Un Sistema de Tiempo Real (STR) debe garantizar que sus resultados, además de correctos, cumplan también con un conjunto de restricciones temporales. En general, esto implica asegurar que sus tareas finalicen su ejecución antes de un vencimiento. Para cumplir esto, la predictibilidad y el determinismo adquieren suma importancia. El campo de aplicación clásico de los STR ha sido la industria, como por ejemplo la aviónica, la exploración espacial, equipamiento médico, sistemas de control, etc. Todos estos sistemas tienen en común el de ser de misión crítica, donde un fallo tiene consecuencias graves, como pérdidas materiales y económicas, daños al medio ambiente o poner en riesgo la vida humana. Por lo general estos sistemas son estáticos, y utilizan arquitecturas de hardware y algoritmos de efectividad comprobada. En muchas ocasiones su diseño e implementación es ad-hoc. Sin embargo, en las últimas décadas el campo de aplicación de los STR se ha extendiendo. En la actualidad son utilizados en ámbitos y productos de lo más variados: electrodomésticos, productos electrónicos de consumo, telefonía celular, automóviles, comunicaciones, sistemas de reservas de pasajes, etc. Muchos de estos sistemas están constituidos tanto por tareas críticas como por tareas no-críticas. Un fallo en la ejecución de las primeras tiene consecuencias graves, en tanto que el incumplimiento de las restricciones temporales de las últimas afecta la calidad de servicio esperada. Es vital entonces que las tareas no-críticas no afecten la correcta ejecución de las tareas críticas. Un STR con estas características se denomina heterogéneo. En los últimos años, gracias al incremento de la potencia de cálculo de los microprocesadores, y la reducción de sus costos, el número de STR que permiten que coexistan estos dos conjuntos de tareas ha aumentado. Para lograr una correcta ejecución de un STR heterogéneo, se requiere de técnicas que calculen y administren en línea, el tiempo ocioso disponible. De esta manera, el planificador puede mantener la garantía decumplimiento de las constricciones temporales de las tareas críticas, y al mismo tiempo brindar una atención aceptable a las tareas sin requerimientos estrictos. En la actualidad, microprocesadores más potentes abren la posibilidad de implementar estos métodos incluso en sistemas que antaño contaban con muy baja potencia de cálculo. Sin embargo, la sobrecarga que agregan no es despreciable, por lo que reducir el costo computacional de estos métodos sigue siendo de suma utilidad, aún cuando se dispone de hardware con mayor capacidad de computo. Existe una amplia literatura que aborda la problemática de la planificación de STR heterogéneos. Sin embargo, existe una brecha significativa entre los desarrollos teóricos en la disciplina, y las técnicas efectivamente utilizadas en la industria. Es necesario poder comprobar el costo real y las ventajas y desventajas objetivas de implementar los modelos teóricos de punta. Muchos modelos teóricos no tienen en cuenta costos adicionales presentes en implementaciones concretas. Estos son comúnmente considerados despreciables en la modelización, a fin de simplificar el análisis, la evaluación y el desarrollo del sistema. Como consecuencia, en la implementación real se estos parámetros se sobrestiman, lo que resulta en una menor eficiencia del sistema. Un ejemplo común es el uso de microprocesadores con una capacidad de cálculo por encima de la realmente requerida, lo que impacta negativamente en el consumo de energía y en los costos. Un modelo más detallado en la etapa de diseño, implementación y verificación, permitiría mejorar el desempeño del sistema final, sin abandonar la garantía de predictibilidad temporal. Igualmente importantes, se deben contar con técnicas y herramientas que permitan implementar estos modelos métodos teóricos de manera eficiente. La presente tesis se basa en la hipótesis de que los STR heterogéneos pueden ser eficaces en la planificación de sus conjuntos de tareas y en el uso de sus recursos computacionales. Bajo esta premisa, se presentan nuevos modelos y mejoras a modelos ya existentes, junto con simulaciones, pruebas y desarrollos necesarios para su verificación. El trabajo se basa fuertemente en la implementación práctica de los resultados teóricos, identificando las dificultades reales que su puesta en práctica trae aparejado. De esta manera, se busca reducir la brecha existente entre los resultados obtenidos por la investigación científica en la disciplina de los STR, y aquello concretamente utilizado e implementado realmente en la industria, la investigación y el desarrollo tecnológico. / A Real-Time System (RTS) must warrant that its results are correct and fulfill a set of temporal restrictions. This implies that each task completes its execution before a specific deadline. In order to accomplish this, the predictibility and determinism of the system as a whole is very important. These kind of systems are used in several industries, like aircraft avionics, space exploration, medical equipment, etc., which are mission critical. A failure in this systems could have catastrophic consequences, like loss of human lives. Most of the time the design and implementation of these systems is ad-hoc. In the last decades, thanks to the growth and sophistication of embedded systems, the application domain of the RTS increased. Nowdays they can be found on consumer electronics, cellphones, communications systems, cars, etc. A lot of these new kind of real-time systems are composed of both critical and noncritical tasks. A failure in the execution of the former have severe consequences, but a missed deadline of the later only affects the quality of service. Such a RTS is known as a heterogeneus one. In order to accomplish a correct execution of a heterogeneus RTS, methods and techniques that calculates and manages the system idle-time are needed. With these tools, the system scheduler can guarantee that all the time-critical tasks fulfill their deadlines. Nonetheless, these techniques add an execution overhead to the system. Although severalworks in the literature proposes solutions for many of the scheduling problems in a heterogeneus RTS, a gap exists between these results and what is actually used and implemented in the industry. Many theoretical models do not take into account the additional costs present in a concrete implementation. These are commonly considered negligible in order to simplify the analysis, evaluation and development of the system. As a consequence, some parameters are overestimated, resulting in reduced system efficiency. A common scenario is the use of microprocessors more powerful than required, with negative impact on energy consumption and production costs. A more detailed model in the design and implementation stage could improve the performance of the final system, without abandoning the guarantee of temporal predictability. Equally important, there must be techniques and tools that allow the implementation of these theoretical results. The working hipothesis of this thesis is that a heterogeneus RTS could be efficient in the scheduling of their tasks and resources. Following this premise, new models and improvements to existing ones are presented, in conjunction with several simulations and implementations of the theoretical results, in order to identify the real difficulties that the implementation brings about. This seeks to reduce the gap between the scientific research in the discipline of RTS and what actually implemented in the industry.

En esta tesis se investigaron modelos de simulación en tiempo real para animaciones de superficies líquidas, basados en un modelo de Lattice Boltzmann de la física de aguas superficiales. La implementación de dichos modelos permitió implementar un motor físico capaz de producir escenas de estanques o aguas abiertas, cuya superficie reacciona a las perturbaciones introducidas interactivamente por el usuario. Estas perturbaciones pueden ser por ejemplo la agitación provocada por un objeto movible (hélice, barco u otro objeto definido mediante una triangulación arbitraria), u otro tipo de perturbaciones externas, como por ejemplo efectos de lluvia. Un aspecto significativo del modelo investigado fue el tratamiento de bordes y obstáculos internos móviles, que intervienen como condiciones de contorno en el esquema numérico. Se implementó para ello un modelo completo de interacción fluido-objeto que simula en forma flexible escenarios de ondas producidas por embarcaciones, reflejos del frente de onda en puentes, y otras situaciones de interés en animación, tanto para la animación de efectos especiales como para simuladores de entrenamiento náutico. En particular, se propuso una estrategia novedosa para el cálculo de la fuerza de flotabilidad basada en la integral de la presión del fluido sobre la superficie sumergida del objeto. El método propuesto es más versátil y exacto que otros esquemas que estiman el volumen y aproximan el centro de carena, y es muy fácil de incorporar a cualquier implementación de simulación de fluidos basada en grillas. Los tiempos de cálculo obtenidos son razonables y permiten utilizar el método en aplicaciones de computación gráfica interactivas con una adecuada tasa de cuadros por segundo en equipos de cómputo convencionales. La validación se realizó con escenarios tridimensionales, mostrando muy buena concordancia con otras simulaciones y métodos numéricos más sofisticados y que consumen muchos más recursos. El modelo completo de simulación está disponible en Internet1 para ser utilizado como biblioteca y ha sido descargado más de 4.000 veces con visitas de Croacia, EEUU, Rusia y Turquía. Adicionalmente, los videos generados a partir de esta tesis, han conseguido más de 21.000 visitas en el sitio Youtube. La facilidad de uso del módulo ha hecho que se utilice en aplicaciones de campos tan variados como el arte escénico, la domótica o los videojuegos. Clasificación (ACM CSS 1998): I.3.5 Computer Graphics - Computational Geometry and Object Modeling, Physically based modeling. I.3.7 Computer Graphics - Three-Dimensional Graphics and Realism, Animation. Palabras clave: LBM, Animación basada en física, Computación Gráfica, Simulación de superficies de fluido / This thesis presents the research results of real-time algorithms for interactive liquid surfaces animation, based on a Lattice Boltzmann model which represents the surface-water interface equations. These results are developed and thoroughly tested, resulting in a physical engine able to produce dynamic scenes of ponds or open waters, with surfaces that react to the perturbations introduced interactively by the users. Examples of these perturbations are the agitation induced by moving objects (ships, propellers, or any specific object defined by an arbitrary triangulation), or other type of external perturbation, like rain drops. A major topic developed in this work was the treatment of fixed and dynamic borders, like bridges’ columns or boats, which are represented as dynamic boundary conditions or external forces that interact with the numeric simulation. The solution led to a complete model for fluid-structure interaction (i.e., fluid-to-structure and structure-to fluid) that provides flexible representations of waves produced by boats, wave reflections in bridges, and other situations of interest in computer animation, either for the creation of special effects or in the graphic support of nautical training simulators. In particular, a novel strategy for the calculation of the buoyancy force was introduced, based in the integration of the hydrostatic pressure over the solid immersed surfaces. The proposed method is more versatile and accurate than other schemes based on the tracking of the center of buoyancy, and it is very easy to implement in grid based representations. Even though the main purpose of this work was aimed to produce physically and visually accurate simulations, the resulting implementation achieves reasonable calculation times. Thus, the application of this model in interactive computer graphics achieves an adequate frame rate using conventional desktop computers without losing accuracy, using more efficiently the computational resources than other more sophisticated numerical methods. The engine is freely available on the Internet2 as a library, which was downloaded more than 4,000 times including visits from Croacia, USA , Russia and Turkey. Additionally, the videos generated using the product of the present thesis have been viewed by more than 21,000 visits in YouTube. The flexibility of the engine was demonstrated in the variety of applications generated from it, like scenic art, domotics and videogames. Clasification (ACM CSS 1998): I.3.5 Computer Graphics - Computational Geometry and Object Modeling, Physically based modeling. I.3.7 Computer Graphics - Three-Dimensional Graphics and Realism, Animation. Keywords: LBM, Physics based animation, Computer Graphics, Surface waters.

En la actualidad, el desarrollo de sistemas que permitan la interacción ser humano - computador es un tema que es ampliamente abordado en diversas campos. Dispositivos tales como el Iphone, Ipad, la Samsung Galaxy Tab, entre otros, poseen aplicaciones de uso sencillo e intuitivo, brindando al usuario una experiencia de mayor realismo. Algunas de las aplicaciones más exitosas se dan en el sector del entretenimiento: El XBox 360, Nintendo Wii, Play Station 3 y 4 con sus diversos accesorios (cámaras, controladores, etc.) ofrecen juegos que interactuan con el ser humano en tiempo real. En medio de este contexto y conociendo del interés que existe por la investigación y desarrollo de sistemas en visión por computador, en la presente tesis se muestra el desarrollo de un sistema que permite la interacción ser humano - computador. Este sistema permite la detección y seguimiento de un objeto esférico en tiempo real, esto a través de una interfaz en la cual el usuario puede percibir el seguimiento de una esfera y cuyos movimientos son captados por una cámara de video. El planteamiento de la solución está inspirado en el sistema Play Station Move, el cual permite el seguimiento de una esfera ubicada en un controlador de movimiento, brindando al usuario una mayor sensación de realismo y control de las acciones realizadas. No obstante, y a diferencia del sistema desarrollado por Play Station, el presente estudio no hace uso de acelerómetros para el seguimiento planteado. El sistema a desarrollar opera bajo condiciones de precisión y tiempo de procesamiento que permite una interacción aceptable con el usuario, y se centra en el desarrollo e implementación de algoritmos matemáticos (en lenguaje C) en tiempo real que permiten la detección y seguimiento del objeto esférico. Para la interfaz computador - cámara de video se utiliza una librería ya existente, previamente desarrollada en el laboratorio de DSP, la cual a su vez está basada en la librería ffmpeg.

El estándar HEVC (High Efficiency Video Coding por sus siglas en inglés) introduce nuevos elementos y técnicas en las diferentes etapas del codificador/decodificador, con el objetivo de conseguir mejoras significativas en la eficiencia de compresión. En relación a la fase de predicción de vectores de movimiento (MV del inglés Motion Vector), el estándar ha propuesto una técnica referida como AMVP (Advanced Motion Vector Prediction por sus siglas en inglés) que supone una mayor complejidad computacional que la fase de predicción implementada en el estándar previo (H.264/AVC), a costa de un ahorro considerable en términos de bit-rate y tiempo de ejecución. Por otro lado, algoritmos y técnicas independientes que consiguen mejoras en el software de referencia del presente estándar se han venido proponiendo en el campo de estudio; siendo uno de estos el algoritmo DSR (del inglés Dynamic Search Range) el cual responde a la determinación del rango de búsqueda y consigue una notable reducción en el tiempo de ejecución del proceso de estimación de movimiento (ME del inglés Motion Estimation). Consecuentemente, la presente propuesta plantea el desarrollo de una arquitectura en hardware (HW) de la etapa inicial del proceso ME del codificador HEVC, con la finalidad de reducir la carga computacional del mismo. Este primer paso engloba la determinación de los MVs predictores y el cálculo del rango de búsqueda. En base a ello, se ha conseguido diseñar una arquitectura que atiende a dichos procesos fundado en los algoritmos AMVP y DSR, respectivamente. Asimismo, la arquitectura propuesta resuelve problemas de dependencia presentes en la etapa inicial del ME con la etapa ME propiamente dicha, lo cual permite potenciar el desempeño general. Los resultados de síntesis demuestran que la arquitectura alcanza procesar secuencias de video con calidad ultra alta definición, referido también como UHD (siglas del término en inglés Ultra High Definition) superando los recuadros por segundo requeridos para operar en tiempo real. Específicamente, el diseño logra una tasa de procesamiento de 72 recuadros por segundo para secuencias 8K (7680x4320) con espacio de color YCbCr, en un FPGA de la familia Kintex 7.

El presente proyecto de fin de carrera tiene como fin la implementación de las reglas y la lógica de control de un videojuego que permite contar una historia a través de sus personajes. Se exploran características de juego de rol (RPG), centrándose en el control y la evolución de un personaje a través del tiempo en un contexto narrativo; y características de un juego de estrategia real (RTS), presentando un entorno donde se enfatizan desafíos estratégicos, tácticos y logísticos. En el primer capítulo se presenta la problemática y el contexto que sugiere la implementación de la lógica de control de un videojuego de las características señaladas en el primer párrafo. Además se propone una solución luego de presentar los conceptos principales que faciliten la comprensión del presente documento y un análisis cronológico de la evolución de los elementos de juego de rol y estrategia en tiempo real a través de los juegos más representativos de ambos géneros según el autor. En el segundo capítulo se realiza un análisis de viabilidad del proyecto y se identifican los requerimientos de la solución propuesta, según la metodología seleccionada, que sirven para presentar en el tercer capítulo el diseño de la solución. El diseño comprende la arquitectura de software y la exploración de cada una de las componentes que la integran y finalmente, el diseño del sistema de directorios y eventos que configuran el videojuego. En el cuarto capítulo se presentan las herramientas, tecnología y estándares de programación usadas para la construcción de la solución. Además se proponen las pruebas automatizadas y las pruebas de regresión para la verificación de las exigencias del producto. Finalmente en el quinto capítulo se presentan las observaciones del proyecto donde se evalúa la escalabilidad de la solución y las recomendaciones para la implementación de nuevas funcionalidades en trabajos futuros. Las conclusiones finales son expuestas en el contexto de los resultados esperados y los objetivos planteados al inicio del proyecto.

Las labores de organizaciones especializadas como ITU-T Video Coding Experts Group e ISO/IEC Moving Picture Experts Group han permitido el desarrollo de la codificación de video a lo largo de estos años. Durante la primera década de este siglo, el trabajo de estas organizaciones estuvo centrado en el estándar H.264/AVC; sin embargo, el incremento de servicios como transmisión de video por Internet y redes móviles así como el surgimiento de mayores resoluciones como 4k u 8k llevó al desarrollo de un nuevo estándar de codificación denominado HEVC o H.265, el cual busca representar los cuadros de video con menor información sin afectar la calidad de la imagen. El presente trabajo de tesis está centrado en el módulo de Estimación de Movimiento Fraccional el cual forma parte del codificador HEVC y presenta una elevada complejidad computacional. En este trabajo, se han tomado en cuenta las mejoras incluidas por el estándar HEVC las cuales radican en los filtros de interpolación empleados para calcular las muestras fraccionales. Para verificar el algoritmo, se realizó la implementación del mismo utilizando el entorno de programación MATLAB®. Este programa también ha permitido contrastar los resultados obtenidos por medio de la simulación de la arquitectura. Posteriormente, se diseñó la arquitectura teniendo como criterios principales la frecuencia de procesamiento así como optimizar la cantidad de recursos lógicos requeridos. La arquitectura fue descrita utilizando el lenguaje de descripción de hardware VHDL y fue sintetizada para los dispositivos FPGA de la familia Virtex los cuales pertenecen a la compañía Xilinx®. La verificación funcional fue realizada por medio de la herramienta ModelSim empleando Testbenchs. Los resultados de máxima frecuencia de operación fueron obtenidos por medio de la síntesis de la arquitectura; adicionalmente, por medio de las simulaciones se verificó la cantidad de ciclos de reloj para realizar el algoritmo. Con estos datos se puede fundamentar que la arquitectura diseñada es capaz de procesar secuencias de video HDTV (1920x1080 píxeles) a una tasa de procesamiento mayor o igual a 30 cuadros por segundo.

In recent years, the number of applications of model predictive control (MPC) is rapidly increasing due to the better control performance that it provides in comparison to traditional control methods. However, the main limitation of MPC is the computational e ort required for the online solution of an optimization problem. This shortcoming restricts the use of MPC for real-time control of dynamic systems with high sampling rates. This thesis aims to overcome this limitation by implementing high-performance MPC solvers for real-time control of fast systems. Hence, one of the objectives of this work is to take the advantage of the particular mathematical structures that MPC schemes exhibit and use parallel computing to improve the computational e ciency. Firstly, this thesis focuses on implementing e cient parallel solvers for linear MPC (LMPC) problems, which are described by block-structured quadratic programming (QP) problems. Speci cally, three parallel solvers are implemented: a primal-dual interior-point method with Schur-complement decomposition, a quasi-Newton method for solving the dual problem, and the operator splitting method based on the alternating direction method of multipliers (ADMM). The implementation of all these solvers is based on C++. The software package Eigen is used to implement the linear algebra operations. The Open Message Passing Interface (Open MPI) library is used for the communication between processors. Four case-studies are presented to demonstrate the potential of the implementation. Hence, the implemented solvers have shown high performance for tackling large-scale LMPC problems by providing the solutions in computation times below milliseconds. Secondly, the thesis addresses the solution of nonlinear MPC (NMPC) problems, which are described by general optimal control problems (OCPs). More precisely, implementations are done for the combined multiple-shooting and collocation (CMSC) method using a parallelization scheme. The CMSC method transforms the OCP into a nonlinear optimization problem (NLP) and de nes a set of underlying sub-problems for computing the sensitivities and discretized state values within the NLP solver. These underlying sub-problems are decoupled on the variables and thus, are solved in parallel. For the implementation, the software package IPOPT is used to solve the resulting NLP problems. The parallel solution of the sub-problems is performed based on MPI and Eigen. The computational performance of the parallel CMSC solver is tested using case studies for both OCPs and NMPC showing very promising results. Finally, applications to autonomous navigation for the SUMMIT robot are presented. Specially, reference tracking and obstacle avoidance problems are addressed using an NMPC approach. Both simulation and experimental results are presented and compared to a previous work on the SUMMIT, showing a much better computational e ciency and control performance. / Tesis

Los sistemas informáticos se encuentran presentes en muchos ámbitos, desde los relacionados con la industria hasta el hogar. Cada vez con más frecuencia, uno de los requisitos principales a la hora de diseñar sistemas informáticos es que presenten un alto grado de confiabilidad, especialmente aquellos considerados como críticos, ya que su mal funcionamiento puede poner el peligro la integridad de las personas o puede ocasionar grandes pérdidas económicas. Además, la confiabilidad también puede ser un factor importante en su expansión y competitividad en el mercado. La confiabilidad permite al usuario depositar una confianza justificada en el funcionamiento del producto y debe ser evaluada antes de su fase operacional mediante la verificación y validación del comportamiento del sistema según el servicio especificado tanto en condiciones normales como en presencia de fallos. Sin embargo la tasa de fallos en un sistema informático suele ser baja, siendo necesario recurrir a técnicas de validación experimental como la Inyección de Fallos que aceleran la validación mediante la introducción deliberada y controlada de fallos en el sistema. En general, el efecto de los fallos físicos en los semiconductores actuales, donde el incremento de la frecuencia de funcionamiento y la densidad de integración son notables, es más importante que el observado con tecnologías menos avanzadas. Ya no es justificable el asumir que un fallo simple sólo genera un error simple, siendo necesario validar el sistema ante errores múltiples causados no sólo por fallos localizados en memoria, sino también en la lógica combinacional o en soldaduras y metalizaciones, acrecentados estos últimos por la reducción de la distancia entre pistas. Existen diversas técnicas y herramientas de inyección de fallos, entre ellas, la Inyección física a nivel de pin. Una de sus principales ventajas es su aplicación externa, no generando sobrecarga adicional en el sistema o perturbando la ejecución normal de sus tar / Blanc Clavero, S. (2004). Validación de la arquitectura TTA mediante inyección física de fallos a nivel de PIN [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2344

[ES] La presente tesis propone un nuevo entorno general para la construcción de sistemas flexibles de tiempo real estricto, esto es, sistemas que necesitan de garantías de tiempo real estricto y de un comportamiento flexible. El entorno propuesto es capaz de integrar tareas con varios niveles de criticidad y diferentes paradigmas de planificación en el mismo sistema. Como resultado, el entorno permite proporcionar garantías de tiempo real estricto a las tareas críticas y además conseguir una planificación adaptativa e inteligente de las tareas menos críticas. El entorno se define en términos de un modelo de tareas, una arquitectura software y un conjunto de servicios. El modelo de tareas propone construir una aplicación flexible de tiempo real estricto como un conjunto de tareas, donde cada tarea se estructura en una secuencia de componentes obligatorios y opcionales. La arquitectura software propone separar la ejecución de las tareas en dos niveles de planificación interrelacionados, de manera que un nivel planifica los componentes obligatorios mediante una política de planificación de tiempo real estricto mientras que el otro nivel planifica los componentes opcionales mediante una política de planificación basada en la utilidad. El conjunto de servicios incluye, por una parte, un sistema de comunicación entre los componentes de las tareas (tanto obligatorios como opcionales) y, por otra, una serie de mecanismos para la detección y tratamiento de excepciones temporales producidas en ejecución. Por otra parte, la presente tesis muestra que el entorno teórico propuesto puede ser implementado realmente. En concreto, se presenta el diseño e implementación de un sistema de ejecución (es decir, un núcleo de sistema operativo) capaz de soportar las características de dicho entorno. Este sistema, denominado Flexible Real-Time Linux (FRTL), ha sido desarrollado a partir de un núcleo mínimo existente denominado Real-Time Linux (RT-Linux). Finalmente, esta tesis presenta una caracterización temporal completa del sistema FRTL y medidas reales de su sobrecarga. La caracterización temporal ha permitido el desarrollo de un test de garantía completo de todo el sistema (incluyendo la aplicación y el núcleo de FRTL), que puede ser utilizado para verificar las restricciones temporales de cualquier aplicación implementada sobre FRTL. Por su parte, las medidas de la sobrecarga de FRTL muestran que este núcleo ha sido diseñado e implementado de manera eficiente. En conjunto, se demuestra que el núcleo FRTL es a la vez predecible y eficiente, dos características que informan de su utilidad en la implementación real de aplicaciones flexibles de tiempo real estricto. / [CA] Aquesta tesi proposa un nou entorn general per a la construcció de sistemes flexibles de temps real estricte, això és, sistemes que requereixen garanties de temps real estricte i un comportament flexible. L'entorn proposat és capaç d'integrar tasques amb diferentsnivells de criticitat i diferents paradigmes de planificació al mateix sistema. Com a resultat, l'entorn permet proporcionar garanties detemps real estricte a les tasques crítiques i a més aconseguir una planificació adaptativa i intel¿ligent de les tasques menys crítiques. L'entorn es defineix en termes d'un model de tasques, una arquitectura software i un conjunt de serveis. El model de tasques proposa la construcció d'una aplicació flexible de temps real estricte com a un conjunt de tasques on cadascuna és estructurada com una seqüència de components obligatòries i opcionals. L'arquitectura software proposa la separació de l'execució de les tasques en dos nivells de planificació interrelacionats, de manera que un nivel planifica les components obligatòries mitjançant una política de planificació de temps real estricte mentre que l'altre nivell planifica les components opcionals mitjançant una política de planificació basada en la utilitat. El conjunt de serveis inclou, per una part, un sistema de comunicació entre les components de les tasques (tant obligatòries com opcionals) i, per una altra, una sèrie de mecanismes per a la detecció i tractament d'excepcions temporals produïdes en execució. Per altra banda, la present tesi mostra que el proposat entorn teòric pot ésser implementat realment. En concret, es presenta el diseny i la implementació d'un sistema d'execució (es a dir, un nucli de sistema operatiu) capaç de suportar les característiques d'aquest entorn. Aquest sistema, anomenat Flexible Real-Time Linux (FRTL), ha sigut desenvolupat a partir d'un nucli mínim existent anomenat Real-Time Linux (RT-Linux). Finalment, aquesta tesi presenta una caracterització temporal completa del sistema FRTL i mesures reals de la seua sobrecàrrega. La caracterització temporal ha permés el desenvolupament d'un test de garantia complet de tot el sistema (incloent l'aplicació i el nucli FRTL), que pot ésser utilitzat per a verificar les restriccions temporals de qualsevol aplicació implementada sobre FRTL. Per la seua part, les mesures de la sobrecàrrega de FRTL mostren que aquest nucli ha sigut disenyat i implementat de manera eficient. En conjunt, es demostra que el nucli FRTL és al mateix temps predible i eficient, dos característiques que informen de la seua utilitat a la implementació real d'aplicacions flexibles de temps real estricte. / Terrasa Barrena, AM. (2001). Flexible Real-Time Linux a New Environment for Flexible Hard Real-Time Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/18060

[EN] Precise Point Positioning (PPP) method involves an absolute positioning technique from a single receiver with GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Its theoretical basis consists of solving the position with observations using a single receiver, with clock and orbit state models, among other products. The main advance concerning the current differential technique is that differential or relative positioning uses the double-differences solution that requires, at least, two receivers to get a precise position or a receiver connected to a network of reference stations. However, until recently, and from a practical point of view, a precise absolute positioning with centimeter accuracy with a single GNSS receiver was considered unfeasible. The reason was the difficulty in cancellation of errors and the ambiguity resolution. The main factor that limits Precise Point Positioning (PPP) accuracy is the dependence on external information, which models the error sources, that is to say: the performance of the orbit and clock products, the quality of the observations, and the effects of the un-modeled or un-calibrated error sources. Precise ionospheric corrections and troposphere state models are also essential in order to improve positioning at centimeter level. Furthermore, in real-time PPP precise streams of products and state models are needed, and they must meet certain requirements of latency and continuous availability. In the case study of real-time positioning, the PPP technique is very sensible to gaps and outliers in the reception of the products and fluctuations in the constellation, producing lost of convergence, delay in initialization and a lack of accuracy in the results. Nowadays, this situation is changing, but it needs to evolve even more, because the real-time determination and the performance of the orbital parameters, clock states or other modeled errors of the GNSS satellites and signals, are still in a stage of improvement by the International GNSS Service, by the Analysis Centers and by researches all around the world. Therefore, the objective of this investigation was the study of Precise Point Positioning technique applied to the real-time case study, considering the performance of the available products in several sceneries and environments. The study focused on its application and how to improve limitations in the performance. The main tasks developed are: -A preliminary study of the multi - constellation context, the state of the art of Precise Point Positioning technique and modeling error sources, (chapters 1 and 2). -The review of the emission of the state models into a standard format and the discussion of the limitations in the alternatives in the generation of the models, (chapters 3 and 4). -The analysis of the optimization of this method with the development of new constellations, by means of the test of new products, and multiple simultaneous observations performed, (chapter 6). -To explore the possibilities of real-time recovering of integer ambiguities for PPP and the impact in the performance, providing practical demonstrations with experimental and standardized approaches, (chapter 7). -To study tactics to provide combined products in quasi-real time and real-time latency, (chapter 8), and in a regional or continental frame, with own applied solutions, (chapter 9). -The design and development of processing and analysis tools, (chapter 5), monitoring and distribution of results with the real-time PPP method, (chapter 10), and the study of potential applications, (chapter 11). / [ES] El método Precise Point Positioning, (PPP), consiste en una técnica de posicionamiento absoluto con un solo receptor GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Su fundamento teórico se basa en resolver la posición con las observaciones de un único equipo, utilizando correcciones de osciladores y de órbitas de satélites, entre otros modelos. La potencia del método con respecto a la técnica diferencial reside en que el posicionamiento diferencial o relativo utiliza la solución de dobles diferencias que requiere, al menos, dos receptores para obtener una posición precisa o un receptor conectado a una red de estaciones de referencia. Sin embargo hasta hace poco y a efectos prácticos, un posicionamiento absoluto con precisión de centímetros con un solo equipo se ha considerado irrealizable. El motivo reside en la dificultad de la cancelación de errores y de obtener la resolución de ambigüedades enteras. El principal factor que limita, por tanto, el posicionamiento absoluto preciso es la dependencia de productos externos que modelen las fuentes de error, es decir: el rendimiento de los modelos de órbitas y relojes, la calidad de las observaciones, y los errores no modelados o no calibrados. Las correcciones ionosféricas y modelos de estado de la troposfera también son esenciales para alcanzar precisiones a nivel del centímetro. Por otro lado, si se trabaja con la técnica PPP en tiempo real, se necesita productos y modelos de estado recibidos continuamente a través de paquetes de datos por Internet, que deben cumplir con ciertos requisitos de latencia y disponibilidad continua. En el caso de estudio de posicionamiento en tiempo real, la técnica PPP es además muy sensible a las anomalías y las pérdidas en la recepción de los productos, y a las fluctuaciones de la constelación, produciendo pérdidas de convergencia, retrasos en la inicialización, y falta de continuidad y exactitud en los resultados. En este momento esta situación está experimentando grandes cambios, pero necesita evolucionar aún más, ya que la determinación en tiempo real y el rendimiento de los parámetros orbitales, estados de reloj u otros modelos de error de los satélites GNSS y sus señales, se encuentra todavía en fase de mejora por parte del International GNSS Service, por parte de los Centros de Análisis y por parte de investigadores de todo el mundo. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo ha sido el estudio de la técnica de posicionamiento Precise Point Positioning enfocada al caso de tiempo real, en base al rendimiento de los productos disponibles en varios escenarios y entornos. El estudio se centró en su aplicación y en la implementación de soluciones para mejorar sus limitaciones. Las principales tareas desarrolladas son: -Un estudio preliminar del entorno multi-constelación, del estado del arte de la técnica Precise Point Positioning, así como de los errores a modelar, (capítulos 1 y 2). -La supervisión de la emisión de modelos en un formato estándar, y la discusión de las limitaciones existentes en las alternativas para su generación, (capítulos 3 y 4). -El análisis de la optimización de este método con el desarrollo de nuevas constelaciones, a través de la evaluación de nuevos productos y sesiones simultáneas de observación, (capítulo 6). -La exploración de las posibilidades de recuperación de la naturaleza entera de las ambigüedades y su repercusión en términos de rendimiento, proporcionando demostraciones reales, con aproximaciones experimentales y estandarizadas, (capítulo 7). -El estudio de las tácticas para proporcionar productos combinados robustos en tiempo quasi-real y real, (capítulo 8), y en un marco regional o continental, (capítulo 9), con soluciones propias aplicadas. -El diseño y desarrollo de herramientas de cálculo y apoyo, (capítulo 5), de monitorización y distribución de resultados procedentes de PPP en tiempo real, (capítulo 10), y el e / [CA] El mètode Precise Point Positioning, (PPP), consisteix en una tècnica de posicionament absolut amb un sol receptor GNSS (Global Navigation Satellite Systems). El seu fonament teòric consisteix a resoldre la posició amb observacions d'un únic equip utilitzant correccions d'oscil¿ladors i d'òrbites de satèl¿lits, entre altres models. La potència del mètode respecte a la tècnica diferencial és que el posicionament diferencial o relatiu utilitza la solució de dobles diferències que requereix, almenys, dos receptors per a obtenir una posició precisa o un receptor connectat a una xarxa d'estacions de referència. No obstant això, fins fa poc i a efectes pràctics, un posicionament absolut amb precisió de centímetres amb un sol equip GNSS s'ha estat considerant irrealitzable. El motiu es troba en la dificultat de la cancel¿lació d'errors i d'obtenir la resolució d'ambigüitats senceres. El principal factor que limita, per tant, el posicionament absolut precís és la dependència de productes externs que modelen les fonts d'error, es a dir: el rendiment dels models d'òrbites i oscil¿ladors, la qualitat de les observacions, i els errors no modelats o no calibrats. Les correccions ionosfèriques i models d'estat de la troposfera també són essencials per a aconseguir precisions a nivell del centímetre amb un equip. D'altra banda, si es treballa amb la tècnica PPP en temps real, es necessita productes i models d'estat rebuts contínuament a través de paquets de dades per Internet, que han de complir amb certs requisits de latència i disponibilitat contínua. En el cas d'estudi de posicionament en temps real, la tècnica PPP és a més molt sensible a les anomalies i les pèrdues en la recepció dels productes, i a les fluctuacions de la constel¿lació, produint pèrdues de convergència, retards en la inicialització i falta de continuïtat i exactitud en els resultats. En aquest moment aquesta situació està experimentant grans canvis, però necessita evolucionar encara més, ja que la determinació en temps real i el rendiment dels paràmetres orbitals, els estats de rellotge o altres models d'error dels satèl¿lits GNSS i els seus senyals, es troben encara en fase de millora per part de l'International GNSS Service, per part dels Centres d'Anàlisi i per part d'investigadors de tot el món. Per tant, l'objectiu d'aquest treball ha consistit en l'estudi de la tècnica Precise Point Positioning enfocat al cas de temps real, fonamentat amb el rendiment dels productes disponibles a diversos escenaris i entorns. L'estudi es va centrar en la seva aplicació i en la implementació de solucions per millorar les limitacions en la seua productivitat. Les principals tasques desenvolupades són: -Un estudi preliminar de l'entorn multi-constel¿lació, l'estat de l'art de la tècnica Precise Point Positioning, així com dels errors a modelar, (capítols 1 i 2). -La supervisió de l'emissió de models amb un format estàndard, i la discussió de les limitacions en les alternatives a la generació de models, (capítols 3 i 4). -Anàlisi de l'optimització d'aquest mètode amb el desenvolupament de noves constel¿lacions, amb l'avaluació de nous productes i múltiples sessions simultànies d'observació, (capítol 6). -L'exploració de les possibilitats de recuperació de la naturalesa sencera de les ambigüitats i la seva repercussió en termes de rendiment, proporcionant demostracions reals, utilitzant aproximacions experimentals i estandarditzades, (capítol 7). -L'estudi de les tàctiques per a proporcionar productes combinats robustos en temps quasi-real i en temps real, (capítol 8), i en un marc regional o continental, amb solucions pròpies aplicades, (capítol 9). -El disseny i desenvolupament d'eines de càlcul i suport (capítol 5), de monitorització i distribució de resultats aplicats al cas de PPP en temps real, (capítol 10), i l'estudi de potencials aplicacions de la tècnica, (capí / Capilla Romá, R. (2015). Aportación al estudio de la capacidad de los modelos conceptuales en posicionamiento absoluto preciso (Precise Point Positioning) para tiempo real a través del análisis del rendimiento de productos y prototipos en un escenario multi-constelación GNSS [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52814