CAPES; CNPq / O constante aumento na velocidade da rede, o número de ataques e a necessidade de eficiência energética estão fazendo com que a segurança de rede baseada em software chegue ao seu limite. Um tipo comum de ameaça são os ataques do tipo probing, nos quais um atacante procura vulnerabilidades a partir do envio de pacotes de sondagem a uma máquina-alvo. Este trabalho apresenta o estudo, o desenvolvimento e a implementação de um algoritmo de extração de características dos pacotes da rede em hardware e de três classificadores de aprendizagem de máquina (Árvore de Decisão, Naive Bayes e k-vizinhos mais próximos), em software e hardware, para a detecção de ataques do tipo probing. O trabalho apresenta, ainda resultados detalhados de acurácia de classificação, taxa de transferência e consumo de energia para cada implementação. / The increasing network speeds, number of attacks, and need for energy efficiency are pushing software-based network security to its limits. A common kind of threat is probing attacks, in which an attacker tries to find vulnerabilities by sending a series of probe packets to a target machine. This work presents the study, development, and implementation of a network packets feature extraction algorithm in hardware and three machine learning classifiers (Decision Tree, Naive Bayes, and k-nearest neighbors), in software and hardware, for the detection of probing attacks. The work also presents detailed results of classification accuracy, throughput, and energy consumption for each implementation.

No setor automotivo, os sistemas de auxílio ao condutor são desenvolvidos para reduzir os efeitos colaterais do nível de mobilidade atingido atualmente, como os acidentes de trânsito e os congestionamentos. Em uma perspectiva futura, pretende-se atingir o nível de direção autônoma e cooperativa baseada em redes de sensores. A estratégia de detecção e rastreamento de faixas rodoviárias proposta neste trabalho se enquadra nos requisitos funcionais de alguns desses sistemas, como o Lane Departure Warning (Aviso de Saída de Faixa) e o Lane Keep Assist (Assistência de Manutenção de Faixa). O desenvolvimento do algoritmo foi organizado em três níveis de processamento; baixo, médio e alto. Na etapa de processamento de baixo nível realizam-se as operações de preparação e melhoramento da imagem de entrada, na etapa de nível médio realiza-se a extração das características de interesse e a etapa de alto nível consiste da técnica de rastreamento da posição das faixas. Avaliou-se a resposta do algoritmo, para as amostras escolhidas, por meio de métricas baseadas no distanciamento das faixas rastreadas em relação à posição original das mesmas. Constatou-se que a estratégia apresenta boa precisão nos cenários considerados ideias, inclusive com a presença de sombras, curvas, aclive e declive na estrada. Contudo, essa precisão é comprometida quando a faixa é segmentada, mal sinalizada e quando o reflexo na pista ou o ofuscamento afeta a captura da imagem pela câmera. / In the automotive field, driver assistance systems are developed to reduce the collateral effects of the actual level of mobility, such as traffic jams and accidents. In a future perspective, it is intended to achieve the level of autonomous and cooperative driving based on sensor networks. The proposed strategy for road lanes detection and tracking fits as a functional requirement for some of these systems, as the Lane Departure Warning and Lane Keep Assist. The algorithm development was structured based in three processing levels: low, mid and high levels. The low-level processing enhances the input image, the mid-level processing is an interest feature extractor, and the high-level is the lane position tracking strategy. The algorithm's response evaluation, for the chosen samples, was realized with metrics based on the deviation between the tracked and the original lane. The strategy shows good accuracy levels at the ideal scenario, including shadows, curves, and road slope. However, the accuracy is impaired if the lane is dashed, badly signalized and if road reflection or dazzle harm the image capture by the camera.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um estimulador galvânico vestibular para ser usado em experimentos de imageamento por ressonância magnética funcional (fMRI). Em experiências de fMRI é necessário a produção de estímulos somatossensoriais no paciente. Os estímulos devem ser sincronizados com a sequência de pulsos da fMRI. O estimulador foi dividido em circuitos analógicos (colocados dentro da sala do magneto) e circuitos digitais (sala de comando do sistema de MRI). A comunicação entre os circuitos é feita através de fibra óptica. Experimentos de fMRI realizados com voluntários demonstraram que o estimulador proposto é capaz de manter a sincronização com sistema de fMRI e pode ser usado para localizar as áreas do cérebro que são ativados pelo sistema vestibular. / This work presents the development of a galvanic vestibular stimulator to be used in functional magnetic resonance imaging experiments (fMRI). In fMRI experiments it is required the production of somatosensory stimuli in the patient must be sincronized with the fMRI pulse sequence. The stimulator circuits were divided in analog circuits (placed within the magnet room) and digital circuits (placed in the MRI command room). The communication between the circuits is made through optical fiber. fMRI experiments performed with volunteers demonstrated that the proposed stimulator is able to keep the sincronization with the MRI system and can be used to locate the brain areas that are activated by the vestibular system.

CAPES; CNPq; FINEP; Fundação Araucária / Neste trabalho apresenta-se um sistema ótico inteligente apto a localizar a posição de impactos mecânicos aplicados em uma estrutura plana. Para isso, os transdutores foram caracterizados, preliminarmente, quanto à deformação mecânica. Nesta aplicação, quatro redes de Bragg em fibra ótica foram instaladas em uma placa quadrada de polimetil-metacrilato, submetida a um conjunto de impactos em condições controladas. As respostas fornecidas pelos transdutores foram utilizadas para modelar e testar redes neurais artificiais. O sistema demonstrou possuir a capacidade para realizar a tarefa de encontrar a posição do distúrbio, mesmo em pontos de impacto diferentes daqueles apresentados na etapa de treinamento. O maior erro médio quadrático medido na fase de testes foi de 1,1 cm em relação ao ponto de impacto, sendo que os pontos localizavam-se a uma distância de 5 cm uns dos outros e estavam demarcados em uma superfície de prova com 60 cm de comprimento, 60 cm de largura e 6 mm de espessura. / In this work is presented an intelligent optical sensor capable to localize the position of mechanical impacts on a flat surface structure. The transducers were previously characterized relatively to mechanical strain. In this application, four optical fiber Bragg gratings were installed on a polymethyl methacrylate square plate, subjected to a set of mechanical impacts under controlled conditions. The responses provided by the transducers were used to model and test Artificial Neural Networks. The system showed the capacity to determine the disturbance positions, even at impact points different from the ones used in the training stage. The higher mean square error obtained in the test stage was 1,1 cm relatively to the impact position, wherein the points were located at a distance of 5 cm from each other on a test surface with 60 cm length , 60 cm width and 6 mm height.

CNPq / Este trabalho apresenta um algoritmo genético paralelo (AGP) para o problema de dobramento de proteínas, utilizando o modelo 3DHP-SC. Este modelo tem sido pouco abordado devido ao elevado grau de complexidade envolvido. Foi proposta uma função de fitness baseada na energia livre e na compacidade do dobramento. Operadores genéticos especiais foram desenvolvidos, além de estratégias para auxiliar o algoritmo no processo de busca de conformações de proteínas. Vários experimentos foram realizados para ajustar todos os parâmetros do sistema, incluindo os parâmetros básicos do AG (probabilidades de mutação e crossover, e o tamanho de torneio) e os parâmetros dos operadores especiais e das estratégias. O efeito da matriz de energias para o modelo no desempenho do algoritmo também foi estudado. Uma comparação com outra abordagem de computação evolucionária também foi realizada, a fim de verificar o desempenho do método proposto. Devido a não existir, até então, benchmarks para teste deste modelo, foi proposto um conjunto de 25 sequências baseado em outro modelo mais simplificado. Os resultados obtidos mostraram que o AGP alcançou um bom nível de eficiência e obteve dobramentos biologicamente coerentes, sugerindo a adequabilidade da metodologia proposta. / This work presents a parallel genetic algorithm (PGA) for the protein folding problem, using the 3DHP-SC model. This model has been sparsely studied in the literature due to its complexity. A new fitness function was proposed, based on the free-energy and compacity of the folding. Special genetic operators were developed, besides strategies to aid the algorithm in the search of protein conformations. Many experiments were done to adjust all the parameters of the system, including the basic parameters of the GA (mutation and crossover probability, and tournament size) and parameters of the special genetic operators and strategies. The effect of the energy matrix of the model in the performance of the algorithm was also studied. Moreover, a comparison with other evolutionary computation approach was done, to verify the performance of the proposed method. Since there is no benchmark available to date, a set of 25 sequences was used, based on a simpler model. Results show that the PGA achieved a good level of efficiency and obtained biologically coherent results, suggesting its adequacy for the problem.

A identificação de fatores relacionados à segurança e qualidade das próteses para artroplastia de quadril na visão do ortopedista especialista, bem como a busca e checagem por informações advindas dos instrumentos legais de regulação, tais como localização do Registro do Ministério da Saúde e rótulo de instruções de uso, com exata descrição das características dos dispositivos, a notificação e procura por alertas da Tecnovigilância podem apontar critérios que minimizem a possibilidade de erros e surgimento de eventos adversos na escolha dos implantes para quadril durante o processo de indicação, solicitação, liberação, implantação e utilização do produto. Investigando este contexto, foram entrevistados os membros da Sociedade Brasileira de Quadril, e do retorno das respostas surgiram dados que mostram que 72% dos sujeitos não acreditam que o Registro da ANVISA faça parte de um processo de segurança e qualidade no cadastramento de produtos para saúde no Brasil, e outros 72% desconhecem a ferramenta Tecnovigilância para monitoramento pós-comercialização. Todavia, 94% da amostra refere já ter constatado falha protética ao longo da carreira, outros 94% indicam que a falha ocorreu com próteses nacionais, e que em 60% das ocorrências o fornecedor foi contatado, e não a ANVISA, e em outros 30% das falhas nada foi feito. Estes dados são preocupantes, pois refletem o descompasso entre a Agência Nacional de Saúde e a classe de médicos assistentes no que tange ao monitoramente de tecnologias em saúde, estes por não notificarem os EA (evento adverso) e QT (queixa técnica) ao órgão regulatório, e a Agência que, por conseguinte, não divulga amplamente esta ferramenta a quem de fato deveria ser o alvo de atenção, pois são estes que utilizam, na prática diária, os produtos registrados no Brasil. Na tentativa de facilitar a conferência de dados imprescindíveis relacionados à OPME(órteses, próteses e materiais especiais) entre eles próteses para quadril, elaborou-se uma revista eletrônica intitulada Guia Prático para checagem de questões sobre segurança e qualidade de dispositivos médicos cirúrgicos de acordo com procedimentos da ANVISA. / Identification factors related to safety and quality of prostheses for total hip arthroplasty according to the orthopedic specialists, as well as the search and checking for information from the legal instruments of regulation such as the registry made by the Ministry of Health and corresponding label functioning instructions containing the exact description of the characteristics of the devices, alert notifications for technical surveillance, etc., can lead to criteria that minimize errors and avoid adverse events when choosing hip implants, during the process of request, release, deliver and use of the product. In order to investigate this context, a survey was made by means of a questionnaire where members of the Hip Brazilian Society answered selected questions. Data from answers have shown that 72% of respondents do not believe that the ANVISA (National Health Agency) product registration is part of a safety and quality process for health products in Brazil, and another 72% are unaware of the pos market monitoring tool called Tecnovigilância. However, 94% of the medical doctors state that they already have found prosthetic failure throughout their career, other 94% indicate that the failure occurred with national prostheses, and in 60% of these cases the supplier was contacted and not the ANVISA, and for other 30 % of failures nothing was done. The exposure of these data is worrying since it reflects the gap between ANVISA and the physicians in regard to monitoring health technologies. Also, the doctors do not notify adverse events to the regulatory Agency and the Agency therefore does not disseminate this tool to those who actually should be the focus of attention since they use the products in their daily practice. Finally, in order to facilitate data verification of health products, in special hip phrostheses, a practical electronic guide was developed where questions and doubts about safety and quality of medical devices can be checked according to the ANVISA procedures.

O presente trabalho propõe uma arquitetura de controle de admissão de conexão para servidores de vídeo sob demanda, que visa introduzir garantias determinísticas para o atraso e aumentar a taxa de utilização do enlace. O sistema tira proveito do fato de que os arquivos de vídeo podem ser pré-processados, para calcular os parâmetros de tempo e espaço, com o objetivo de estimar a banda efetiva de um agregado de streams sobre o regime assintótico de muitas fontes. A geração automática dos arquivos de trace permite a caracterização total do processo de chegada dos dados, aumentando a precisão do cálculo da taxa de serviço requerida. Para contornar o problema de predição de tráfego, uma vez que o sistema não captura o comportamento dos fluxos de vídeo no domínio do tempo, o enlace é divido em vários enlaces virtuais, que transportam somente fluxos de vídeos idênticos. A utilização de um mecanismo, que compartilha a banda excedente, diminui o desperdício de recursos e a probabilidade de ocorrer uma violação aos parâmetros de QoS impostos. Todo processo de admissão de conexão é auxiliado por um sistema gestor de base de dados, onde uma função decide se deve ou não aceitar uma conexão pela simples comparação das somas das bandas efetivas das conexões com os recursos disponíveis. A eficiência do modelo proposto é analisada e comparada aos modelos determinísticos tradicionais. / This work proposes a admission control architecture for video-on-demand servers, which provide deterministic guarantees on the maximum delay of video traffic and increase the network resource utilization. The framework take advantage of the fact that stored video streams can be processed off-line to calculate the space and time parameters in order to estimate its effective bandwidth under the many sources asymptotic regime. The automatic generation of video data representation (packetized and encapsulated in network protocols) in textual format allows a full characterization of the underlying process so as to precisely calculate its bandwidth requirements. To bypass the traffic prediction problem, since the off-line estimation does not capture the exact dynamics of the video stream in the time domain, the link is divided into several virtual links, where only streams with same content are multiplexed (group multiplexing approach). The introduction of a borrowing mechanism to distribute the excess bandwidth to other groups which request service increases the resource utilization and QoS. The admission control is aided by a Database Management System, where a stored procedure decides whether to accept or reject a connection by simple compare the sum of effective bandwidths for the traffic streams with the available resources. The efficiency of the model is analyzed and compared with deterministic approachs.

ANP; FINEP; MCT / Os escoamentos bifásicos são encontrados em diversas aplicações industriais, dentre elas na indústria do petróleo como escoamentos gás-líquido em tubulações. O conhecimento da distribuição das fases no escoamento é importante para garantir a operação eficiente e segura de plantas e equipamentos. Na área acadêmica o conhecimento dessa distribuição de fases permite o estudo de fenômenos físicos, além de permitir o desenvolvimento, refinamento e validação de modelos de escoamento. Neste trabalho, foi desenvolvido e investigado o uso de um novo sensor de múltiplas medidas de capacitância para o imageamento direto de escoamentos bifásicos. As medidas são baseadas na diferença na permissividade elétrica entre as fases, ou seja, o sensor pode ser aplicado para investigação de substâncias não-condutivas como óleos e líquidos orgânicos. Com o intuito de aprimorar a geometria do sensor e prever seu comportamento foram realizadas simulações do comportamento elétrico do sensor pelo método dos elementos finitos. O sensor é composto por dois anéis de eletrodos, um anel é o transmissor e o outro anel é o receptor, o qual é segmentado onde cada segmento é individualmente interrogado por uma eletrônica de forma rápida e multiplexada. Desta forma as imagens são geradas e formadas pelos sinais dos eletrodos distribuídos de uma maneira a representar a geometria investigada, o que elimina a necessidade do uso de técnicas de reconstrução de imagens. O sensor é construído em uma placa de circuito impresso flexível que é acoplada na parede interna de uma seção do duto. Uma eletrônica associada é responsável por detectar as variações de capacitância. O sensor desenvolvido, em conjunto com a eletrônica utilizada, foi testado em escoamentos bifásicos estáticos e dinâmicos, horizontais e verticais. As imagens diretas foram geradas para estas diferentes situações, apresentando resultados satisfatórios quando comparado com um sensor de referência. A principal contribuição deste trabalho é a apresentação de uma nova ferramenta capaz de gerar imagens diretas de escoamentos compostos por líquidos não-condutivos sem a necessidade do uso de técnicas de reconstrução de imagens. / Two-phase flow is present in many industrial applications, among them in petroleum industry as gas-liquid flow in pipelines. The knowledge of the phase distribution in the pipe flow is important for the efficiency and safety of the plants. In the academia, the knowledge of this phase distribution allows the understanding of physical phenomena, as well as gives support for the development, refinement and validation of physical models. In this work, a novel capacitive array sensor has been developed and its use was investigated to image two-phase flow. The measuring principle is based on the difference between electrical permittivity of the phases. Therefore the sensor can be applied to electrically non-conductive substances such as oil and organic liquids. Several simulations based on Finite Element Method have been performed to improve the sensor geometry and predict its electrical behavior. The sensor consists of two copper rings being one emitter and one receiver ring. Receiver ring is divided into segments which are individually interrogated by the measuring electronics in a fast and multiplexed manner. In this way, images are directly generated from acquired signals of electrodes, in a way that visually represents the investigated geometry avoiding the use of some image reconstruction technique. The sensor is fabricated in a flexible printed-circuit board which is flush- mounted inside the pipe wall. A measuring electronics is responsible to detect the capacitance changes in the electrodes. The introduced sensor along with the associated electronics has been tested in static and dynamic two-phase flow, both horizontally and vertically. Direct images were generated in these different situations showing satisfactory results when compared to a reference sensor. Main contribution of this work is the introduction of a new measuring tool which is able to image flow (also containing electrically non-conducting fluids) with no need to apply image reconstruction techniques.

Apresenta-se neste trabalho uma abordagem para a otimização do scheduling do transporte de derivados escuros de petróleo, em uma malha dutoviária. A malha em questão possui 4 refinarias, 3 nós intermediários e um terminal marítimo. A movimentação dos derivados é influenciada por necessidades e restrições políticas e operacionais, o que torna o problema de scheduling complexo e motiva o desenvolvimento desta dissertação. Algumas características deste problema devem ser notadas, como a necessidade da realização de trocas de produtos nos tanques durante um horizonte de programação e da realização de misturas de dois produtos para obtenção de um terceiro. Descreve-se uma abordagem onde se contempla o tratamento de grupos de produtos com o estoque unificado. Onde também, no modelo de planejamento, o balanço de inventário é o fator determinante na otimização e se manipulam diferentes períodos devido a existência da troca de produtos nos tanques, manutenção nos tanques e períodos em que os dutos ficam sem movimentação. Onde também é tratada de forma mais precisa do que trabalhos anteriores a questão do parque de tancagem e onde são tratadas as restrições de aquecimento e misturas. Utiliza-se uma decomposição do problema e modelos de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) e heurísticas para solução destes subproblemas em um tempo computacional aceitável (menos de 1 minuto). Utilizam-se dados reais de operação desta malha para experimentação. Conclui-se com a análise dos resultados que a abordagem aqui descrita para resolução do problema apresentado é viável em termos computacionais e que os resultados obtidos podem auxiliar os especialistas da rede no processo de tomada de decisões. / In this work it is presented an approach to the optimization of the scheduling of heavy oil derivatives transportation in a pipeline network. There are four refineries in this network, three intermediate nodes and one maritime terminal. The derivatives transport is influenced by practical constraints and political needs, and so the scheduling problem is complex, which encourages the development of the current work. Some characteristics of this problem should be noticed, like the necessity of products exchanges on tanks during a scheduling horizon and the necessity of products blends. It is described an approach in which groups of products with unified inventory are treated. An approach in which, on the planning model, the main objective to optimize is the balance of the inventory and different periods are handled due the existence of products exchange on tanks, maintenance of tanks and periods in which the pipelines should not be used due heating constraints. The tanking park problem is also addressed in a more precise way than previous works. Heating constraints and blends of products are also treated. To solve this problem in a reasonable computational time (less than 1 minute) it is utilized a decomposition approach and Mixed Integer Linear Programming (MILP) models and heuristics to solve these sub-problems. It is also used real operational data of this pipeline network for experimentation purposes. With the analysis of the results it is concluded that the approach here described for the solution of the presented problem is viable in computational times terms and that the obtained results can assist the specialists of the network in the decision-making process.

A termografia por imagem infravermelha é uma técnica para diagnóstico não-invasivo que permite a avaliação e quantificação de mudanças de temperatura na superfície da pele. Uma vez que as variações de temperatura na superfície do corpo humano são contínuas, é difícil a associação de detalhes anatômicos bem como, associar as variações de temperatura da pele com as estruturas ou órgãos internos. Apesar de fornecer informações significativas para o diagnóstico médico, esta técnica não permite avaliar detalhes anatômicos da região estudada. Este trabalho apresenta uma nova metodologia para fusão de imagens de ressonância magnética 3D (ou tomografia computadorizada) e imagens infravermelhas (2D). O resultado é uma imagem termográfica 3D que pode auxiliar no diagnóstico médico de certas doenças, tais como insuficiência vascular periférica, pé-diabético, tumores de mama e tireóide, sinusite, cefaléia, doenças reumáticas e outros processos inflamatórios, isto é, doenças que podem ser diagnosticadas pelo mapeamento térmico da superfície do corpo. No desenvolvimento deste trabalho pluridisciplinar de Engenharia Biomédica, foram utilizados conhecimentos de Processamento Digital de Imagens, Computação Gráfica, Visão Computacional, Programação de Computadores, Radiologia, Imageamento Médico e Termografia, interagindo com áreas da Medicina, da Ciência da Computação e da Engenharia Elétrica. Em um primeiro experimento, são adquiridas as imagens por ressonância magnética (MRI) da região de interesse. Em um segundo experimento, adquire-se um conjunto de imagens térmicas. Gera-se projeções 2D a partir dos planos tomográficos na mesma direção/orientação do conjunto de imagens tomográficas. Em seguida realiza-se o registro desses dois conjuntos de imagens. Após o registro, as imagens térmicas são combinadas e projetadas sobre o modelo 3D das imagens de MRI ou CT. O resultado é uma imagem que combina informação de duas modalidades de imagens médicas diferentes. Os excelentes resultados obtidos com essa nova metodologia demonstram que ela pode auxiliar no diagnóstico médico. / Infrared (IR) imaging is a noninvasive diagnostic technique that allows the examiner to evaluate and quantify changes on skin surface temperature. Since changes over the human body surface temperature are continuous, it is difficult to associate anatomical details, as well to associate skin temperature with internal structures or organs. Though providing significant information to clinical diagnosis, this technique does not allow evaluating anatomical details of the imaged region. In this work it is presented a new image fusion method for combining 3D Magnetic Resonance Images (or Computed Tomography) and 2D thermal images. The result is a 3D thermographic imaging that can improve medical diagnosis of certain human diseases, such as peripheral vascular disease, diabetic foot, breast and thyroid tumors,sinusitis, cephalalgia, rheumatic disorder and others inflammations process, i.e., diseases that can be diagnosis through the body surface thermal mapping. In the development of this interdisciplinary work of Biomedical Engineering, the knowledge of Digital Image Processing, Computer Graphics, Machine Vision, Computer Programming, Radiology, Medical Imaging and Thermography, was necessary, interacting with areas of Medicine,Computer Science and Electrical Engineering. First, magnetic resonance images (MRI) or computed tomography (CT) from region of interest are acquired. In a second experiment, a set of IR images is acquired. From the MRI or CT data, 2D projections are generated in the same direction/orientation of the tomographic planes. Then, the generated projections and the IR images are registered. Next, the registered IR images set is combined and projected over the 3D-MRI or 3D-CT. The result is a fused image that combines the information contents from two different medical images modalities. The excellent results obtained with the new methodology demonstrate that it can aid medical diagnosis.