Submitted by Cristiane Chim (cristiane.chim@ucpel.edu.br) on 2017-05-04T17:53:07Z No. of bitstreams: 1 CLEITON DA GAMA GARCIA.pdf: 6436597 bytes, checksum: ffbca69d38e039429fb917762baaaf8a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-04T17:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CLEITON DA GAMA GARCIA.pdf: 6436597 bytes, checksum: ffbca69d38e039429fb917762baaaf8a (MD5) Previous issue date: 2016-12-07 / The Ubiquitous Computing, also called UbiComp, has as premise to incorporate computational devices in all places, and active at all times, helping the human in a natural way, and as transparent as possible, minimizing the requirement of intervention of its user, and adjusting its behavior according to the current state of the context of interest of the user. The idea is that, more and more, the physical and digital worlds become one, where services will be offered to users through devices distributed by the environment. Contributing to the materialization of this integration, we have the growing availability of wired or wireless computer networks through which devices can communicate by sharing their contextual states. With this significant growth in connectivity levels, the Internet of Things (IoT) has now been consolidated. In spite of the growing technological development, it was verified the existence of few solutions at the national level that contribute to the freedom of mobility of PCDVs. Considering also that the number of PCDVs in Brazil reaches the significant number of 18.60 % of the population (IBGE, 2010), the central motivation for the creation of the HELIX Project arises, as an approach to promote the accessibility of visually impaired people. Considering this same motivation, the Rectory of the Catholic University of Pelotas, sought the Master’s Degree course in Electronic Engineering and Computing, requesting the development of an alternative focused on serving the members of its community with visual impairment. This promoted that the present dissertation constituted the first academic work of Project HELIX. This dissertation was developed with the general objective of contributing to the Accessibility of PCDVs through a hardware and software architecture that employs the principles of Contextaware Computing, Mobile Computing and the Internet of Things. The design effort of the HELIX Project will consider the software architecture of the EXEHDA middleware as well as its operational principles. The results achieved were promising, and point to the continuity of study and research efforts / A Computação Ubíqua, também chamada de UbiComp, tem como premissa incorporar dispositivos computacionais em todos os lugares, e ativos em todos os momentos, auxiliando o ser humano de forma natural, e o mais transparente possível, minimizando a exigência de intervenção de seu usuário e ajustando o seu comportamento de acordo com o estado atual do contexto de interesse do usuário. A ideia é que, cada vez mais, o mundo físico e o digital se tornem um só, onde serviços serão oferecidos para os usuários através de dispositivos distribuídos pelo ambiente. Contribuindo para a materialização desta integração, tem-se a crescente disponibilização de redes de computadores com ou sem fio através das quais dispositivos podem se comunicar compartilhando seus estados contextuais. Com este significativo crescimento dos níveis de conectividade, vem se consolidando atualmente a Internet das Coisas (IoT). Apesar do crescente desenvolvimento tecnológico, constatou-se a existência de poucas soluções no âmbito nacional que contribuam com a liberdade de mobilidade das Pessoas Com Deficiência Visual (PCDVs). Considerando também que, o número de PCDVs no Brasil atinge a significativa cifra de 18,60 % da população (IBGE, 2010), surge a motivação central para a criação do Projeto HELIX, enquanto uma abordagem para promover à acessibilidade de portadores de deficiência visual. Sensível a esta mesma motivação a Reitoria da Universidade Católica de Pelotas, procurou o Mestrado de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica e Computação solicitando o desenvolvimento de uma alternativa focada em atender os membros de sua comunidade com deficiência visual. Isto promoveu que a presente dissertação constituísse o primeiro trabalho acadêmico do Projeto HELIX. Esta dissertação foi desenvolvida com objetivo geral de contribuir para com a acessibilidade de PCDVs através de uma arquitetura de hardware e software que emprega os princípios da Computação Ciente de Contexto, da Computação Móvel e da Internet das Coisas. O esforço de concepção do Projeto HELIX considera a arquitetura de software do middleware EXEHDA, bem como seus princípios operacionais. Os resultados atingidos se mostraram promissores, e apontam para continuidade dos esforços de estudo e pesquisa.

Submitted by Cristiane Chim (cristiane.chim@ucpel.edu.br) on 2017-02-09T11:47:21Z No. of bitstreams: 1 DOUGLAS ADALBERTO SCHEUNEMANN.pdf: 5931504 bytes, checksum: c30746e845003aab58ead827e2769fbd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-09T11:47:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DOUGLAS ADALBERTO SCHEUNEMANN.pdf: 5931504 bytes, checksum: c30746e845003aab58ead827e2769fbd (MD5) Previous issue date: 2016-12-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES# / #2075167498588264571# / #600 / The Internet of Things (IoT) has influenced the development of computational systems, enabling a more proactive interaction with users, expanding features as mobility and availability. In this scenario increases the demand for applications that can recognize the user’s context and can provide situation based services. The identification of situations is a research challenge for applications in the IoT, given the complexity of the relationships that must be established and processed. Data from several sources can be used for contextual processing, which can occur in multiple steps and involve different techniques based on specification, learning or hybrid models in which both are combined. The use of middleware is highlighted in the literature as a way of treating heterogeneous devices in the IoT and also to make more transparent the contextual processing for the applications. However, for a middleware be independent of the application domain is necessary to add in its architecture layers that allow the management of software components used in contextual processing and still allow the composition of different contextual processing flows. Considering this demand, the aim of this work is to design an architecture for management and composition of hybrid contextual processing flows to provide situation awareness for IoT applications. One of the premises of the architecture is its integration with the middleware EXEHDA (Execution Environment for Highly Distributed Applications). The evaluation of the architecture was done through two scenarios of use, one in the area of cardiac rehabilitation and another in the area of management of hospital environments. The results obtained were promising, pointing to the continuity of the research. / A Internet of Things (IoT) vem influenciando a maneira como os sistemas computacionais são desenvolvidos, possibilitando uma interação mais proativa com os usuários, expandindo características de mobilidade e disponibilidade. Nesse cenário, cresce a demanda por aplicações que possam reconhecer o contexto do usuário e fornecer serviços baseados em sua situação. A identificação de situações representa um desafio de pesquisa para aplicações em IoT, dada a complexidade das relações que precisam ser estabelecidas e processadas até que se obtenha informações no nível de abstração suficiente para a identificação das situações de interesse das aplicações. Dados de diversas fontes podem ser utilizados durante o processamento contextual, o qual pode ocorrer em múltiplas etapas e envolver diferentes técnicas, baseadas em especificação, aprendizado ou em modelos híbridos onde ambas são combinadas. O uso de middlewares é destacado na literatura como uma forma de tratar a heterogeneidade de dispositivos na IoT e também para tornar o processamento contextual mais transparente para as aplicações. No entanto, para que um middleware seja independente do domínio de aplicação é necessário acrescentar em sua arquitetura camadas que permitam o gerenciamento dos componentes de software aplicados no processamento contextual, e que possibilitem ainda a composição de diferentes fluxos de processamento contextual. Considerando esta demanda, o objetivo desta dissertação é a concepção de uma arquitetura voltada para o gerenciamento e composição de fluxos de processamento contextuais híbridos para prover ciência de situação para aplicações em IoT. Uma das premissas da arquitetura é a sua integração com o middleware EXEHDA (Execution Environment for Highly Distributed Applications). A avaliação da arquitetura foi feita através de dois cenários de uso, um na área de reabilitação cardíaca e outro na área de gerenciamento de ambientes hospitalares. Os resultados obtidos se mostraram promissores, apontando para continuidade da pesquisa.

Submitted by Cristiane Chim (cristiane.chim@ucpel.edu.br) on 2017-02-10T11:37:48Z No. of bitstreams: 1 pedro luis.pdf: 2493331 bytes, checksum: 38fdc4ec8b3fee0815ba222c508dc8d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-10T11:37:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedro luis.pdf: 2493331 bytes, checksum: 38fdc4ec8b3fee0815ba222c508dc8d4 (MD5) Previous issue date: 2016-12-05 / The matrix inversion calculation is present in several applications in the area of Signal Processing. Among these applications, the adaptive filtering, based on the algorithm of Affine Projections, includes the calculation of matrix inversion, which adds a high computational complexity. There are several algorithms for calculating matrix inversion. The complexity of the algorithm is associated with the size of the matrix, which varies according to the target application. This dissertation proposes the implementation in dedicated hardware of the analytical algorithm of matrix inversion. This algorithm is most appropriate for the implementation of a 2x2 size matrix, which is the appropriate size for an implementation of the algorithm of Affine Projections for several practical applications. In the matrix inversion block, the divisor circuit is that adds the highest computational complexity. Among the division algorithms from the literature, algorithms based on functional iterations are considered the fastest, because they are able to take advantage of high speed multipliers to converge in a quadratic form to a result. Among the algorithms based on functional iterations, Newton-Raphson and Goldschmidt algorithms are the most used algorithms. However, the Goldschmidt algorithm has been more used in applications that demand high processing speed, because unlike the Newton-Raphson algorithm, where the multiplications are dependent on each other, in the Goldschmidt algorithm the multiplications are performed in parallel. In this work, it is proposed the hardware implementation of an efficient divisor circuit based on the Goldschmidt algorithm. The divider circuit uses a radix-4 multiplier from the literature, which is more efficient in terms of power dissipation, when compared to the divider circuit using the multiplier from the synthesis tool. The proposed divider circuit increases the range of operating values by using the Q7.8 standard, which allows values between -127.99609375 and +127.99609375, rather than the original Goldschmidt divider, which supports a narrow range of values between 1 and 2. The main results show that the use of the proposed efficient Goldschmidt divider circuit makes the matrix inverter circuit with a lower power dissipation, which becomes an attractive for a future implementation of the complete affine projections algorithm in dedicated hardware. / O cálculo de inversão de matrizes está presente em várias aplicações da área de Processamento de Sinais. Entre essas aplicações, a filtragem adaptativa, baseada no algoritmo de Projeções Afins, inclui o cálculo de inversão de matrizes, que agrega uma elevada complexidade computacional. Existem vários algoritmos para o cálculo de inversão de matrizes. A complexidade do algoritmo está associada ao tamanho da matriz, que varia de acordo com a aplicação alvo. Essa dissertação propõe a implementação em hardware dedicado do algoritmo analítico de inversão de matrizes. Esse algoritmo é o mais apropriado para a implementação de uma matriz de tamanho 2x2, que é o tamanho adequado para uma implementação do algoritmo de Projeções Afins para diversas aplicações práticas. No bloco de inversão de matriz, o circuito divisor é o que agrega a maior complexidade computacional. Dentre os algoritmos de divisão presentes na literatura, os algoritmos baseados em iterações funcionais são considerados os mais rápidos, pois são capazes de tirar proveito de multiplicadores de alta velocidade, para convergir de forma quadrática para um resultado. Dentre os algoritmos baseados em iterações funcionais, destacam-se os algoritmos de Newton-Raphson e de Goldschmidt. Entretanto, o algoritmo de Goldschmidt tem sido mais utilizado em aplicações que demandam alta velocidade de processamento, pois ao contrário do algoritmo Newton-Raphson, onde as multiplicações são dependentes umas das outras, no algoritmo Goldschmidt as multiplicações são realizadas em paralelo. Nesse trabalho, propõe-se a implementação em hardware de um circuito divisor eficiente baseado no algoritmo Goldschmidt. O circuito divisor usa um multiplicador na base 4 da literatura, que torna o divisor mais eficiente em termos de dissipação de potência, quando comparado ao circuito divisor usando o multiplicador da ferramenta de síntese. O circuito divisor proposto aumenta a faixa de valores de operação através do uso do padrão Q7.8, que permite valores entre -127.99609375 e +127.99609375, ao contrário do divisor Goldschmidt original, que admite uma estreita faixa de valores ente 1 e 2. Os principais resultados mostram que o uso do divisor Goldschmidt eficiente proposto torna o circuito inversor de matriz com uma menor dissipação de potência, o que se torna um atrativo para uma futura implementação da arquitetura completa do algoritmo de Projeções Afins.

Submitted by Cristiane Chim (cristiane.chim@ucpel.edu.br) on 2017-02-13T12:39:14Z No. of bitstreams: 1 RENATO HARTWIG NEUENFELD.pdf: 1118711 bytes, checksum: 8e3e693c9c6a6328935397f57a1da60c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-13T12:39:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RENATO HARTWIG NEUENFELD.pdf: 1118711 bytes, checksum: 8e3e693c9c6a6328935397f57a1da60c (MD5) Previous issue date: 2016-12-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES# / #2075167498588264571# / #600 / In the FFT computation, the butterflies play a central role, since they allow calculation of complex terms. In this calculation, involving multiplications of input data with appropriate coefficients, the optimization of the butterfly can contribute for the reduction of power consumption of FFT architectures. In this work, different and dedicated structures for the 16 bit-width radix- 2, radix-4 and split-radix DIT butterflies are implemented, where the main goal is to minimize the number of arithmetic operators in order to produce power-efficient structures. Firstly, we improve a radix-2 butterfly previously presented in literature, reducing one adder and one subtractor in the structure. After, part of this optimized radix-2 butterfly is used to reduce the number of real multipliers in both radix-4 and split-radix butterflies. In this work, multi-operands addition schemes were exploited in order to improve the efficiency of the FFT butterflies. Combinations of simultaneous addition of 3, 5 and 7 operands are inserted in the structures of the butterflies in order to produce power-efficient structures. For the multi-operand additions, Carry Save Adder (CSA), and adder compressors are used. The main results show that the use of part of the optimized radix-2 into the radix-4 and split-radix leads to the reduction of power consumption for these structures. Moreover, the use of Carry Save Adder reduces still more the power dissipation of the optimized butterflies structures / No cálculo da Transformada Rápida de Fourier (FFT - Fast Fourier Transform), as borboletas desempenham um papel principal, uma vez que elas permitem o cálculo dos termos complexos. Neste cálculo, envolvendo multiplicações de dados de entrada com coeficientes apropriados, a otimização da borboleta pode contribuir para a redução da dissipação de potência em arquiteturas FFT. Nesse trabalho são implementadas estruturas dedicadas de borboletas radix-2, radix-4 e split-radix com decimação no tempo, para dados de 16 bits de largura, onde o objetivo principal é reduzir o número de operadores aritméticos, a fim de produzir estruturas mais eficientes em termos de dissipação de potência. Primeiramente foi otimizada a estrutura da borboleta radix-2 apresentada na literatura, reduzindo um circuito somador e um subtrator nessa estrutura. Após, parte desta borboleta radix-2 otimizada foi usada para reduzir o número de multiplicadores reais nas borboletas radix-4 e split-radix. Neste trabalho também foram explorados esquemas de adição simultânea de vários operandos, a fim de melhorar a eficiência dessas borboletas FFT. Combinações de somas simultâneas de 3, 5 e 7 operandos são inseridos nas estruturas das borboletas, a fim de produzir estruturas de baixa dissipação de potência. Para tal, foram utilizadas arquiteturas de somadores do tipo Carry Save Adder (CSA) e somadores compressores. Os principais resultados mostram que o uso de parte da borboleta radix-2 otimizada nas borboletas radix-4 e split-radix, leva à redução da dissipação de potência nessas estruturas. Além disso, a utilização de somadores do tipo Carry Save reduz ainda mais a dissipação de potência nas estruturas das borboletas otimizadas. Palavras-chave: FFT. radix-2. radix-4. split

Submitted by Cristiane Chim (cristiane.chim@ucpel.edu.br) on 2017-02-14T11:02:21Z No. of bitstreams: 1 JulianoRB.pdf: 1568199 bytes, checksum: d4d56c5973ce16deee6885df8b5cc27f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-14T11:02:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JulianoRB.pdf: 1568199 bytes, checksum: d4d56c5973ce16deee6885df8b5cc27f (MD5) Previous issue date: 2016-12-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES# / #2075167498588264571# / #600 / Acoustic echo is a phenomenon caused by the reflection of sound when it is perceived by its emission source with some delay. It appears in full duplex communication systems in a detrimental manner to the interaction between the speakers, reducing the intelligibility of exchanged information. Because it is a very unpleasant effect, acoustic echo attenuation or canceling procedures, if possible, become necessary procedures to mitigate such phenomenon. Several techniques have been reported in the literature in order to cancel acoustic echo, which includes the application of structures based on adaptive filtering. Typically, strategies where the adaptive filtering is used, it is assumed that the path traveled by the acoustic echo can be modeled as a linear time-invariant system. However, because the elements that form such a path, such as amplifiers and speakers, present non-linear characteristics, linear models fail to adequately represent the whole path traveled by the acoustic echo. In recent approaches it has been assumed that the echo response should obey non-linear and non-stationary models, whereas in acoustic environments the signal to be modeled can be modified by the movement of people and objects. Thus, the appropriate response representation model becomes essential for satisfactory adaptive system’s performance on echo identification and cancellation. This work aims to propose a new technique in the nonlinear and time variant estimation from the application of the Kalman filtering theory, which presents a good answer in the identification of non-stationary systems, in a Hilbert Space defined by Reproductive Kernel, where linearity can be treated linearly, using as an example of application the cancellation of acoustic echo / O eco acústico é um fenômeno causado pela reflexão do som quando este é percebido por sua fonte emissora com algum atraso, agindo, nos sistemas de comunicação full duplex de forma prejudicial na interação entre os interlocutores, ocasionando a redução da inteligibilidade das informações trocadas. Dessa forma, por se tratar de um efeito bastante desagradável, faz-se necessária a aplicação de procedimentos cuja finalidade seja atenuar, ou se possível, eliminar tal fenômeno. Diversas técnicas têm sido apresentadas na literatura com o objetivo de cancelar o eco acústico, onde se destaca a aplicação de estruturas baseadas na filtragem adaptativa. Normalmente, em estratégias onde a filtragem adaptativa é utilizada, assume-se que o caminho percorrido pelo eco acústico pode ser modelado como um sistema linear e invariante no tempo. Entretanto, em virtude do conjunto de elementos que formam tal caminho, tais como os amplificadores e os alto-falantes, apresentarem características não lineares, os modelos lineares não conseguem representar de forma adequada todo o caminho percorrido pelo eco acústico. Considerando que em ambientes acústicos o sinal a ser modelado pode ser modificado pela circulação de pessoas e movimentação de objetos, em recentes abordagens, têm-se assumido que a resposta do eco deve obedecer a modelos não lineares e não estacionários. Dessa forma, o modelo adequado de representação da resposta se torna fundamental para que o sistema adaptativo utilizado na identificação e cancelamento do eco tenha um desempenho satisfatório. Este trabalho propõe uma nova técnica na estimação não linear e variante no tempo a partir da aplicação da teoria de filtragem de Kalman, que apresenta uma boa resposta na identificação de sistemas não estacionários, em um Espaço de Hilbert definido por Kernel Reprodutivo, onde a não linearidade poderá ser tratada de forma linear, utilizando como exemplo de aplicação o cancelamento do eco acústico. Palavras