y definición de información de gestión, utilizándose en ámbitos diferentes, de ahí que persiste el dilema de la integración de los modelos de gestión con vistas a tener un control holístico de la red y sus servicios; una vía para lograrlo es la integración de los modelos de información. Esta integración, unida a la automatización de la ejecución de políticas de las tecnologías de la información sobre las infraestructuras de redes y servicios, permitirá un comportamiento autonómico en estas. Múltiples propuestas han surgido para lograr la integración de modelos de información pertenecientes a modelos de gestión estandarizados, sin embargo, las mismas no garantiza que se puedan ejecutar las políticas de la organización en las infraestructuras. En el presente trabajo, a partir del análisis de un conjunto de modelos de información para la gestión integrada de redes, se seleccionaron dos para emplearlos en la arquitectura de gestión basada en políticas del IETF, además se introducen modificaciones a la misma para contribuir a la solución de conflictos entre políticas. En la parte final, se ejemplifica la propuesta realizada en contextos actuales de gestión SDN, SDN/NFV.

ABSTRACT Network and service infrastructures have become a strategic asset for organizations. As these have grown in size, complexity and heterogeneity, the need to manage it in an integrated manner has also grown so that its characteristics can be represented in a structured and standardized manner. There are several management models that have been standardized, each with its own communications protocol and definition of management information, used in different areas, hence the dilemma of the integration of management models in order to control holistic network and its services, one way to achieve this is the integration of information models. This integration, with the automation of the implementation of information technology policies on network and service infrastructures, will allow autonomous behavior in these. Multiple proposals have emerged to achieve the integration of information models belonging to standardized management models, however, they do not guarantee that the organization's policies can be executed in infrastructures. In the present work, the IETF's policy-based management architecture is detailed using two information models, which have been selected for their capacity to integrate and implement IT policies in the network and service infrastructures. In the final part, the proposal is exemplified in current management contexts SDN, SDN / NFV.

Space Time Adaptive Processing for Radio Frequency Identification Smart Antenna Systems

ABSTRACT Smart antenna has been recognized as a promising technology to improve wireless communications. Interference suppression, power consumption reduction and high data rates support are some of its advantages. Radio frequency identification (RFID) demands power efficiency, better reading ranges, tracking tag signals and interference mitigation. In this paper, a smart antenna processing for RFID systems is implemented. Space Time adaptive processing (STAP) with digital down converters, IQ beamformer and complex least mean square (LMS) algorithm has been designed and validated on Xilinx z7020 field programmable gate array (FPGA) platform. The system exhibits good performance in term of bit error rate (BER) when signal to noise plus interference ratio (SNIR) is over 1 dB with signal to noise ratio (SNR) of 7 dB environments.