The topic of this thesis is a novel hardware compilation approach called Haydn that combines the benefits of both behavioural and structural methodologies, so that it can support high-level synthesis, design exploration, design extensibility, and optional manual control. The main contributions of this thesis include the Haydn computation model, a parallel programming language called Haydn-C, a description of hardware design patterns based on the proposed approach, algorithms and techniques for automatic transformation, the implementation of a complete design-flow which performs source-level transformation, simulation and hardware synthesis, and finally the evaluation of the proposed language, algorithms and tools. The principal mnovation of the Haydn approach is to enable interleaving of manual design development with an automated scheduling procedure that supports user constraints. Designers can automatically restructure their designs to exploit different constraints, and to explore the best tradeoffs between size and speed. For this purpose, the Haydn C language includes an annotation facility to control the scheduling process. Pipelined and non-pipelined architectures can be generated with resources running at different speeds and with different latencies. To evaluate our approach, we include several case studies, such as Fibonacci number generation, RC2 encryption, posture analysis system, 3D free-form deformation, Gouraud shading, Montgomery multiplication and ID discrete cosine transform. For the 3D free-form deformation case-study, we derive an architecture running at 153MHz which is 328 times faster than software on a dual AMD MP2600+ processor machine running at 2.1GHz.

The application of hardware controllers within safety critical environments is becoming ever more common and complex. With increasing complexity" comes a higher potential for design errors. Hardware design tools such as Electronic Design Automation (EDA) tools, aim to expose these errors using equivalence checking l;Jetween abstract and concrete designs and apply functional property verification, driven by scenarios. Determining these scenarios using test environments, is however, not always straightforward. The EDA tools aid in determining the simulation coverage of test scenarios, but finding corner cases during testing to ensure complete coverage is difficult. Current research in hardware verification aims to find methods that can discover these extremes arid identify errors that reside within the design; one of these approaches employs formal methods. In this research, we determine that an existing Communicating Sequential Processes (CSP) compiler, the Shared Variable Analyser (SVA), is suitable as a basis for our work. SVA is designed for analysing threaded processes that interact with shared global variables. The systems analysed by this custom compiler reflect many of the behavioural concepts within the hardware design language, Very High Speed Integrated Circuit (VHSIC) Hardware Description Language (VHDL). A contribution of the thesis is the definition of formal approach for modelling hardware designs based on the concepts of shared signals. This approach is implemented by extending the SVA compiler; we call this augmentation of the compiler the Shared Variable Analyser for VHDL (SVA4VHDL). Another contribution of the thesis is the automatic generation from VHDL scripts to SVA4VHDL scripts, which are then provided as input to the compiler. This automatic generation ensures that scripts can be generated easily and repeatably without errors.

Future third generation transmission networks will be largely IP based systems. This research addresses the virtual bus architecture, a hierarchical access network offering a broadcast capability for data and signaUing. The appearance of numerous technologies such as voice over r IP, multimedia applications, and video conferencing requires an integrated approach to network design and implementation, supporting multiple types of traffic from multiple sources. This research updates the virtual bus architecture to address these requirements.

Reconfigurable hardware systems offer great potential for improving performance over software through increased parallelism and reduced control overhead. However, the configuration of the hardware is performed statically, restricting the system's ability to adapt to the run-time environment. Thisthesis explores the possibility ot compiling from object code into a reconfigurable hardware structure at run-time to allow the hardware configuration to benefit from the behaviour of the currently executing code.

No description available.

Following the introduction of the microprocessor into the power system protection field, modern microprocessor based numeric relays have developed very rapidly in the last 20 years, and modern power system protection schemes are virtually all based on microcomputers technology. The International Electro-technical Commission (IEC) recently launched the standard IEC61850, “Communication Networks and System in Substation”, which is having a major impact on the structure of new protection systems and schemes. In itself it describes the concepts for sub-station communications covering protection, control and metering functions. However, although it is going to have a major impact on the power systems communications, it will also influence the design of future protection systems. There will also be a host of other opportunities and advantages that can be realised. These include easier upgrading, refurbishment and replacement of sub-station protection. They also provide for greater use of general purpose Intelligent Electronics Devices (IEDs), self-healing systems, and plug and play type facilities. The Ethernet based communication network for data transfer between process level switchyard equipment and bay level IEDs, the process bus, is defined in IEC61850 Section 9-2. This process bus facilitates the communication of two types of real-time, peer-to-peer communication messages. Generic object-oriented substation event messages, the GOOSE messages and the data sample values, SVs which include the measured currents and voltages. Although this standard describes the message structures and the timing requirements, it does not describe the process bus topology. This work describes different LAN topologies that can be used in the design of process bus for protection systems. It considers the implications of the different structures on the operation of the protection scheme and how these relate to the operational strategy of different operators. It provides an assessment of the data handling capabilities of the system and how the demands of the protection system can be met. Several potential problem areas are identified and analyzed. The probabilistic nature of these systems is discussed and the implications explained. It also provides an insight into the implementation of the alternative topologies and their performance when applied to a transmission line feeder protection and transformer protection. The digital substation and the implementation of IEC61850 are fundamental to the future of protection ‘relays’. There are many pointers to the potential directions that these systems will develop and the skills required for the protection engineers of the future. This project is seeking to overcome some of the ownership challenges presented by modern protection and control (P&C) devices, which have an inherent short life due to their dependence on modern electronics and software.

Η επιθυμία του ανθρώπου για ποιοτική και αδιάκοπη επικοινωνία, έχει ωθήσει την τεχνολογία να κάνει άλματα εξέλιξης. Η συνεχής ανάπτυξη των απαιτήσεων των χρηστών των τηλεπικοινωνιακών δικτύων, καθιστά αναγκαία την ανανέωση των τεχνολογιών και ιδιαίτερα την αύξηση του παρεχόμενου εύρους ζώνης, ώστε να συμβαδίζει με τις ανάγκες τους. Γι’αυτό το λόγο τα τελευταία χρόνια έχουν εμφανιστεί οι οπτικές ίνες, που με τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν, κερδίζουν ολοένα και περισσότερο τις αγορές και τους καταναλωτές. Στην παρούσα διπλωματική παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και οι τεχνολογίες που χρησιμοποιεί ένα δίκτυο βασισμένο σε οπτικές ίνες (παθητικό οπτικό δίκτυο – PON). Εξετάζεται τόσο η τεχνολογία TDMA, όσο και η WDMA στα PONs. Η μελέτη γίνεται πάνω στο πρότυπο ΕΡΟΝ (Ethernet-PON), που ορίστηκε ως το καταλληλότερο συγκριτικά με άλλα παρόμοιά του. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζεται η διάθεση εύρους ζώνης στο ανοδικό κανάλι (από τον χρήστη προς το τηλεπικοινωνιακό κέντρο) στα συστήματα ΕΡΟΝ και τι αποτελέσματα και συμπεράσματα μπορούν να ληφθούν. Αρχικά, αναφέρεται μια προηγούμενη μελέτη ενός ΕΡΟΝ η οποία κάνει χρήση του αλγορίθμου IPACT, της περιορισμένης υπηρεσίας (limited service) του αλγορίθμου και υποστηρίζει μονοδιάστατη ανοδική κίνηση δεδομένων. Το δίκτυο ΕΡΟΝ μοντελοποιείται και προσφέρει αποτελέσματα ύστερα από μαθηματική ανάλυση με χρήση της γλώσσας προγραμματισμού C, καθώς και αποτελέσματα με τη χρήση της γλώσσας προσομοίωσης SIMSCRIPT II.5. Στη συνέχεια, περιγράφεται και μοντελοποιείται ένα δίκτυο ΕΡΟΝ που κάνει χρήση της σταθερής υπηρεσίας (fixed service) του αλγορίθμου IPACT και υποστηρίζει πολλαπλές κατηγορίες υπηρεσιών ανοδικής κίνησης δεδομένων με διαφορετικές προτεραιότητες. Και σε αυτή την περίπτωση, το δίκτυο ΕΡΟΝ προσφέρει αποτελέσματα τόσο από ένα αναλυτικό μοντέλο, όσο και από ένα μοντέλο προσομοίωσης. Τέλος, περιγράφεται και μοντελοποιείται ένα δίκτυο όμοιο με το προηγούμενο δίκτυο ΕΡΟΝ, με τη διαφορά να έγκειται στη χρήση της τεχνολογίας WDM στο ΕΡΟΝ. Η μελέτη σε αυτό το τμήμα της εργασίας γίνεται με χρήση επίσης της σταθερής υπηρεσίας (fixed service) του αλγορίθμου IPACT και υποστηρίζει πολλαπλές κατηγορίες υπηρεσιών ανοδικής κίνησης δεδομένων με διαφορετικές προτεραιότητες. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται μια σημαντική αύξηση του διαθέσιμου εύρους ζώνης του ανοδικού καναλιού που προσφέρεται στους χρήστες. Για άλλη μια φορά παρουσιάζονται αποτελέσματα ύστερα από ανάλυση και προσομοίωση του μοντέλου, με χρήση, όπως και προηγουμένως, της γλώσσας προγραμματισμού C και της γλώσσας προσομοίωσης SIMSCRIPT II.5. Τα συμπεράσματα που εξάγονται, ύστερα από τις παραπάνω μελέτες, είναι άξια προσοχής. / In the past few years technology, in the communication field, has made great progress due to the fact that people desire more and more good quality of service. The continuous demand for development of the subscribers using the telecommunication services, necessitates the technological renewal and especially the increase of the available bandwidth. For this reason, optical fibers have appeared in the networking field and they are becoming more known by the users and in the market every day. In this dissertation the advantages and the technologies a network, based on optical fiber uses, are presented. An optical fiber network it is also called Passive Optical Network (PON). The TDMA (Time Division Multiplexing Access) and WDMA (Wavelength Division Multiplexing Access) technologies are examined. The study is based on an EPON (Ethernet-PON) standard, which was chosen as the most suitable among others. More specifically, the available upstream (from the users to the Central Office) bandwidth in an EPON model and the results that can be deduced are examined. In the beginning, a previous study of an EPON which uses the IPACT (Interleaved Polling with Cycle Time) algorithm is reported. The EPON network uses the limited service of the IPACT algorithm and supports a single rate. A specific model of an EPON network is studied and results using the C programming language and the simulation language SIMSCRIPT II.5 are given. Moreover, an EPON network which uses the fixed service of the IPACT algorithm which supports a multi-rate upstream with different priorities is described and modeled. In this case as well, the EPON model network gives results based on analysis and simulation. In the end, a same EPON network, as the one described before, is studied and modeled having as a difference that a WDM technology is used. The fixed service of the IPACT algorithm is used and a multi-rate upstream with different priorities are supported again. With this different technology, an important increase in the available upstream bandwidth which is provided to the users is accomplished. Once again, the results are presented after an analysis and a simulation of the model, using the programming language C and the simulation language SIMISCRIPT II.5. The extracted results which the models can offer are worthy of attention.

Τα οπτικά δίκτυα αποτελούν την αποδοτικότερη επιλογή όσον αφορά την εγκατάσταση ευρυζωνικών δικτύων κορμού, καθώς παρουσιάζουν μοναδικά χαρακτηριστικά μετάδοσης. Διαθέτουν τεράστιο εύρος ζώνης, υψηλή αξιοπιστία, ενώ επίσης έχουν μειωμένο κόστος μετάδοσης ανά bit πληροφορίας σε σχέση με τα υπόλοιπα ενσύρματα δίκτυα. Τις τελευταίες δεκαετίες διατυπώθηκαν οι αρχές μίας τεχνολογίας μετάδοσης πολλαπλών φερουσών, γνωστής ως Ορθογώνια Πολυπλεξία Διαίρεσης Συχνότητας (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM), η οποία στηρίζεται στην πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας, αλλά πετυχαίνει πολύ καλύτερη χρησιμοποίηση του διαθέσιμου εύρους ζώνης. Πρόσφατα και στις οπτικές επικοινωνίες άρχισε να μετατοπίζεται το ενδιαφέρον στην Οπτική Ορθογώνια Πολυπλεξία Διαίρεσης Συχνότητας (O-OFDM), λόγω της προόδου στην κωδικοποίηση και στην ηλεκτρονική ψηφιακή επεξεργασία σήματος (DSP). Οι εξελίξεις αυτές μπορούν να αλλάξουν ριζικά τα οπτικά δίκτυα. Μέσω της πολυπλεξίας υποφερουσών και της δέσμευση μεταβλητού φάσματος, που είναι χαρακτηριστικά της O-OFDM τεχνολογίας, ένα οπτικό μονοπάτι μπορεί να χρησιμοποιεί το απολύτως απαραίτητο φάσμα (αριθμό υποφερουσών) ανάλογα με το μεταδιδόμενο ρυθμό δεδομένων. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται καλύτερη χρησιμοποίηση φάσματος αναιρόντας τον περιορισμό σταθερού πλέγματος των δικτύων πολυπλεξίας μήκους κύματος (WDM). Παράλληλα η αρχιτεκτονική αυτή υποστηρίζει τη δέσμευση χωρητικότητας μικρότερης ή μεγαλύτερης από αυτή ενός μήκους κύματος μέσω της δέσμευσης κατάλληλου αριθμού υποφερουσών από κατάλληλους transponders και μεταγωγείς WXCs. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αντιμετωπίζεται το πρόβλημα της σχεδίασης ευέλικτων OFDM οπτικών δικτύων, όπου οι αιτήσεις εξυπηρετούνται από κατάλληλους transponders όσον αφορά την επιλογή του χρησιμοποιούμενου φάσματος και του επίπεδου διαμόρφωσης. Με δεδομένη την τοπολογίας του δικτύου, τον πίνακα αιτήσεων και των χαρακτηριστικών των transponders, παρουσιάζονται οι μοντελοποιήσεις γραμμικού ακέραιου προγραμματισμού (Integer Linear Programming) για την επίλυση του προβλήματος σχεδίασης διαφανών (transparent) και ημι-διαφανών (translucent) οπτικών OFDM δικτύων λαμβάμνοντας υπόψη τους υπαρκτούς περιορισμούς φυσικού επιπέδου. Σχεδιάζεται λοιπόν, ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης που λαμβάνει υπόψη του τόσο το εύρος ζώνης που χρησιμοποιείται όσο και τον αριθμό των transponders. Από τη στιγμή που το πρόβλημα της δρομολόγησης και δέσμευσης φάσματος (Routing and Spectrum Allocation RSA) είναι ΝP πλήρες (NP-complete), η λύση του προβλήματος γραμμικού ακέραιου προγραμματισμού (ILP) δεν είναι αποδοτική για μεγάλα στιγμιότυπα του προβλήματος. Για το λόγο αυτό, παρουσιάζονται ευριστικοί αλγόριθμοι (heuristic algorithms) για την επίλυση του προβλήματος σχεδίασης διαφανών και ημι-διαφανών οπτικών δικτύων. / We consider the planning problem of a spectrum flexible optical network where traffic is served by flexible transponders that can be tuned in both the spectrum and the modulation format that they utilize. We assume that physical layer impairments are incorporated in the definition of the feasible transmission configurations for the transponders, described by capacity-reach-spectrum-guardband tuples. Given the feasible configurations (tuples) of the transponders and the traffic matrix, we formulate the planning problem of a spectrum flexible optical network considering both the use or not of regenerators in the network. Demands are served for their requested rates by choosing the route, breaking the transmission in more than one connection if needed, placing regenerators if needed, and allocating spectrum to the connections. The connections are separated by appropriate spectrum guardbands so that physical layer interference is kept at acceptable levels. The objective is to serve the traffic and find a solution that is Pareto optimal with respect to the total amount of spectrum utilized and the number of transponders used. We start by presenting algorithms that are based on integer linear programming (ILP) formulations for planning both transparent (without regenerators) and translucent (with regenerators) networks and then we continue by presenting heuristic algorithms. Our heuristic algorithms utilize simulated annealing to tradeoff performance with running time. We use transmission tuples based on studies on OFDM-based networks in our simulation experiments. We initially examine the optimality performance of the heuristic algorithms in small scale experiments. Then we use the heuristic algorithms to study realistic network planning problems and evaluate the spectrum and transponder cost savings that can be obtained by an OFDM-based network as compared to a mixed line rate (MLR) fixed-grid WDM optical network.