4,412 research outputs found
Low power synchronisation in wireless sensor networks via simple feedback controllers: The FLOPSYNC scheme
No full textThis paper presents a synchronisation scheme for wireless sensor networks named FLOPSYNC, which stands for Feedback LOw Power SYNChronisation. The scheme is based on a principle that makes it radically different from any other proposed so far, as the information used to achieve synchronisation is moved from the content of the involved packets to their time of arrival. This makes the scheme is significantly simpler than those available to date, while guaranteeing high precision and an extremely low (sub-μA) consumption. Moreover, since FLOPSYNC is entirely designed as a set of decentralised discrete-time controllers, it can account for hardware peculiarities in a formally sound and straightforward manner. This allows for an effective scheme tailoring to the devices at hand, and the necessities of the network. Experiments on real hardware are reported, to witness the simplicity and effectiveness of the proposal
Feedback-based memory management with active swap-in
No full textAbstract— Memory and swap management is an important
issue in operating systems, owing to the large difference between
RAM and disk access times. This paper presents a memory
management layer, designed along a fully control-theoretical
approach, that decouples the swap-out and swap-in activity
from the events triggered by the applications’ memory access
patterns. A system endowed with this layer can manage memory
on a per-process basis, while at the same time avoiding the
presence of swapped-out pages if RAM memory is available.
Such a tunable active swap-in mechanism thus inherently avoids
temporary RAM over-utilisations to slow down the system for
a period significantly longer than their duration. Simulation
results prove the effectiveness of the proposal, as well as the
viability of its integration with existing memory managers
Teaching Task Scheduling as Multivariable Cascade Control
No full textThis paper presents a didactic activity belonging to a long-term project, aimed at complementing the culture of computer engineering students with a solid knowledge of systems and control theory and methods. The use of control to govern and optimise the behaviour of computing systems is felt in the computer engineering community as a necessity. The proposed activity – that refers to task scheduling – responds to this need, guiding the necessary cultural enrichment and avoiding possible errors and misinterpretations, so as to foster a deeper cooperation of the computer and the control communities
Modellazione e simulazione multi-fisica di array a microelettrodi per rilevamento e stimolazione in applicazioni neuroscientifiche
No full textGli sforzi della comunità delle neuroscienze volti a rivelare i meccanismi di funzionamento del cervello sono motivati dal trattamento di disturbi neurologici (ad esempio, epilessia, Parkinson, comportamenti dirompenti e disturbi dissociali o bipolari, ecc.), ma anche dall'obiettivo di sviluppare dispositivi elettrici impiantabili, come le protesi retiniche e le interfacce cervello-computer, nonché dall'interesse verso nuovi paradigmi nell'hardware computazionale ispirato al cervello e nell'intelligenza artificiale. In questo contesto, le micro/nano-tecnologie svolgono un ruolo cruciale nel migliorare la risoluzione temporale e spaziale delle attuali tecnologie di imaging neurale e nell'integrare le funzioni di rilevamento e attuazione dei neuroni. La maggior parte di queste tecnologie si basa su matrici di microelettrodi (MEA) basati sulla tecnologia CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor). Uno dei vantaggi principali dei MEA è la capacità di registrare e stimolare in modo stabile i potenziali di campo extracellulari e i potenziali d'azione per giorni e con risoluzione subcellulare, mappando l'intera rete di neuroni.
La progettazione di MEA e l'interpretazione dei dati richiedono una comprensione dettagliata della trasduzione dell'attività neuronale nei segnali registrati. Questo compito beneficia in modo significativo di modelli dedicati basati sulla fisica dell'interfaccia neurone/elettrodo fino alla scala del sub-micron, combinati con modelli affidabili del sensore e dei circuiti elettronici di lettura.
In questa tesi abbiamo sviluppato modelli e simulazioni completi e scalabili per descrivere la stimolazione e il rilevamento dell’attività dei neuroni con CMOS-MEA avanzati in ambienti misti dispositivo-circuito e FEM-circuito. Il modello FEM multi-fisico utilizza le equazioni di Poisson-Nernst-Planck per la deriva-diffusione degli ioni nei fluidi cellulari, un modello Hodgkin-Huxley aumentato per la membrana del neurone, modelli di siti di legame per la superficie dei MEA e la teoria dei polimeri conduttivi per gli attuatori ionici. I modelli di simulazione sono stati calibrati e convalidati confrontando i transienti del potenziale d'azione con altri modelli della letteratura e con i risultati degli esperimenti. In questo lavoro sono state prese in considerazione diverse morfologie di neuroni e condizioni di accoppiamento: da neuroni 2D assialsimmetrici a cupola ed ellittici accoppiati a singoli elettrodi di rilevamento planari o verticali a fungo, a neuroni gangliari retinici 3D multi-compartimentali incorporati nel tessuto e accoppiati a elettrodi CMOS-MEA.
Uno sforzo particolare è stato dedicato alla definizione di una metodologia che consente di ricavare modelli di circuiti equivalenti a elementi concentrati partendo dalle simulazioni FEM convalidate sperimentalmente. Questi modelli compatti sono fondamentali per stimare il rumore termico e la funzione di trasferimento neurone-sensore. Con questi strumenti è stato valutato anche il rumore aggiuntivo dovuto al tessuto biologico, all'elettronica e al cross-talk tra gli elettrodi di stimolazione/registrazione.
I risultati mostrano che: 1) il modello FEM riproduce accuratamente i risultati sperimentali e può essere utilizzato come strumento di progettazione per ottimizzare il layout del MEA; 2) il FEM è in grado di prevedere fenomeni accessibili solo quando si combina il MEA con la microscopia ottica, come la morfologia dei neuroni incorporati in un tessuto; 3) i circuiti equivalenti a elementi concentrati costruiti secondo la nostra metodologia accelerano le simulazioni senza perdere in accuratezza e consentono di comprendere le figure di merito rilevanti del sistema di registrazione neurone-sensore.The efforts of the neuroscience community aimed at revealing the mechanisms of brain operation are motivated by the treatment of neurological disorders (e.g., epilepsy, Parkinson's, disruptive behaviors, and dissocial or bipolar disorders, etc.) but also by the goal of developing electrical implantable devices such as retinal prosthetic and brain-computer interfaces, as well as by the interest toward novel paradigms in brain-inspired computing hardware and artificial intelligence. In this context, micro/nano-technologies play a crucial role in improving the time and spatial resolution of existing neural imaging technologies and in integrating neuron sensing and actuation functions. Most of these technologies rely on microelectrode arrays (MEAs) based on complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology. One key advantage of MEAs is the capability to stably record and stimulate the extracellular field potentials and action potentials for days and with subcellular resolution while mapping the whole network of neurons.
MEA design and data interpretation demand a detailed understanding of the transduction of neuron activity into the recorded signals. This task significantly benefits from dedicated physics-based models of the neuron/electrode interface down to the sub-micron scale, combined with reliable models of the sensor and the electronic readout circuits.
In this thesis, we developed comprehensive and scalable models and simulations to describe neuron activity stimulation and sensing with advanced CMOS-MEAs in mixed-mode device-circuit and FEM-circuit environments. The FEM Multiphysics model uses a Poisson-Nernst-Planck equations for the ion drift-diffusion in the cellular fluids, an augmented Hodgkin-Huxley model for the neuron membrane, site-binding models for the MEA’s surface, and conductive polymer theory for the ionic actuators. Simulation models are calibrated and validated by comparing action potential transients to other literature models and experiment results. Different neuron morphologies and coupling conditions have been considered in this work: from 2D-axisymmetric domed and elliptical neurons coupled to single planar or vertical mushroom-like sensing electrodes to 3D multi-compartment retinal ganglion neurons embedded in tissue and coupled to CMOS-MEA electrodes.
Special effort has been spent to define a methodology that derives accurate lumped-element equivalent circuit models starting from the experimentally validated FEM simulations. These compact models are instrumental in estimating the thermal noise and the neuron-to-readout transfer function. The additional noise due to the biological tissue, the electronics, and the cross-talk between the stimulation/recording electrodes, has been evaluated with these tools as well.
Results show that: 1) The FEM model accurately reproduces experimental results and can be used as a design tool to optimize the MEA layout; 2) FEM can foresee phenomena only accessible when combining MEA with optical microscopies, such as the morphology of neurons embedded in a tissue; 3) lumped-element equivalent circuits built according to our methodology speed up simulations without losing accuracy, and gains insight into relevant figures of the neuron-to-readout recording system
Effetti della leva finanziaria nelle operazioni immobiliari
No full textNel corso di questo capitolo illustreremo gli effetti della leva finanziaria
nel contesto degli investimenti immobiliari. Come tale, il capitolo
ha tre obiettivi principali:
1. esaminare l’impatto dell’uso del leverage sulla relazione rischiorendimento
in funzione di due elementi critici:
• il rapporto loan to value;
• lo spread fra i rendimenti unlevered degli investimenti e il
costo del debito;
2. chiarire le circostanze in cui l’uso della leva finanziaria è appropriato;
3. esporre alcune illustrazioni sull’uso della leva finanziaria
Osservazioni sullo schema di decreto legislativo in attuazione della Direttiva (UE) 2019/790 del Parlamento europeo e del Consiglio sul diritto d'autore e sui diritti connessi nel mercato unico digitale - A.G. 295, Audizione in Senato di Wikimedia Italia e Creative Commons Italia
No full textOsservazioni sullo schema di decreto legislativo in attuazione della Direttiva (UE) 2019/790 del Parlamento europeo e del Consiglio sul diritto d’autore e sui diritti connessi nel mercato unico digitale - A.G. 295, Audizione al Senato della Repubblica Italiana di Wikimedia Italia e Creative Commons Italia, 12 ottobre 2021, CC BY-SA 4.0. Presentazione di Iolanda Pensa e Deborah De Angelis; partecipa alla discussione Maurizio Codogno e partecipa alla preparazione dell'audizione Federico Leva
Efficient abstraction of clock synchronization at the operating system level
No full textDistributed embedded systems are emerging and gaining importance in various domains, including industrial control applications where time determinism – hence network clock synchronization – is fundamental. In modern applications, moreover, this core functionality is required by many different software components, from OS kernel and radio stack up to applications. An abstraction layer devoted to handling time needs therefore introducing, and to encapsulate time corrections at the lowest possible level, the said layer should take the form of a timer device driver offering a Virtual Clock to the entire system. In this paper we show that doing so introduces a nonlinearity in the dynamics of the clock, and we design a controller based on feedback linearization to handle the issue. To put the idea to work, we extend the Miosix RTOS with a generic interface allowing to implement virtual clocks, including the newly designed controller that we call FLOPSYNC-3 after its ancestor. Also, we introduce the resulting virtual clock in the TDMH [20] real-time wireless mesh protocol
Performance analysis of operating systems schedulers realised as discrete-time controllers
No full textRecent papers have proposed to design scheduling algorithms entirely as discrete-time controllers, i.e., to refrain from preserving the already installed scheduler, and replace it completely. At the cost of some system re-design impact, this new approach has been proved to yield significant advantages
in terms of code size and simplicity, and above all to open the way to a system-theoretical analysis, thereby permitting to prove relevant properties in a rigorous manner. This manuscript presents some refinements and improvements of an already conceived control structure, allowing for more flexible task management and better comprehension on the part of the
system administrator. A standard benchmark is used to support the necessary performance analysis
A switched control scheme to handle quantisation in the design of high-precision computing system components
No full text- …
