Universitat Politècnica de Catalunya
UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPCNot a member yet
290727 research outputs found
Sort by
Mapping of real-time computation to parallel platforms
No full text(English) Time-critical systems are a special type of application that must complete computing tasks within specific time constraints to guarantee the required level of service. As these systems have become more complex in recent years, they have increased performance requirements, which necessitates the need to use more powerful hardware platforms, providing higher performance. The performance of these systems can be improved by utilizing multi-core processors and parallel programming models (e.g., OpenMP). However, the predictability and schedulability of these parallel applications easily become intricate due to the potentially complex structure of execution graphs and the several resources available in modern architectures. Therefore, mapping tasks to computing resources needs to be performed efficiently in these applications to improve the work-conserving of the mapping process and the load-balancing of the job queues. This process can lead to reduced application response time (and WCRT), as well as its variability.
To address the problems mentioned above, this thesis tackles the challenge of maintaining system predictability and schedulability while maximizing performance in real-time parallel computing systems. Accordingly, it (i) proposes task-to-thread mapping methods based on heuristics that exploit knowledge about the behavior of predictable parallel applications, considering both the offline design of the system as well as the online execution phase, to reduce the variability of response times and the WCRT, as well as to improve the average response time in OpenMP applications, (ii) uses efficient methods for measuring parallel tasks in terms of schedulability and predictability as well as discovering the longest execution path through the parallel execution (i.e., WCRT), (iii) evaluates the impact of the configurations of mapping algorithms (e.g., static and dynamic mapping) and hardware platforms on the task execution time and application response time, and (iv) proposes and evaluates the performance of task-to-accelerator mapping using different heuristics to reduce the response time by executing high-workload tasks in the accelerator.
Evaluation results, based on simulations and experiments using random graphs and real-world applications, demonstrate that the new approaches, in most cases, minimize response time (and WCRT) and reduce the variability of response times compared to existing mapping approaches. In addition, a prototype implementation of the main heuristics is evaluated using real-world applications, showing that the WCRT and response time variability obtained using the new methods are lower than those obtained using LLVM's default scheduler in most configurations. These achievements show that the proposed methods can improve the predictability and schedulability of real-time parallel applications.(Català) Els sistemes crítics de temps real són un tipus especial d’aplicacions que han de completar les tasques computacionals dins de límits de temps específics per tal de garantir el nivell de servei requerit. En els darrers anys aquests sistemes s’han anat tornant més complexos, incloent-hi requisits de rendiment cada cop més elevats. Això implica la necessitat d’utilitzar plataformes de maquinari més potents, que ofereixin un rendiment superior. El rendiment d’aquests sistemes es pot millorar usant processadors multinucli i models de programació paral·lela (per exemple, OpenMP). No obstant això, la predictibilitat i la programabilitat d’aquestes aplicacions paral·leles es compliquen degut a la potencial complexitat de l’estructura del graf d’execució i dels diversos recursos disponibles en les arquitectures modernes. Per tant, l’assignació de tasques als recursos de computació ha de realitzar-se de manera eficient per a millorar la conservació del treball en el procés d’assignació i l’equilibri de càrrega de les cues de treball. Aquest procés pot conduir a reduir el temps de resposta de l’aplicació (i el WCRT), així com la seva variabilitat.
Per tal d’abordar els problemes esmentats anteriorment, aquesta tesi afronta el repte de mantenir la predictibilitat i la programabilitat del sistema tot maximitzant el rendiment en sistemes de computació paral·lela en temps real. En conseqüència, (i) proposa mètodes de mapatge de tasques a fils basats en tècniques heurístiques que exploten coneixements sobre el comportament d'aplicacions paral·leles predictibles, considerant tant el disseny del sistema com la fase d’execució, per a reduir la variabilitat dels temps de resposta i el WCRT, així com per millorar el temps de resposta mitjà en aplicacions OpenMP; (ii) utilitza mètodes eficients per mesurar les tasques paral·leles en termes de programabilitat i predictibilitat, així com per descobrir el camí d’execució més llarg durant l’execució paral·lela (és a dir, el WCRT); (iii) avalua l’impacte de les configuracions dels algorismes de mapatge (per exemple, mapatge estàtic i dinàmic) i de les plataformes de maquinari sobre el temps d’execució de les tasques i el temps de resposta de l’aplicació; i (iv) proposa i avalua el rendiment del mapatge de tasques a acceleradors mitjançant diferents heurístiques per reduir el temps de resposta executant tasques d’alta càrrega de treball a l’accelerador.
Els resultats de l’avaluació mitjançant simulacions i experiments basats en grafs aleatoris i aplicacions reals mostren que els nous enfocaments, en la majoria dels casos, minimitzen el temps de resposta (i el WCRT) i redueixen la variabilitat dels temps de resposta en comparació amb els mètodes de mapatge existents. A més, s’avaluà una implementació prototip de les principals heurístiques utilitzant aplicacions reals, mostrant que el WCRT i la variabilitat del temps de resposta obtinguts amb els nous mètodes són inferiors als obtinguts amb el planificador per defecte de LLVM en la majoria de les configuracions. Aquests èxits demostren que els mètodes proposats poden millorar la predictibilitat i la programabilitat d’aplicacions paral·leles en temps real.(Español) Los sistemas críticos de tiempo real son un tipo especial de aplicaciones que deben completar las tareas computacionales dentro de unas limitaciones de tiempo específicas, para garantizar el nivel de servicio requerido. En los últimos años estos sistemas se han ido haciendo más complejos, incluyendo requisitos de rendimiento cada vez mayores. Esto implica la necesidad de utilizar plataformas de hardware más potentes, que proporcionen un mayor rendimiento. El rendimiento de estos sistemas puede mejorarse en procesadores multinúcleo utilizando modelos de programación paralela (por ejemplo, OpenMP). Sin embargo, la previsibilidad y la programabilidad de estas aplicaciones paralelas se complican fácilmente debido a la estructura potencialmente compleja de los grafos de ejecución y a los diversos recursos disponibles en las arquitecturas modernas. Por lo tanto, la asignación de tareas a recursos informáticos debe realizarse de forma eficiente en estas aplicaciones para mejorar la conservación del trabajo del proceso de asignación y el equilibrio de carga de las colas de trabajo. Este proceso puede llevar a reducir el tiempo de respuesta de la aplicación (y el WCRT), así como su variabilidad.
Con el fin de abordar los problemas mencionados anteriormente, esta tesis aborda el reto de mantener la predictibilidad y la programabilidad del sistema al tiempo que se maximiza el rendimiento en sistemas de computación paralela en tiempo real. En consecuencia, (i) propone métodos de mapeo tarea-hilo basados en técnicas heurísticas y basadas en el conocimiento en aplicaciones paralelas predecibles, considerando tanto el diseño offline del sistema como la fase de ejecución online, para la evaluación del rendimiento de varios algoritmos heurísticos para reducir la variabilidad de los tiempos de respuesta y el WCRT, así como para mejorar el tiempo medio de respuesta en aplicaciones OpenMP, (ii) utiliza métodos eficientes para medir las tareas paralelas en términos de programabilidad y predictibilidad, así como para descubrir la ruta de ejecución más larga a través de la ejecución paralela (es decir, WCRT), (iii) evalúa el impacto de las configuraciones de los algoritmos de mapeo (por ejemplo, mapeo estático y dinámico) y las plataformas de hardware en el tiempo de ejecución de la tarea y el tiempo de respuesta de la aplicación, y (iv) propone y evalúa el rendimiento del mapeo tarea-acelerador utilizando diferentes heurísticas para reducir el tiempo de respuesta mediante la ejecución de tareas de alta carga de trabajo en el acelerador.
Los resultados de la evaluación mediante simulaciones y experimentos basados en gráficos aleatorios y aplicaciones reales muestran que los nuevos enfoques, en la mayoría de los casos, minimizan el tiempo de respuesta (y WCRT), así como reducen la variabilidad de los tiempos de respuesta, en comparación con los enfoques de mapeo existentes. Además, se evalúa una implementación prototipo de las heurísticas principales utilizando aplicaciones del mundo real, mostrando que el WCRT y la variabilidad del tiempo de respuesta obtenidos utilizando los nuevos métodos son inferiores a los obtenidos utilizando el planificador por defecto de LLVM en la mayoría de las configuraciones. Estos logros demuestran que los métodos propuestos pueden mejorar la predictibilidad y la programabilidad de las aplicaciones paralelas en tiempo real.Postprint (published version
Diseño e implementación de un entorno de pruebas para la evaluación de la seguridad del protocolo CoAP en dispositivos IoT médicos
No full textAquest Treball de Final de Grau aborda el disseny i la implementació d'un entorn de simulació reproduïble per a l'anàlisi de la seguretat del protocol CoAP en sistemes d'Internet de les Coses Mèdiques (IoMT). Davant l'increment dels ciberatacs dirigits a infraestructures sanitàries, el projecte respon a la necessitat de disposar d'entorns de prova controlats que permetin estudiar el comportament de dispositius mèdics connectats davant de diferents escenaris d'amenaça. La solució proposada implementa dispositius IoMT simulats, un servidor CoAP central i un client atacant específic. Així mateix, es presenta la integració del client atacant a la plataforma de pentesting automatitzat Huntdown, la qual cosa permet definir i executar proves de seguretat de manera sistemàtica i automatitzada. L'entorn resultant constitueix una base modular i extensible orientada a la recerca i la formació en ciberseguretat de sistemes mèdics connectats.This Bachelor's Thesis addresses the design and implementation of a reproducible simulation environment for analysing the security of the CoAP protocol in Internet of Medical Things (IoMT) systems. Given the rise in cyberattacks targeting healthcare infrastructures, the project responds to the need for controlled testbeds that enable the study of the behaviour of connected medical devices under different threat scenarios. The proposed solution implements simulated IoMT devices, a central CoAP server, and a dedicated attacking client. In addition, it presents the integration of this attacking client into the automated pentesting platform Huntdown, enabling security tests to be defined and executed systematically and automatically. The resulting environment provides a modular, extensible foundation for research and training in the cybersecurity of connected medical systems.Este Trabajo de Fin de Grado aborda el diseño e implementación de un entorno de simulación reproducible para analizar la seguridad del protocolo CoAP en sistemas de Internet de las Cosas Médicas (IoMT). Ante el incremento de ciberataques dirigidos a infraestructuras sanitarias, el proyecto responde a la necesidad de contar con entornos de pruebas controlados que permitan estudiar el comportamiento de dispositivos médicos conectados ante distintos escenarios de amenaza. La solución propuesta implementa dispositivos IoMT simulados, un servidor CoAP central y uncliente atacante específico. Asimismo, se presenta la integración del cliente atacante en la plataforma de pentesting automatizado Huntdown, lo que permite definir y ejecutar pruebas deseguridad de formasistemática y automatizada. El entorno resultante constituye una base modular yextensible orientada a la investigación y formación en ciberseguridad de sistemas médicos conectados
The Plane of the near future: A study of short-term innovations in aeronautics and their combined impact on next-generation efficiency
No full textThis feasibility study investigates the integration of short-term technical innovations within a 15-year horizon for the commercial aeronautical industry, focusing on the single-aisle market. The research is driven by a shift toward longer-range narrow-body missions, the International Civil Aviation Organization net-zero 2050 mandate, and the economic pressure to maintain low fares despite rising operational costs. The primary objective is to evaluate how emerging technologies influence three Key Performance Indicators: Operating Empty Weight (OEW), Lift-to-Drag (L/D) ratio, and Thrust Specific Fuel Consumption (TSFC). The study uses fundamental engineering principles and comparative analysis to benchmark innovations against the Airbus A321neo, utilizing data from industrial case studies and flight-proven demonstrators to estimate performance gains. The study is categorized into three technological pillars. Structural materials: Transitioning to Carbon Fibre Reinforced Thermoplastics (CFRTP) (AS4/PEEK) offers a potential aircraft-level OEW reduction of 10% to 20%. Additionally, Additive Manufacturing (AM) can reduce OEW by 300 to 600 kg through part consolidation. Aerodynamics: Folding Wingtip Mechanisms enable a 6.6% increase in the L/D ratio by bypassing gate constraints with a 400 kg weight penalty. Aeroelastic tailoring serves as a mature enabler to reduce wing mass through passive load alleviation. Propulsion: The "ultimate" current generation engine (Geared Turbofan with Ceramic Matrix Composites and composite blades and case) offers a feasible evolutionary path with a 5% to 10% reduction in TSFC, though it faces a "performance plateau". The Open Fan (RISE) architecture allows for an estimated 20% reduction in TSFC but remains medium-low in feasibility. Finally, More Electric Aircraft (MEA) architecture provides a 3% improvement in TSFC. This feasibility study concludes that the most viable next-generation single-aisle aircraft for the 2040 timeframe will be a highly integrated hybrid of evolutionary and revolutionary technologies. To meet demands for longer range and lower emissions, a configuration utilizing a thermoplastic airframe, aero-elastically tailored wings with folding wingtips, and extensive AM is recommended. For propulsion, an "ultimate" turbo fan system supported by MEA architecture represents the optimal balance of technical risk and performance gain, while the Open Fan’s is presented as a longer-term solution for single aisle aircraft
(FSP) Fleet size planning
No full textLa correcta planificació de la flota de repartidors és un element clau per garantir l’eficiència operativa, la qualitat del servei i l’optimització de costos en plataformes de delivery sota demanda. En aquest context, el present Treball de Fi de Màster se centra en l’anàlisi, redisseny i automatització de l’eina Fleet Size Planning (FSP) utilitzada per Glovo per determinar, de manera setmanal, el nombre de repartidors necessaris a cada ciutat. L’objectiu principal del treball és millorar la precisió, la traçabilitat i l’escalabilitat del model existent, reduint la dependència de processos manuals i la necessitat d’ajustos per part dels equips locals. Per assolir aquest objectiu, s’ha dut a terme una anàlisi detallada del funcionament de l’eina actual, identificant-ne les limitacions tant a nivell tècnic com organitzatiu. Paral·lelament, s’ha realitzat un estudi de mercat amb altres empreses rellevants del sector, analitzant les metodologies, models de càlcul i pràctiques utilitzades per optimitzar el dimensionament de flota, amb l’objectiu d’identificar bones pràctiques i enfocaments aplicables al cas d’estudi. Addicionalment, el treball inclou una avaluació de tecnologies i plataformes especialitzades en l’optimització de flotes, així com una reflexió sobre tecnologies emergents, models avançats de previsió, eines d’analítica en temps real o solucions basades en intel·ligència artificial que podrien transformar aquests sistemes en el futur. A partir d’aquest anàlisi, s’ha dissenyat un nou model de càlcul basat principalment en indicadors d’eficiència operativa, en substitució de mètriques més tradicionals com el Delivery Time. El model s’ha implementat íntegrament en un entorn Google BigQuery, permetent una major automatització del procés, una millor integració de les dades i una reducció significativa del risc d’errors humans. Els resultats obtinguts mostren una millora significativa en la fiabilitat de les estimacions de flota, evidenciada per una reducció progressiva del temps dedicat pels equips locals a la revisió manual dels càlculs i una millor alineació entre les propostes del model i les necessitats operatives reals. L’anàlisi abans i després del desplegament de la nova eina confirma una disminució dels desajustos d’oferta i una evolució positiva dels principals indicadors de rendiment operatiu. Finalment, es conclou que el redisseny i l’automatització de l’eina FSP, combinats amb l’anàlisi de mercat i la visió prospectiva del sector, contribueixen a una gestió més eficient, escalable i sostenible de la flota de repartidors. El projecte estableix una base sòlida per a futures millores del model i posa de manifest el paper clau de l’analítica de dades i les tecnologies cloud en l’evolució futura de les operacions logístiques urbanes
Design of a complementary 24/7 rehabilitation and monitoring system with wearables and telerehabilitation
No full textIntensive rehabilitation programs in patients with neurological disorders produce significant improvements in their prognosis, given that functional outcomes depend largely on the dose of therapy received. In this context, telerehabilitation and telemonitoring emerge as strategies that allow for extended treatment time through personalized programs and real- time patient monitoring. This approach not only promotes therapeutic adherence but can also enhance the functional outcomes of the neurorehabilitation process. The present pilot study aims to evaluate the feasibility of integrating telerehabilitation and telemonitoring therapies as a complement to conventional in-person rehabilitation in patients with neurological conditions. It is proposed as an experimental study with conventional intervention, designed to assess the effectiveness of a combined program of rehabilitation assisted by digital technologies and monitoring using wearable devices. The protocol envisages a total duration of 6 weeks of active intervention. It is expected that the implementation of this integrated model of telerehabilitation and telemonitoring will be feasible, safe, and well accepted by both patients and the clinical team, thus contributing to the optimization of neurorehabilitation processes
Structure–kinetics relationships in ß-cyclodextrin metal–organic frameworks for selective volatile bioactive delivery
No full textThe selective adsorption and controlled release of volatile bioactive compounds is of broad interest for applications in active packaging, fragrance stabilization, and therapeutic delivery. In this study, ß-cyclodextrin-based metal–organic frameworks (ß-CD MOFs) were synthesized via a methanol vapor diffusion method using potassium ions as coordination nodes, yielding well-defined cuboidal microcrystals with uniform aspect ratios. Comprehensive characterization using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), and proton nuclear magnetic resonance (1H NMR) confirmed the formation of a highly crystalline, thermally stable MOF capable of encapsulating structurally distinct volatile guests, including eugenol, cinnamon essential oil, and oregano essential oil. Adsorption kinetics indicated compound-specific host–guest interactions, with eugenol and cinnamon oil exhibiting interaction-influenced uptake behavior, while oregano oil showed diffusion-dominated adsorption. Release studies demonstrated predominantly sustained release profiles that were well described by zero-order and Higuchi diffusion models; notably, eugenol displayed a biphasic release characterized by an initial burst followed by prolonged zero-order release. These findings demonstrate the tunability of ß-CD MOFs as a sustainable carbohydrate-based platform for selective and programmable volatile delivery across diverse application domains.The authors would like to thank GENCAT-AGAUR (Agencia ` de Gestio ´ d’Ajuts Universitaris i de Recerca) and express their sincere gratitude to the Universitat Politecnica ` de Catalunya, Barcelona, for providing the necessary infrastructural facilities to conduct this research. A part of this work was carried out during a research stay at the Department of Chemistry and Bioscience, Aalborg University, Denmark, supported by the Erasmusþ program and the UPC International Mention grant. Parts of this work were previously presented at the EURO Cyclodextrin Conference (2025), the EURO MOF Conference (2025), and the ISBPS Meeting, Frankfurt (2025), where the research received valuable feedback and recognition from the scientific community.Peer ReviewedPostprint (published version
Pipeline curvature detection using a pipeline inspection gauge equipped with multiple odometry
No full textPipeline integrity is crucial for ensuring the safe and efficient transportation of hydrocarbons. One of the essential methods for maintaining pipeline integrity is periodic inspection using Pipeline Inspection Gauges (PIGs). These PIGs traverse extensive pipeline networks, collecting critical data related to inertial navigation and inspection technologies, such as geometric, ultrasonic, or magnetic flux inspection. Following an inspection, data is downloaded for post-processing to identify and accurately locate pipeline anomalies. Accurate positioning of indications is crucial for effective repair or maintenance of the identified pipeline section. Thus, ongoing efforts aim to improve the precision of indication positioning. This study introduces an innovative method and model for deriving pipeline trajectory characteristics to enhance positioning accuracy. The method is based on distance sampling of odometers, improving the PIG displacement measurement by implementing multiple odometries. Using the method described in this work can compensate for odometer slip, since the distance measurement error was reduced from 15.67% to 1.38%. The model simulates (three and four) odometer trajectories in curvature and calculates the curvature along the pipeline based on odometer data. The curvature model is evaluated with real data obtained from a test circuit, demonstrating that the proposed method and model technique can yield trajectory characteristics such as curvature detection; we can differentiate linear sections from bend sections in the test circuit. However, the curvature measurement error remains considerable due to odometer slippage. Therefore, future work proposes using additional odometers to improve measurement accuracy.Postprint (published version
Desenvolupament d'un sistema d'informació de suport a la gestió tècnica d'equips de futbol base
No full textAquesta memòria correspon al Treball de Fi de Grau de l'especialitat de Sistemes d'Informació, realitzat al Grau en Enginyeria Informàtica a la FIB, UPC. El projecte pretén oferir als entrenadors i al cos tècnic del futbol base una eina digital que faciliti la presa de decisions basades en dades objectives sobre el rendiment dels jugadors, ja que, actualment, els entrenadors de futbol base disposen de poques eines per registrar i analitzar el rendiment dels jugadors, fet que provoca que moltes decisions es basin en percepcions subjectives. El sistema desenvolupat ofereix una plataforma unificada per gestionar jugadors, partits i estadístiques, proporcionant informació objectiva i recomanacions que milloren la presa de decisions i l'organització de l'equip.This document belongs to a Final Degree Project of the Information Systems specialization, carried out in the Degree in Computer Engineering at FIB, UPC. The project aims to provide coaches and technical staff of youth football teams with a digital tool that facilitates decision-making based on objective data regarding player performance, as youth football coaches have few tools to record and analyze performance, which leads to many decisions being based on subjective perceptions. The developed system offers a unified platform to manage players, matches and statistics, providing objective information and recommendations that improve decision-making and team organization.Esta memoria corresponde al Trabajo de Fin de Grado de la especialidad de Sistemas de Información, realizado en el Grado en Ingeniería Informática en la FIB, UPC. El proyecto pretende ofrecer a los entrenadores y al cuerpo técnico del fútbol base una herramienta digital que facilite la toma de decisiones basadas en datos objetivos sobre el rendimiento de los jugadores, ya que, actualmente, los entrenadores de fútbol base disponen de pocas herramientas para registrar y analizar dicho rendimiento, lo que provoca que muchas decisiones se basen en percepciones subjetivas. El sistema desarrollado ofrece una plataforma unificada para gestionar jugadores, partidos y estadísticas, proporcionando información objetiva y recomendaciones que mejoran la toma de decisiones y la organización del equipo
Estudi de l'apagada eléctrica a Espanya i validació de les seves causes
No full textEl tall general de subministrament ocorregut el 28 d’abril de 2025 constitueix un esdeveniment crític que posa de manifest la vulnerabilitat del sistema elèctric davant de determinats fenòmens. Aquest treball es proposa analitzar en profunditat les causes que van portar al col·lapse del sistema, amb un enfocament especial en l’increment de tensió observat en diversos punts del país i el seu impacte en l’estabilitat general. Per tal de comprendre aquest fenomen, s’examinen les relacions entre la tensió i la potència reactiva, així com els diferents mètodes de control de tensió mitjançant la injecció o absorció de potència reactiva. L’anàlisi pràctic es desenvolupa utilitzant l’eina de fluxos de càrrega, que permet resoldre amb precisió les equacions del sistema elèctric i avaluar el comportament de les potències i tensions sota diferents condicions operatives. Finalment, es presenten conclusions detallades sobre els factors que van desencadenar el tall, aportant una visió fonamentada sobre com prevenir futurs col·lapses del sistema. El desenvolupament del projecte no nomésidentifica les causes, sinó que també ofereix criteris tècnics que poden contribuir a millorar la resiliència del sistema elèctric nacional