Orientador: Júlio César Lopez Hernández / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T05:47:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aranha_DiegodeFreitas_D.pdf: 2545815 bytes, checksum: b630a80d0f8be161e6cb7519072882ed (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O advento da criptografia assimétrica ou de chave pública possibilitou a aplicação de criptografia em novos cenários, como assinaturas digitais e comércio eletrônico, tornando-a componente vital para o fornecimento de confidencialidade e autenticação em meios de comunicação. Dentre os métodos mais eficientes de criptografia assimétrica, a criptografia de curvas elípticas destaca-se pelos baixos requisitos de armazenamento para chaves e custo computacional para execução. A descoberta relativamente recente da criptografia baseada em emparelhamentos bilineares sobre curvas elípticas permitiu ainda sua flexibilização e a construção de sistemas criptográficos com propriedades inovadoras, como sistemas baseados em identidades e suas variantes. Porém, o custo computacional de criptossistemas baseados em emparelhamentos ainda permanece significativamente maior do que os assimétricos tradicionais, representando um obstáculo para sua adoção, especialmente em dispositivos com recursos limitados. As contribuições deste trabalho objetivam aprimorar o desempenho de criptossistemas baseados em curvas elípticas e emparelhamentos bilineares e consistem em: (i) implementação eficiente de corpos binários em arquiteturas embutidas de 8 bits (microcontroladores presentes em sensores sem fio); (ii) formulação eficiente de aritmética em corpos binários para conjuntos vetoriais de arquiteturas de 64 bits e famílias mais recentes de processadores desktop dotadas de suporte nativo à multiplicação em corpos binários; (iii) técnicas para implementação serial e paralela de curvas elípticas binárias e emparelhamentos bilineares simétricos e assimétricos definidos sobre corpos primos ou binários. Estas contribuições permitiram obter significativos ganhos de desempenho e, conseqüentemente, uma série de recordes de velocidade para o cálculo de diversos algoritmos criptográficos relevantes em arquiteturas modernas que vão de sistemas embarcados de 8 bits a processadores com 8 cores / Abstract: The development of asymmetric or public key cryptography made possible new applications of cryptography such as digital signatures and electronic commerce. Cryptography is now a vital component for providing confidentiality and authentication in communication infra-structures. Elliptic Curve Cryptography is among the most efficient public-key methods because of its low storage and computational requirements. The relatively recent advent of Pairing-Based Cryptography allowed the further construction of flexible and innovative cryptographic solutions like Identity-Based Cryptography and variants. However, the computational cost of pairing-based cryptosystems remains significantly higher than traditional public key cryptosystems and thus an important obstacle for adoption, specially in resource-constrained devices. The main contributions of this work aim to improve the performance of curve-based cryptosystems, consisting of: (i) efficient implementation of binary fields in 8-bit microcontrollers embedded in sensor network nodes; (ii) efficient formulation of binary field arithmetic in terms of vector instructions present in 64-bit architectures, and on the recently-introduced native support for binary field multiplication in the latest Intel microarchitecture families; (iii) techniques for serial and parallel implementation of binary elliptic curves and symmetric and asymmetric pairings defined over prime and binary fields. These contributions produced important performance improvements and, consequently, several speed records for computing relevant cryptographic algorithms in modern computer architectures ranging from embedded 8-bit microcontrollers to 8-core processors / Doutorado / Ciência da Computação / Doutor em Ciência da Computação

Orientadores: Dalton Soares Arantes, Júlio César Rodrigues Fernandes de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T18:41:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salvador_ArleyHenrique_M.pdf: 3542397 bytes, checksum: 0847a4269c07c0969394ba0b40491987 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho apresenta a implementação de uma arquitetura paralela de um código corretor de erros para aplicações em redes ópticas que utilizam a técnica Foward Error Correction (FEC). O algoritmo FEC especificamente tratado neste trabalho é o Reed-Solomon, que é destinado principalmente a sistemas que sofrem influência causada por erros em rajadas somados ao sinal durante a transmissão, o que o torna adequado para transmissões ópticas. São expostas estruturas seriais de codificador e decodificador FEC e as etapas para convertê-las para uma estrutura paralela. Após descrever as etapas de conversão de uma estrutura serial para paralela é apresentada a estrutura do codificador/decodficador FEC Reed-Solomon RS(255,239) com estrutura paralela para operar em redes ópticas a uma taxa de 100 Gbit/s. Esta descrição exemplificativa é o objetivo principal deste trabalho. A implementação paralela do FEC oferece como vantagem a capacidade de processar os dados de forma rápida, permitindo o emprego desta solução em sistemas com altas taxas de dados. Foi elaborado um ambiente de testes com uma aplicação em redes de transporte óptico, ou Optical Transport Network (OTN). Esta funcionalidade consiste de um Transponder, que tem a função de mapear um cliente de 100 Gigabits Ethernet dentro de uma estrutura de quadro destinado a transmissão de dados em redes ópticas. Deste modo, pôde-se comprovar os resultados e o desempenho da estrutura proposta / Abstract: This paper presents the implementation of a parallel architecture error-correcting code for optical applications that uses the Forward Error Correction (FEC) technique. The FEC algorithm specifically addressed in this work is applied to the Reed-Solomon, which is mainly intended for systems that are harmed by burst errors, which makes it suitable for optical transmissions. A serial FEC encoder/decoder structure and the steps to convert it to a parallel approach are addressed in this work. An example of method that generates an encoder/decoder for a RS(255,239) Reed-Solomon code with parallel structure, able to operate at 100 Gbit/s data rate in optical networks, is also presented. The parallel implementation offers higher FEC processing speeds to handle higher throughputs. A test environment was designed with an application in optical transport networks (OTN). This feature consists a transponder which maps a 100 Gigabit Ethernet client inside an OTN frame structure. With this setup the expected results for the proposed FEC circuitry could be experimentally verified / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

[EN] In medicine, the diagnosis based on computed tomography (CT) imaging is fundamental for the detection of abnormal tissues by different attenuation values on X-ray energy, which frequently are not clearly distinguished for the radiologist. Different methods have been developed to reconstruct images. In this work we analyse and compare analytical and iterative methods to resolve the reconstruction problem. Today, in practice, the reconstruction process is based on analytical methods and one of the most widely used algorithms is known as Filtered back projections (FBP) algorithm. This algorithm implements the inverse Radon Transform, which is a mathematical tool used in Biomedical Engineering for the reconstruction of CT images. From the very beginning of the development of scanners, it was important to reduce the scanning time, to improve the quality of images and to reduce the reconstruction time of images. Today's technology provides powerful systems, multiprocessor and multicore processor systems, that provide the possibility to reduce the reconstruction time. In this work, we analyze the FBP based on the inverse Radon Transform and its relation to the Fourier Transform, with the aim to achieve better performance while using resources of a system in an optimal way. This algorithm uses parallel projections, is simple, robust, and the results could be extended for a variety of situations. In many applications, the set of projection data needed for the reconstruction, is incomplete due to the physical reasons. Consequently, it is possible to achieve only approximated reconstruction. In this conditions, the images reconstructed with analytical methods have a lot of artefacts in two and three dimensions. Iterative methods are more suitable for the reconstruction from a limited number of projections in noisy conditions. Their usage may be important for the functionality of portable scanners in emergency situations. However, in practice, these methods are less used due to their high computational cost. In this work, the reduction of the execution time is achieved by performing the parallel implementation on multi-core and many-core systems of such iterative algorithms as SART, MLEM and LSQR. The iterative methods have become a hot topic of interest because of their capacity to resolve the reconstruction problem from a limited number of projections. This allows the possibility to reduce the radiation dose during the data acquisition process. At the same time, in the reconstructed images appear undesired artefacts. To resolve the problem effectively, we have adopted the LSQR method with soft threshold filtering technique and the fast iterative shrinkage-thresholding algorithm for computed tomography imaging and present the efficiency of the method named LSQR-STF-FISTA. The reconstruction methods are analysed through the reconstructions from simulated and real projection data. Also, the quality of the reconstructed images is compared with the aim of drawing conclusions regarding the studied methods. We conclude from this study that iterative methods are capable to reconstruct images from a limited number of dataset at a low computational cost. / [ES] En medicina, el diagnóstico basado en imágenes de tomografía axial computerizada (TAC) es fundamental para la determinación de anormalidades a través de diferentes valores de atenuación de la energía de rayos-X, las cuales, frecuentemente, son difíciles de ser distinguidas por los radiólogos. Se han desarrollado diferentes técnicas de reconstrucción de imagen. En este trabajo analizamos y comparamos métodos analíticos e iterativos para resolver de forma eficiente el problema de reconstrucción. Hoy, en la práctica, el proceso de reconstrucción de imagen se basa en algoritmos analíticos entre los cuales, el algoritmo de retroproyección filtrada 'filtered backprojection' (FBP) es el más conocido. Este algoritmo se usa para implementar la Transformada de Radon inversa que es una herramienta matemática cuya utilización principal en Ingeniería Biomédica es la reconstrucción de imágenes TAC. Desde el comienzo del desarrollo de escáneres ha sido importante reducir el tiempo de escaneo, mejorar la calidad de imagen y reducir el tiempo de reconstrucción. La tecnología de hoy ofrece potentes sistemas con varios procesadores y núcleos que posibilitan reducir el tiempo invertido en la reconstrucción de imágenes. En este trabajo se analiza el algoritmo FBP basado en la Transformada de Radon inversa y su relación con la Transformada de Fourier con el objetivo de optimizar su cálculo aprovechando al máximo los recursos del sistema. Este algoritmo se basa en proyecciones paralelas y se destaca por su simplicidad y robustez, y permite extender los resultados a una variedad de situaciones. En muchas aplicaciones el conjunto de proyecciones necesarias para la reconstrucción puede ser incompleto por razones físicas. Entonces, la única posibilidad es realizar una reconstrucción aproximada. En estas condiciones, las imágenes reconstruidas por los algoritmos analíticos en dos o tres dimensiones son de baja calidad y con muchos artefactos. Los métodos iterativos son más adecuados para la reconstrucción de imágenes cuando se dispone de un menor número de proyecciones en condiciones más ruidosas. Su uso puede ser importante para el funcionamiento en escáneres portátiles en condiciones de urgencia en cualquier lugar. Sin embargo, en la práctica, estos métodos son menos usados por su alto coste computacional. En este trabajo presentamos el estudio y diversas implementaciones paralelas que permiten bajar el coste computacional de tales métodos iterativos como SART, MLEM y LSQR. Los métodos iterativos se han convertido en un tópico de gran interés para muchos vendedores de sistemas de TAC clínicos por su capacidad de resolver el problema de reconstrucción con un número limitado de proyecciones. Esto proporciona la posibilidad de reducir la dosis radiactiva en los pacientes durante el proceso de adquisición de datos. Al mismo tiempo, en la reconstrucción aparecen artefactos no deseados. Para resolver el problema en forma efectiva y eficiente, hemos adaptado el método LSQR con el método de filtrado 'Soft Threshold Filtering' y el algoritmo de aceleración 'Fast Iterative Shrinkage-thresholding Algorithm' para TAC. La eficiencia y fiabilidad del método nombrado LSQR-STF-FISTA se presenta en este trabajo. Los métodos de reconstrucción de imágenes se analizan mediante la reconstrucción a partir de proyecciones simuladas y reales, comparando la calidad de imagen reconstruida con el objetivo de obtener conclusiones respecto a los métodos usados. Basándose en este estudio, concluimos que los métodos iterativos son capaces de reconstruir imágenes con el conjunto limitado de proyecciones con un bajo coste computacional. / [CAT] En medicina, el diagnòstic basat en imatges de tomografia axial compueritzada (TAC) és fonamental per a la determinació d'anormalitats a través de diferents valors d'atenuació de l'energia de rajos-X, les quals, freqüentment,són difícils de ser distingides pels radiòlegs. S'han desenvolupat diferents tècniques de reconstrucció d'imatge. En aquest treball analitzem i comparem mètodes analítics i iteratius per a resoldre el problema de reconstrucció. Avui, en la pràctica, el procés de reconstrucció d'imatge es basa en algorismes analítics entre els quals, l'algorisme de retroproyección filtrada 'filtered backprojection' (FBP) és el més conegut. Aquest algorisme s'usa per a implementar la Transformada de Radon inversa que és una eina matemàtica la utilització principal de la qual en Enginyeria Biomèdica és la reconstrucció d'imatges TAC. Des del començament del desenvolupament dels lectors òptics ha sigut important reduir el temps d'escanege, millorar la qualitat d'imatge i reduir el temps de reconstrucció. La tecnologia d'avui ofereix potents sistemes amb diversos processadors i nuclis que possibiliten reduir el temps invertit en la reconstrucció d'imatges. En aquest treball s'analitza l'algorisme FBP basat en la Transformada de Radon inversa i la seua relació amb la Transformada de Fourier amb l'objectiu d'optimitzar el seu càlcul aprofitant al màxim els recursos del sistema. Aquest algorisme es basa en projeccions paral·leles i es destaca per la seua simplicitat i robustesa, i permet estendre els resultats a una varietat de situacions. En moltes aplicacions el conjunt de projeccions necessàries per a la reconstrucció pot ser incomplet per raons físiques. Llavors, l'única possibilitat és realitzar una reconstrucció aproximada. En aquestes condicions, les imatges reconstruïdes pels algorismes analítics en dues o tres dimensions són de baixa qualitat i amb molts artefactes. Els mètodes iteratius són més adequats per a la reconstrucció d'imatges quan es disposa d'un menor nombre de projeccions en condicions més sorolloses. El seu ús pot ser important per al funcionament en escáneres portàtils en condicions d'urgència en qualsevol lloc. No obstant açò, en la pràctica, aquests mètodes són menys usats pel seu alt cost computacional. En aquest treball presentem l'estudi i diverses implementacions paral·leles que permeten baixar el cost computacional de tals mètodes iteratius com SART, MLEM i LSQR. Els mètodes iteratius s'han convertit en un tòpic de gran interès per a molts venedors de sistemes de TAC clínics per la seua capacitat de resoldre el problema de reconstrucció amb un nombre limitat de projeccions. Açò proporciona la possibilitat de reduir la dosi radioactiva en els pacients durant el procés d'adquisició de dades. Al mateix temps, en la reconstrucció apareixen artefactes no desitjats. Per a resoldre el problema en forma efectiva i eficient, hem adaptat el mètode LSQR amb el mètode de filtrat 'Soft Threshold Filtering' i l'algorisme d'acceleració 'Fast Iterative Shrinkage-thresholding Algorithm' per a TAC. L'eficiència i fiabilitat del mètode nomenat LSQR-STF-FISTA es presenta en aquest treball. Els mètodes de reconstrucció d'imatges s'analitzen mitjançant la reconstrucció a partir de projeccions simulades i reals, comparant la qualitat d'imatge reconstruïda amb l'objectiu d'obtenir conclusions respecte als mètodes usats. Basant-se en aquest estudi, concloem que els mètodes iteratius són capaços de reconstruir imatges amb el conjunt limitat de projeccions amb un baix cost computacional. / Flores, LA. (2015). Algoritmos Paralelos de Reconstrucción de Imágenes TAC sobre Arquitecturas Heterogéneas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59424 / TESIS

Dentro del marco de los sistemas de comunicaciones de banda ancha podemos encontrar canales modelados como sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output) en el que se utilizan varias antenas en el transmisor (entradas) y varias antenas en el receptor (salidas), o bien sistemas de un solo canal que puede ser modelado como los anteriores (sistemas multi-portadora o multicanal con interferencia entre ellas, sistemas multi-usuario con una o varias antenas por terminal móvil y sistemas de comunicaciones ópticas sobre fibra multimodo). Estos sistemas pretenden alcanzar valores de capacidad de transmisión relativa al ancho de banda muy superiores al de un único canal SISO (Single Input Single Output). Hoy en dÍa, existe, desde un punto de vista de implementación del sistema, una gran actividad investigadora dedicada al desarrollo de algoritmos de codificación, ecualización y detección, muchos de ellos de gran complejidad, que ayuden a aproximarse a las capacidades prometidas. En el aspecto relativo a la detección, las soluciones actuales se pueden clasificar en tres tipos: soluciones subóptimas, ML (Maximum Likelihood) o cuasi-ML e iterativas. En estas ultimas, se hace uso explicito de técnicas de control de errores empleando intercambio de información soft o indecisa entre el detector y el decodificador; en las soluciones ML o cuasi-ML se lleva a cabo una búsqueda en árbol que puede ser optimizada llegando a alcanzar complejidades polinómicas en cierto margen de relación señal-ruido; por ultimo dentro de las soluciones subóptimas destacan las técnicas de forzado de ceros, error cuadrático medio y cancelación sucesiva de interferencias SIC (Succesive Interference Cancellation), esta última con una versión ordenada -OSIC-. Las soluciones subóptimas, aunque no llegan al rendimiento de las ML o cuasi-ML son capaces de proporcionar la solución en tiempo polinómico de manera determinista. En la presente tesis doctoral, hemos implementado un método basado en la literatura para l / Martínez Zaldívar, FJ. (2007). Algoritmos paralelos segmentados para los problemas de mínimos cuadrados recursivos (RLS) y de detección por cancelación ordenada y sucesiva de interferencia (OSIC) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1873 / Palancia

Esta dissertação de mestrado aborda formulações computacionais e algoritmos para a busca e extração de padrões em cadeias biológicas. Em particular, o presente texto concentra-se nos dois problemas a seguir, considerando-os sob as distâncias de Hamming e Levenshtein: a) como determinar os locais nos quais um dado padrão ocorre de modo aproximado em uma cadeia fornecida; b) como extrair padrões que ocorram de modo aproximado em um número significativo de cadeias de um conjunto fornecido. O primeiro problema, para o qual já existem diversos algoritmos polinomiais, tem recebido muita atenção desde a década de 60, e ganhou novos ares com o advento da biologia computacional, nos idos dos anos 80, e com a popularização da Internet e seus mecanismos de busca: ambos os fenômenos trouxeram novos obstáculos a serem superados, em razão do grande volume de dados e das bastante justas restrições de tempo inerentes a essas aplicações. O segundo problema, de surgimento um pouco mais recente, é intrinsicamente desafiador, em razão de sua complexidade computacional, do tamanho das entradas tratadas nas aplicações mais comuns e de sua dificuldade de aproximação. Também é de chamar a atenção o seu grande potencial de aplicação. Neste trabalho são apresentadas formulações adequadas dos problemas abordados, assim como algoritmos e estruturas de dados essenciais ao seu estudo. Em especial, estudamos a extremamente versátil árvore dos sufixos, assim como uma de suas generalizações e sua estrutura irmã: o vetor dos sufixos. Grande parte do texto é dedicada aos filtros baseados em q-gramas para a busca aproximada de padrões e algumas de suas mais recentes variações. Estão cobertos os algoritmos bit-paralelos de Myers e Baeza-Yates-Gonnet para a busca de padrões; os algoritmos de Sagot para a extração de padrões; os algoritmos de filtragem de Ukkonen, Jokinen-Ukkonen, Burkhardt-Kärkkäinen, entre outros. / This thesis deals with computational formulations and algorithms for the extraction and search of patterns from biological strings. In particular, the present text focuses on the following problems, both considered under Hamming and Levenshtein distances: 1. How to find the positions where a given pattern approximatelly occurs in a given string; 2. How to extract patterns which approximatelly occurs in a certain number of strings from a given set. The first problem, for which there are many polinomial time algorithms, has been receiving a lot of attention since the 60s and entered a new era of discoveries with the advent of computational biology, in the 80s, and the widespread of the Internet and its search engines: both events brought new challenges to be faced by virtue of the large volume of data usually held by such applications and its time constraints. The second problem, much younger, is very challenging due to its computational complexity, approximation hardness and the size of the input data usually held by the most common applications. This problem is also very interesting due to its potential of application. In this work we show computational formulations, algorithms and data structures for those problems. We cover the bit-parallel algorithms of Myers, Baeza-Yates-Gonnet and the Sagots algorithms for patterns extraction. We also cover here the oustanding versatile suffix tree, its generalised version, and a similar data structure: the suffix array. A significant part of the present work focuses on q-gram based filters designed to solve the approximate pattern search problem. More precisely, we cover the filter algorithms of Ukkonen, Jokinen-Ukkonen and Burkhardt-Kärkkäinen, among others.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:33:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Joao Olavo Baiao de Vasconcelos.pdf: 325868 bytes, checksum: 0459e6ca76a321095f4fc0d37ab23f21 (MD5) Previous issue date: 2011-12-21 / Petroleum Engineer activity is constantly enrolled on a series of optimization problems on many contexts, as, for instance, defining efficient and optimized projects on petroleum reserves development. However, there is an extreme difficulty on resolution of exploration and production (P&E) optimization problems, since they are often complex, with high degree of nonlinearity, presenting high uncertain number, and huge computational cost involved. Among them, there is the problem of determining the best throughput distribution among the wells of a petroleum production platform that achieves the biggest financial profitability of an E&P project, here named Petroleum Well Throughput Optimization Problem (PWTOP). In order to deal with PWTOP, some continuous optimization algorithms that deals with linearity restrictions present on the problem were studied, that are the Derivative Free Optimization (DFO), the Generating Set Search (GSS), and the Differential Evolution (DE). DFO is a sequential algorithm, whereas GSS and DE are parallel algorithms. Two case studies are also presented that represents synthetic petroleum fields. The results show how the studied algorithms behave on dealing with PWTOP for the two case studies, comparing experimental results obtained on optimized financial values, execution times and amount of objective function evaluation. Concludes, lastly, that, for the simplest case study, GSS had the best result, and for the most complex case study, more like real reservoirs, DE stood out / A atividade de Engenharia de Petróleo está rotineiramente envolvida em uma série de problemas de otimização em variados contextos, como definir projetos otimizados e eficientes na produção e no desenvolvimento de reservas de petróleo. Entretanto, há uma extrema dificuldade na resolução de problemas de otimização de exploração e produção (E&P), uma vez que são problemas frequentemente complexos, com elevado grau de não-linearidade, que apresentam alto número de incertezas e com enorme custo computacional envolvido. Dentre eles, está o problema de determinar a melhor distribuição de vazões entre os poços de uma plataforma de produção de petróleo capaz de resultar em um projeto de E&P de maior rentabilidade financeira, aqui denominado Problema de Otimização de Vazão de Poços de Petróleo (POVPP). Para tratar o POVPP, foram estudados alguns algoritmos de otimização contínua que possam lidar com as restrições lineares presentes no problema, que são o Otimização sem Derivadas (Derivative Free Optimization DFO), o Busca por Conjunto Gerador (Generating Set Search GSS) e o Evolução Diferencial (Differential Evolution DE). O DFO é um algoritmo sequencial, enquanto que o GSS e o DE são algoritmos paralelos. Também são apresentados dois estudos de caso que representam campos de petróleo sintéticos. Os resultados mostram como os algoritmos estudados se comportam ao tratar o POVPP para os dois estudos de caso, comparando-se dados obtidos de valores financeiros otimizados, tempos de execução e quantidade de avaliações da função objetivo. Conclui-se, por fim, que, para o estudo de caso simples, o GSS teve o melhor resultado, e para o estudo de caso mais complexo, mais semelhante a reservatórios reais, o DE se sobressaiu

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DesnesANR_DISSERT.pdf: 3501359 bytes, checksum: 5155a508018af1e52dae20205b8f726b (MD5) Previous issue date: 2012-12-21 / The seismic method is of extreme importance in geophysics. Mainly associated with oil exploration, this line of research focuses most of all investment in this area. The acquisition, processing and interpretation of seismic data are the parts that instantiate a seismic study. Seismic processing in particular is focused on the imaging that represents the geological structures in subsurface. Seismic processing has evolved significantly in recent decades due to the demands of the oil industry, and also due to the technological advances of hardware that achieved higher storage and digital information processing capabilities, which enabled the development of more sophisticated processing algorithms such as the ones that use of parallel architectures. One of the most important steps in seismic processing is imaging. Migration of seismic data is one of the techniques used for imaging, with the goal of obtaining a seismic section image that represents the geological structures the most accurately and faithfully as possible. The result of migration is a 2D or 3D image which it is possible to identify faults and salt domes among other structures of interest, such as potential hydrocarbon reservoirs. However, a migration fulfilled with quality and accuracy may be a long time consuming process, due to the mathematical algorithm heuristics and the extensive amount of data inputs and outputs involved in this process, which may take days, weeks and even months of uninterrupted execution on the supercomputers, representing large computational and financial costs, that could derail the implementation of these methods. Aiming at performance improvement, this work conducted the core parallelization of a Reverse Time Migration (RTM) algorithm, using the parallel programming model Open Multi-Processing (OpenMP), due to the large computational effort required by this migration technique. Furthermore, analyzes such as speedup, efficiency were performed, and ultimately, the identification of the algorithmic scalability degree with respect to the technological advancement expected by future processors / A s?smica ? uma ?rea de extrema import?ncia na geof?sica. Associada principalmente ? explora??o de petr?leo, essa linha de pesquisa concentra boa parte de todo o investimento realizado nesta grande ?rea. A aquisi??o, o processamento e a interpreta??o dos dados s?smicos s?o as partes que comp?em um estudo s?smico. O processamento s?smico em especial tem como objetivo ? obten??o de uma imagem que represente as estruturas geol?gicas em subsuperf?cie. O processamento s?smico evoluiu significativamente nas ?ltimas d?cadas devido ?s demandas da ind?stria petrol?fera, e aos avan?os tecnol?gicos de hardware que proporcionaram maiores capacidades de armazenamento e processamento de informa??es digitais, que por sua vez possibilitaram o desenvolvimento de algoritmos de processamento mais sofisticados, tais como os que utilizam arquiteturas paralelas de processamento. Uma das etapas importantes contidas no processamento s?smico ? o imageamento. A migra??o ? uma das t?cnicas usadas para no imageamento com o objetivo de obter uma se??o s?smica que represente de forma mais precisa e fiel as estruturas geol?gicas. O resultado da migra??o ? uma imagem 2D ou 3D na qual ? poss?vel a identifica??o de falhas e domos salinos dentre outras estruturas de interesse, poss?veis reservat?rios de hidrocarbonetos. Entretanto, uma migra??o rica em qualidade e precis?o pode ser um processo demasiadamente longo, devido ?s heur?sticas matem?ticas do algoritmo e ? quantidade extensa de entradas e sa?das de dados envolvida neste processo, podendo levar dias, semanas e at? meses de execu??o ininterrupta em supercomputadores, o que representa grande custo computacional e financeiro, o que pode inviabilizar a aplica??o desses m?todos. Tendo como objetivo a melhoria de desempenho, este trabalho realizou a paraleliza??o do n?cleo de um algoritmo de Migra??o Reversa no Tempo (RTM - do ingl?s: Reverse Time Migration), utilizando o modelo de programa??o paralela OpenMP (do ingl?s: Open Multi-Processing), devido ao alto esfor?o computacional demandado por essa t?cnica de migra??o. Al?m disso, foram realizadas an?lises de desempenho tais como de speedup, efici?ncia, e, por fim, a identifica??o do grau de escalabilidade algor?tmica com rela??o ao avan?o tecnol?gico esperado para futuros processadores

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ErnanoAJ_DISSERT.pdf: 1903927 bytes, checksum: 0bb4c95cc8f08d85b6af9c71ab44494b (MD5) Previous issue date: 2014-07-11 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Currently, there are several power converter topologies applied to wind power generation. The converters allow the use of wind turbines operating at variable speed, enabling better use of wind forces. The high performance of the converters is being increasingly demanded, mainly because of the increase in the power generation capacity by wind turbines, which gave rise to various converter topologies, such as parallel or multilevel converters. The use of converters allow effective control of the power injected into the grid, either partially, for the case using partial converter, or total control for the case of using full converter. The back-to-back converter is one of the most used topologies in the market today, due to its simple structure, with few components, contributing to robust and reliable performance. In this work, is presented the implementation of a wind cogeneration system using a permanent magnet synchronous generator (PMSG) associated with a back-to-back power converter is proposed, in order to inject active power in an electric power system. The control strategy of the active power delivered to the grid by cogeneration is based on the philosophy of indirect control / Existem diversas topologias de conversores de pot?ncia aplicadas a sistemas de gera??o de energia e?lica. Os conversores permitem a gera??o de energia com turbinas e?licas em condi??es de velocidade vari?vel do vento, possibilitando um aproveitamento de forma mais eficaz das for?as do vento. A utiliza??o dos conversores possibilita o controle efetivo da pot?ncia injetada na rede, seja de maneira parcial, no caso de utiliza??o de conversores parciais, ou controle total, no caso de utiliza??o de conversores completos. O alto desempenho dos conversores vem sendo cada vez mais necess?rio, principalmente quando se busca a eleva??o da capacidade de gera??o de pot?ncia por parte das turbinas e?licas, o que fez surgir diversas novas topologias de conversores, sejam conversores paralelos ou multin?veis. O conversor na configura??o back-to-back ? um dos mais utilizados no mercado atualmente, devido ? sua estrutura simples, com poucos componentes, contribuindo assim para um desempenho robusto e confi?vel. Neste trabalho, apresenta-se a implementa??o de um sistema de cogera??o e?lica utilizando um gerador s?ncrono a ?m? permanente (PMSG) associado a um conversor de pot?ncia na topologia back-to-back, de maneira a injetar pot?ncia ativa em um sistema el?trico de pot?ncia. A estrat?gia do controle da pot?ncia ativa fornecida pela cogera??o ? rede el?trica ? baseada na filosofia do controle indireto

Submitted by Elton Lever (elton@icomp.ufam.edu.br) on 2018-08-23T20:26:01Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoMestradoElton Lever-ProfRosiane-PPGI-VF.pdf: 2475783 bytes, checksum: 57e9ed5c603736311bd6f477643ff425 (MD5) / Approved for entry into archive by Secretaria PPGI (secretariappgi@icomp.ufam.edu.br) on 2018-08-23T20:35:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissertacaoMestradoElton Lever-ProfRosiane-PPGI-VF.pdf: 2475783 bytes, checksum: 57e9ed5c603736311bd6f477643ff425 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-08-24T13:35:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissertacaoMestradoElton Lever-ProfRosiane-PPGI-VF.pdf: 2475783 bytes, checksum: 57e9ed5c603736311bd6f477643ff425 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:35:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoMestradoElton Lever-ProfRosiane-PPGI-VF.pdf: 2475783 bytes, checksum: 57e9ed5c603736311bd6f477643ff425 (MD5) Previous issue date: 2017-06-22 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation addresses the class of job scheduling problems with precedence constraints and unit execution times, in identical parallel processors. Such a class of problems is of great importance in computational complexity theory, since small varia- tions in the conditions involved in scheduling make an easy problem very difficult. Two major problems involve the condition of the number of processors, where, if the number of processors is variable, given as input, such problem is proved to be NP-complete, but if the number of processors is fixed, the problem is still open. In this context, the focus of the research involves the problem already proven to be NP-complete, where for which we investigated the main approximation algorithms in the literature and their proofs of approximation ratio of the optimal, such as of the Garey & Jonhson’s 2-approximation algorithm, of the Hu, of the Coffman & Graham, and of the Gangal & Ranade with 2 − (7/(3P + 1)), the best approximation ratio in the literature. The approximation ratio proofs of such algorithms were detailed. As the main contribution of this research, were proved the optimality for specific classes of acyclic directed graphs involving trees (prece- dence trees, such as in-tree and out-tree) for the best approximation algorithms literature. / Esta dissertação aborda a classe de problemas de escalonamento de tarefas com restrições de precedências e tempos unitários em processadores paralelos idênticos. Tal classe de problemas tem uma grande importância em teoria da complexidade computacional, uma vez que pequenas variações nas condições envolvidas no esca- lonamento, fazem com que um problema fácil se torne muito difícil. Dois grandes problemas envolvem a condição do número de processadores, onde, se o número de processadores for variável, dado como entrada, tal problema é provado ser NP-completo, mas, se o número de processadores for fixo, o problema ainda está em aberto. Neste contexto, o foco da pesquisa envolve o problema já provado ser NP-completo, onde para qual se investigou os principais algoritmos aproximativos existentes na literatura e suas provas de razão de aproximação do ótimo, tais como o algoritmo 2-aproximativo de Garey & Jonhson e as melhorias de Hu, Coffman & Graham e de Gangal & Ranade (GR) com 2 −(7/(3P+1)), o de melhor razão de aproximação da literatura. As provas de razão de aproximação de tais algoritmos foram detalhadas. Como principal contribuição da pesquisa, foram determinados casos especiais ótimos, para classes específicas de grafos direcionados acíclicos que envolvem arborescências (árvores de precedência, como in-tree e out-tree) para o melhor algoritmos aproximativo da literatura. / Compreender o que querem em alguns momentos.

Esta dissertação de mestrado aborda formulações computacionais e algoritmos para a busca e extração de padrões em cadeias biológicas. Em particular, o presente texto concentra-se nos dois problemas a seguir, considerando-os sob as distâncias de Hamming e Levenshtein: a) como determinar os locais nos quais um dado padrão ocorre de modo aproximado em uma cadeia fornecida; b) como extrair padrões que ocorram de modo aproximado em um número significativo de cadeias de um conjunto fornecido. O primeiro problema, para o qual já existem diversos algoritmos polinomiais, tem recebido muita atenção desde a década de 60, e ganhou novos ares com o advento da biologia computacional, nos idos dos anos 80, e com a popularização da Internet e seus mecanismos de busca: ambos os fenômenos trouxeram novos obstáculos a serem superados, em razão do grande volume de dados e das bastante justas restrições de tempo inerentes a essas aplicações. O segundo problema, de surgimento um pouco mais recente, é intrinsicamente desafiador, em razão de sua complexidade computacional, do tamanho das entradas tratadas nas aplicações mais comuns e de sua dificuldade de aproximação. Também é de chamar a atenção o seu grande potencial de aplicação. Neste trabalho são apresentadas formulações adequadas dos problemas abordados, assim como algoritmos e estruturas de dados essenciais ao seu estudo. Em especial, estudamos a extremamente versátil árvore dos sufixos, assim como uma de suas generalizações e sua estrutura irmã: o vetor dos sufixos. Grande parte do texto é dedicada aos filtros baseados em q-gramas para a busca aproximada de padrões e algumas de suas mais recentes variações. Estão cobertos os algoritmos bit-paralelos de Myers e Baeza-Yates-Gonnet para a busca de padrões; os algoritmos de Sagot para a extração de padrões; os algoritmos de filtragem de Ukkonen, Jokinen-Ukkonen, Burkhardt-Kärkkäinen, entre outros. / This thesis deals with computational formulations and algorithms for the extraction and search of patterns from biological strings. In particular, the present text focuses on the following problems, both considered under Hamming and Levenshtein distances: 1. How to find the positions where a given pattern approximatelly occurs in a given string; 2. How to extract patterns which approximatelly occurs in a certain number of strings from a given set. The first problem, for which there are many polinomial time algorithms, has been receiving a lot of attention since the 60s and entered a new era of discoveries with the advent of computational biology, in the 80s, and the widespread of the Internet and its search engines: both events brought new challenges to be faced by virtue of the large volume of data usually held by such applications and its time constraints. The second problem, much younger, is very challenging due to its computational complexity, approximation hardness and the size of the input data usually held by the most common applications. This problem is also very interesting due to its potential of application. In this work we show computational formulations, algorithms and data structures for those problems. We cover the bit-parallel algorithms of Myers, Baeza-Yates-Gonnet and the Sagots algorithms for patterns extraction. We also cover here the oustanding versatile suffix tree, its generalised version, and a similar data structure: the suffix array. A significant part of the present work focuses on q-gram based filters designed to solve the approximate pattern search problem. More precisely, we cover the filter algorithms of Ukkonen, Jokinen-Ukkonen and Burkhardt-Kärkkäinen, among others.