INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Análisis morfológico de semillas con redes memristivas
No full textSeed morphology analysis is an essential task for studying and classifying seeds, and for any ulterior phytosanitary application such as weed detection. In this work, the analysis of the morphology of seeds is done by means of a memristive grid which is used as an analog image processor in order to achieve edge detection on images from a seed database. The memristors within the grid are modeled by a memristance expression that is given as a charge-controlled function. Besides, the grid is implemented in a parallelized version with a GPU scheme. The solution of the grid is obtained by a time-domain analysis of the resulting differential equations from the nodal analysis. In a first step, with the aim of highlighting the advantages of such the parallel implementation with respect to its serial counterpart, a set of benchmark images has been treated for edge detection. Not only are the qualitative aspects of the results kept, but also the main quantitative merit figures are almost identical. On the top of this, the parallel memristive grid exhibits a sensible gain in execution times in comparison with the serial grid. The main goal of this work, i.e. the analysis of the morphology of seeds is achieved by resorting to a series of measures on the seed edges. A geometric model of the seed is introduced in the form of an ellipse that is valid for monocots as well as dicots, and its main dimensions are used for establishing a group of merit figures that define the morphology. Finally, several case studies are presented.El análisis morfológico de semillas es una tarea esencial para el estudio y clasificación de las mismas, así como para aplicaciones fitosanitarias posteriores tales como la detección de malezas. En este trabajo, el análisis de la morfología de las semillas se realiza mediante una red memristiva que es utilizada como procesador analógico para la detección de bordes en imágenes provenientes de una base de datos. Los memristores de la red memristiva son modelados por una expresión de memristancia en función de la carga. Además, la red es implementada en una versión paralela con un esquema GPU. La solución de la red se obtiene mediante un análisis en el dominio del tiempo de las ecuaciones diferenciales resultantes de la formulación nodal. Un primer paso, con el objetivo de señalar las ventajas de la implementación paralela con respecto a su contraparte serial, se ha tratado un conjunto de imágenes para la detección de bordes. Los resultados no solo cumplen con los aspectos cualitativos, sino también con las principales figuras de merito. Además, la red memristiva paralela muestra una sensible ganancia en los tiempos de ejecución en comparación con la red serial. La meta principal de este trabajo, i.e. el análisis de la morfología de semillas se logra recurriendo a una serie de medidas en los bordes del modelo geométrico de la semilla. Para ello se introduce un modelo elíptico, el cual es válido tanto para dicotiledóneas como monocotiledóneas, las principales dimensiones son usadas para establecer un grupo de figuras de mérito que definen la morfología de las semillas. Finalmente, se presentan varios casos de estudio
Study of PEDOT:PSS/a-Si:H heterojunction for charge collection in hybrid thin film solar cells
Get PDFSilicon/Organic Heterojunctions (SOH) are an alternative to inorganic heterojunctions due to the use of organic materials which present solution-type processing that allows deposition at room temperature and atmospheric pressure. Recently, organic materials have demonstrated to be suitable to replace the common n-type and p-type inorganic materials to simplify the formation of p-i-n-junctions in solar cells. Some preliminary attempts to use organic materials in hybrid n-i and i-p heterojunctions with a-Si:H have been reported in the literature. However, performance characteristics are limited (Jsc < 4 mA/cm²) by the characteristics of the polymers and their poor optimization for the use in a hybrid heterojunction interface with a-Si:H. In this work, we use the poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) material to form a hybrid heterojunction with a-Si:H for high charge carrier collection at the frontal interface of solar cells. The deposition of a-Si:H films by PECVD at low temperatures and at the low-pressure regime was explored to study the compatibility with organic materials. On the other hand, different posttreatment techniques were proposed to enhance the electrical and morphological properties of PEDOT:PSS films to control and improve their characteristics. These results were used to form a hybrid heterojunction as a frontal interface in hybrid solar cells. The best performance characteristics (Jsc= 17.8 mA/cm², Voc= 840 mV, FF= 50.4 % and PCE= 7.5 %) were obtained using a PEDOT:PSS/buffer/a-Si:H heterojunction in the hybrid structure fabricated with a PEDOT:PSS layer treated with the dip technique. This heterojunction demonstrated high transmittance, reduction of electron diffusion, and enhancement of the internal electric field. Although the structure was a planar superstrate-type configuration and the PEDOT:PSS layer was exposed to a glow discharge, the hybrid solar cell reached high efficiency compared to that in similar hybrid solar cells with substrate-type configuration and that in textured well-optimized amorphous silicon solar cells fabricated at low temperature. Thus, we demonstrate that PEDOT:PSS is fully tailored and compatible material with plasma processes and can be a substitute for inorganic p-type layers in inorganic solar cells and related devices with an improvement of performance and simplification of the fabrication process.Las heterouniones silicio/orgánico (SOH) son una alternativa a las heterouniones inorgánicas, debido al uso de materiales orgánicos que presentan un procesamiento de tipo solución que permite su depósito a temperatura ambiente y presión atmosférica. Recientemente, los materiales orgánicos han demostrado ser adecuados para reemplazar los materiales inorgánicos comunes tipo n y tipo p para simplificar la formación de uniones p-i-n en celdas solares. En literatura se han reportado algunos resultados preliminares al usar materiales orgánicos en heterouniones híbridas n-i e i-p con silicio amorfo. Sin embargo, las características de rendimiento están limitadas (Jsc < 4 mA/cm2) por las características de los polímeros y su pobre optimización para el uso en una interfaz de heterounión híbrida con silicio amorfo. En este trabajo, utilizamos el material poli(3,4-etilendioxitiofeno)-poli(estirenosulfonato) (PEDOT:PSS) para formar una heterounión híbrida con a-Si:H para la colección de portadores de carga en la interfaz frontal de celdas solares. El depósito de películas de a-Si:H por PECVD, a bajas temperaturas y en el régimen de baja presión, se exploró para estudiar la compatibilidad con materiales orgánicos. Por otro lado, se propusieron diferentes técnicas de tratamiento para mejorar las propiedades eléctricas y morfológicas de las películas de PEDOT:PSS. Estos resultados se usaron para formar una heterounión híbrida como interfaz frontal en celdas solares híbridas. Las mejores características de rendimiento (Jsc = 17.8 mA/cm2, Voc= 840 mV, FF= 50.4 % y PCE= 7.5 %) se obtuvieron usando una heterounión PEDOT:PSS/buffer/a-Si:H en una estructura híbrida fabricada con una película de PEDOT:PSS tratada con la técnica de inmersión en IPA. Esta heterounión demostró una alta transmitancia, reducción de la difusión de electrones y mejora del campo eléctrico interno. Aunque la estructura era una configuración de tipo p-i-n y la película de PEDOT:PSS estuvo expuesta a un plasma, la celda solar híbrida alcanzó una alta eficiencia en comparación con las celdas solares híbridas similares con configuración del mismo tipo y las celdas solares de silicio amorfo fabricadas a baja temperatura, texturizadas y optimizadas
Un protocolo de comunicación segura de infraestructura-a-infraestructura, basado en un esquema de secreto compartido.
Get PDFVehicle networks or VANET (for its acronym in English), is a paradigm aimed at the development of intelligent transport systems, offering services and applications to improve road safety, optimize vehicular traffic and cooperative driving. Given this, the communication protocols require security services to ensure their proper functioning, since if the information is compromised or manipulated by a third party, this could end up in different chaotic scenarios that range from the paralysis of a city to damages to the physical integrity of pedestrians and drivers. The secure communication protocols for VANET have been proposed from the most common asymmetric and symmetric cryptographic schemes. However, these protocols are dependent on a public key infrastructure (PKI), that it is difficult to implement in this paradigm; due to the lack of a network infrastructure and the absence of a trusted entity within it. Despite the different solutions to this issue, the following question has remained open: How to establish a secure communication protocol without modifying the nature of the VANET and respect its restrictions? In this thesis work, a secure communication protocol is presented, specifically for the services provided by intelligent traffic lights, with the ability to adapt to VANET restrictions without relying on a public key infrastructure.Las redes vehiculares o VANET (por sus siglas en inglés) son un paradigma orientado al desarrollo de sistemas de transporte inteligente, que ofrecen servicios y aplicaciones para mejorar la seguridad vial, optimizar el tráfico vehicular y la conducción cooperativa. Ante esto, los protocolos de comunicación requieren de servicios de seguridad que sean capaces de proteger la información, y evitar que sea comprometida o manipulada por un tercero. Ya que la ausencia de estos servicios de seguridad pueden ocasionar diferentes escenarios caóticos, que van desde la paralización de una ciudad hasta daños a la integridad física de peatones y conductores. Los protocolos de comunicación segura para VANET han sido propuestos a partir de los esquemas criptográficos asimétricos y simétricos más comunes. Sin embargo, estos protocolos son dependientes de una infraestructura de llave pública (PKI), la cual es difícil de implementar en este paradigma; debido a la carencia de una infraestructura de red y la ausencia de una entidad de confianza dentro de la misma. A pesar de las diferentes soluciones a este tema, ha quedado abierta la siguiente pregunta: ¿Cómo establecer un protocolo de comunicación segura sin modificar la naturaleza de las VANET y que cumpla con sus restricciones?. En este trabajo de tesis, se presenta un protocolo de comunicación segura, específicamente para los servicios que proporcionan los semáforos inteligentes, con la capacidad de adaptarse a las restricciones de las VANET sin depender de una Infraestructura de llave pública
Investigación del efecto de discontinuidades de interconexiones en el funcionamiento de osciladores resonantes RTWO con tecnologías CMOS nanométricas
Get PDFActualmente, una de las tendencias de los circuitos integrados (CIs) continúa siendo el escalamiento de las dimensiones de fabricación. Este escalamiento ha permitido aumentar el desempeño de los CIs y la migración a aplicaciones de mayores frecuencias (Rango de GHz e incluso THz). Aplicaciones móviles y de onda milimétrica utilizando las bandas libres (33 y 66 GHz) y sin licencia de uso, han motivado el interés del diseño de circuitos integrados de radio frecuencia (RF-CIs). Asimismo, el escalamiento tecnológico ha permitido aumentar el número de funciones por unidad de área lo cual conlleva a circuitos más complejos y de menor costo. Sin embargo, este incremento de densidad de dispositivos también conlleva al crecimiento de la cantidad y longitudes de las interconexiones entre los dispositivos que componen los CIs, lo cual ha provocado que los RF-CIs exhiban efectos de alta frecuencia propios de líneas de transmisión. Adicionalmente, para la interconexión de esta gran densidad de dispositivos, las nuevas tecnologías aumentan el número de niveles de metal, lo cual introduce una gran cantidad de discontinuidades geométricas en las transiciones de nivel en las interconexiones las cuales pueden afectar la integridad de las señales de alta frecuencia. Debido a esto, los requerimientos de diseño para RF-CIs se han incrementado a medida que lo hace la frecuencia de operación; esto es particularmente cierto para osciladores en general, donde el consumo de potencia, ruido de fase e integridad de la señal se deben mantener en rangos óptimos. El oscilador de onda viajera rotatoria o RTWO (Rotary-Traveling Wave Oscillator) es un oscilador resonante particularmente importante tanto para sistemas de comunicaciones como para redes de distribución de reloj en microprocesadores debido a su sencillez, bajo consumo de potencia, y reducido ruido de fase. Este tipo de osciladores aprovechan las características inductivas y capacitivas de las interconexiones BEOL (Back end of the line) comúnmente consideradas parásitas en el diseño de CIs, junto con las propiedades distribuidas de líneas de transmisión
Clasificación temprana de texto con redes neuronales
Get PDFEl uso de las redes sociales es cotidiano para la mayoría de los usuarios de internet, aunque en éstas se presentan diferentes situaciones de riesgo que pueden afectarlos fuertemente. Muchas de estas situaciones podrían ser evitadas si se consideran mecanismos de filtrado o moderación, sin embargo, es difícil dado el contenido masivo que se encuentra en las redes sociales. Para atacar lo anterior, actualmente se han desarrollado diversos métodos que permiten detectar contenido en el que los usuarios muestren algún tipo de síntoma de alguna enfermedad mental así como de conductas ofensivas, sin embargo, dichos mecanismos son aplicables para detección (cuando algo ya pasó), no para prevención (cuando algo aún no ocurre). Considerando lo dicho, en este trabajo se propone el desarrollo de métodos basados en redes neuronales que sean útiles para la clasificación o detección temprana de situaciones de riesgo en redes sociales usando texto. Para ello se hace uso de diversos enfoques en el manejo del texto al momento de alimentar las redes neuronales durante las fases de entrenamiento o prueba. Además de que únicamente se utiliza la característica cronológica del texto, por lo que se tiene la ventaja de que los modelos creados son independientes de características específicas de un problema en concreto. Así mismo, se adapta y explora el uso de una nueva función de pérdida en las redes neuronales, de modo que se fomente la clasificación temprana usando poca información. Los resultados obtenidos muestran diferentes desempeños con la función de pérdida propuesta al usar diferentes enfoques al momento de alimentar la red, sin embargo, se obtienen métricas favorables en los casos de alimentación de la red con cronologías secuenciales de palabras o embeddings promedio de pedazos, es decir, se logra clasificar correctamente de manera temprana
Sistema biométrico basado en ECG e implementación en un sistema embebido con VHDL
No full textEl aumento en el diseño y la difusión de dispositivos portátiles de bajo costo para la adquisición y análisis de señales cardíaca, a aumentado los posibles escenarios de aplicación de los sistemas biométricos basados en electrocardiograma (ECG), generando actualmente la investigación sobre el rendimiento del sistema de autenticación e identificación ante fuentes de variabilidad cardíaca, diferentes longitudes de adquisición de la señal y diferentes longitudes de la base de datos, en sistemas con técnicas de extracción de características y toma de decisión que no utilicen muchos recursos para implementar en hardware. Para la investigación desarrollada se consolido una base de datos de 1400 registros ECG de 10 s cada uno para 140 personas sanas ante escenarios de variabilidad cardíaca, con la que se estudia un sistema biométrico de mundo cerrado y reconocimiento positivo. El sistema biométrico propuesto consiste en una extracción híbrida de 10 características conformadas por 5 parámetros de forma (asimetría, curtosis, actividad, movilidad y complejidad) y 5 coeficientes de un proceso AC/AR solucionado con el método de Yule-Walker, realizando una comparación del rendimiento del sistema ante técnicas de extracción de características como FFT y AC/DCT, donde la técnica propuesta obtiene el mejor resultado. Además se realiza el estudio del rendimiento del sistema ante diferentes métricas de asociación como es el caso de la distancia de correlación, dtw, euclidiana, Mahalanobis y de Pearson, donde la mejor métrica es la distancia de Mahalanobis. También se compara el rendimiento para la identificación con kNN, LDA y una red neuronal de 148 neuronas en su capa oculta con función de activación de base radial, donde el mejor resultado se obtiene con kNN. El sistema de autenticación para 140 personas obtiene una EER de 4.88, 6.15 y 8.51 %, una TPR de 98.64, 98.25 y 97.37 % y una TNR de 94.79, 93.22 y 90.30 % para registros de 10, 5 y 3 s de duración de adquisición respectivamente en cada tasa mediante distancia Mahalanobis. Para el sistema de identificación de 140 personas se obtiene una IR de 94.63, 88.07 y 76.75 % para registros de 10, 5 y 3 s de duración de adquisición respectivamente mediante kNN (k = 1) con distancia Mahalanobis. Los módulos de preprocesamiento, extracción de características y métrica de asociación del sistema propuesto fueron implementados en VHDL con una representación numérica de punto fijo con formato 8.24
Optimización de osciladores caóticos de orden fraccionario aplicando metaheurísticas
No full text1695 was the year in which fractional calculus was introduced as an area of pure mathematics. Today, numerous researchers have shown that fractional derivatives more accurately describe the dynamics of a nonlinear problem in all fields of science and engineering, compared to those derived in integer order. In the field of chaos theory, for two decades several authors have introduced mathematical models associated with fractional-order chaotic oscillators (FOCO), which have been implemented in electronic systems and used in some applications such as cryptography and secure communications. Developed applications exploit the complex dynamics of FOCOs, which can be quantified by evaluating the Lyapunov exponents, the Kaplan-Yorke dimension, and Entropy. These characteristics can be improved by varying the parameters of the FOCO, as well as the orders of the fractional derivatives that can be equal or unequal. However, the computational cost to improve the dynamic characteristics of a FOCO is very high, and depends heavily on the numerical method applied.1695 fue el año en que se introduce el cálculo fraccionario como un área de la matemática pura. Hoy en día, numerosos investigadores han demostrado que las derivadas fraccionarias, describen con mayor precisión la dinámica de un problema no lineal en todos los campos de la ciencia y la ingeniería, en comparación con las derivadas de orden entero. En el campo de la teoría del caos, desde hace dos décadas varios autores han introducido modelos matemáticos asociados a osciladores caóticos de orden fraccionario (FOCO, por sus siglas en ingles), los cuales se han implementado en sistemas electrónicos y usados en algunas aplicaciones como criptografía y comunicaciones seguras. Las aplicaciones desarrolladas explotan la dinámica compleja de los FOCOs, la cual se puede cuantificar evaluando los exponentes de Lyapunov, la dimensión Kaplan-Yorke y la Entropía. Estas características pueden mejorarse variando los parámetros del sistema FOCO, así como los ordenes de las derivadas fraccionarias que pueden ser iguales o desiguales. Sin embargo, el costo computacional para mejorar las características dinámicas de un FOCO es muy alto, y depende en gran medida del método numérico aplicado
A Cryptographic Scheme for Cell Granularity Authenticated Query Processing in Cloud Databases
Get PDFCloud computing is a model that offers outsourced services, databases as a service (DaaS) consist of a service where the data owner delegates his data to a server to obtain savings in system administration, human resources, software licenses, etc. However, this new paradigm also entails security risks that should be addressed. There are mainly three concerns that the data owner should be considered: confidentiality, integrity and availability. These concerns have been studied independently by the cryptographic community due to the complexity involved. Specifically, integrity in structured data considers the scenario where the server to which the database is delegated is untrusted. So, the data owner after executing a query, can get as a response the set of records that satisfy the query (correct answer ) or some result (incorrect answer ). An incorrect response may contain tuples modified in an unauthorized manner or include tuples that were not delegated by the data owner (compromising integrity), omit tuples that meet the conditions of the query (violating completeness) or include tuples that existed in some version of the database but do not correspond to the current one (compromising freshness). Therefore, a process that can protect the data owner from malicious server behavior must be implemented, this process is known in the literature as authenticated query processing. Authenticated query processing considers other aspects, including granularity and type query. That is, what level of detail (database, table, row, or cell) is guaranteed integrity and what types of queries are be supported (selection , range, aggregation, joins). These aspects impose restrictions that make it difficult to propose a robust enough scheme to support all possible transactions. In this work, we propose a cryptographic scheme for authenticated query processing with granularity at cell level that allows us to verify integrity and completeness in selection and range queries in databases in cloud computing.El cómputo en la nube es un modelo que ofrece servicios externalizados, uno de éstos son las bases de datos como servicio (DaaS) donde el cliente delega sus datos a un servidor para obtener ahorros en la administración del sistema, en recursos humanos, licencias de software, etcétera. Sin embargo, este nuevo paradigma también conlleva riesgos de seguridad que deben ser atendidos. Existen principalmente tres preocupaciones que el propietario de los datos debe considerar: la confidencialidad, la integridad y la disponibilidad. Estas inquietudes han sido estudiadas por la comunidad criptográfica de manera independiente debido a la complejidad que implican. Específicamente la integridad en datos estructurados considera el escenario donde el servidor al que se le delega la base de datos no es confiable. Por lo que el cliente después de ejecutar una consulta, puede obtener como respuesta el conjunto de registros que satisfacen la consulta (respuesta correcta) o bien algún resultado (respuesta incorrecta). Una respuesta incorrecta puede contener tuplas modificadas de forma no autorizada o incluir tuplas que no fueron delegadas por el cliente (comprometiendo la integridad), omitir tuplas que cumplen con las condiciones de la consulta (violentando la completitud) o incluir tuplas que existieron en alguna versión de la base de datos pero que no corresponden a la actual (comprometiendo la frescura). Por ello debe existir un proceso que pueda proteger al cliente de comportamientos maliciosos del servidor, tal proceso es conocido en la literatura como procesamiento de consultas autenticado. El procesamiento de consultas autenticado considera otros aspectos entre los que destacan la granularidad, es decir a qué nivel de detalle (base de datos, tabla, fila o celda) se garantiza la integridad y los tipos de consulta que serán soportados (selección, rango, agregación, joins, etc). Estos aspectos imponen restricciones que hacen difícil proponer un esquema lo suficientemente robusto para soportar todas las posibles transacciones
Explorando el rendimiento de circuitos y sistemas electrónicos en presencia de variaciones de proceso
Get PDFEl impacto de las variaciones de proceso en el desempeño de circuitos integrados ha llegado a ser cada vez mas crítica debido al escalamiento tecnológico y al alto nivel de integración de los circuitos integrados. La degradación del desempeño de los circuitos significa perdidas económicas. En el presente trabajo, proponemos una metodología de redimensionamiento estadístico eficiente para mejorar la velocidad del circuito en presencia de variaciones de proceso intra-die independientes. Un método de selección de caminos lógicos críticos, un heurístico, dos métricas de selección gruesa, y una métrica de selección fina son parte de la nueva metodología de optimización propuesta, que tiene como objetivo minimizar la desviación estándar del retardo. La métrica fina incluye conceptos esenciales como la derivada de la desviación estándar del retardo, el análisis del segmento, la criticalidad, el ”slack-time” y el área. Con el fin de implementar esta metodología, se utilizo y desarrollo una herramienta de diseño en lenguaje C++ que permite hacer el análisis de circuitos grandes. Para poder manipular las variables estadísticas como el retardo (µ) y la desviación estándar de retardo (σ) de compuertas y caminos lógicos, en HSPICE, se caracterizaron todas las compuertas de la librería de la tecnología de 65nm, y se obtuvieron los datos del retardo, el tiempo de transición a la salida de la compuerta y sus sensibilidades. A los datos que se obtienen de las caracterizaciones se les ajusta un polinomio en MATLAB, estos polinomios se convierten en código C++, y se guardan en la librería de un programa principal. Este programa principal, haciendo uso de los polinomios, puede simular la respuesta de una compuerta o un circuito completo. Con esta herramienta de simulación se realiza el programa de optimización de la metodología propuesta. La metodología propuesta se aplica a circuitos ISCAS Benchmark. El promedio del porcentaje de optimización en el retardo es de 11.12%, el promedio del porcentaje de optimización de la desviación estándar del retardo es 27.8%, el promedio del incremento en área es 3.05% y el tiempo de computo es hasta diez veces menor que usando metodologías como multiplicadores de Lagrange
Innovative planar antenna designs in the microwave range
No full textPlanar antennas are a type of antenna that uses a flat plate mounted over a substrate as a radiator. Popular for their advantages like low cost and ease of fabrication and integration. However, they have low efficiency and suffer from spurious radiation from feeds, junctions, and surface waves. With a pursuit in low-cost and low-profile devices and due to other useful properties of the planar antennas, substantial work has been expended to enhance performance and surpass their limitations. This work presents three new antenna designs. The designs pretend to different applications. The first design presents an antenna sensor of dielectric properties of liquids, which uses a differential feed, and it can work in standalone mode or in a wireless system as a tag. The second designs consist of a dual-polarized array that manages common and differential excitation with a single balanced feed to generate each polarization. The last design is an Archimedean spiral antenna that generates beams with different orbital angular momentum orders at the same frequency