Este trabajo de investigación se centra en el análisis diseño e implementación de una aplicación web de pedidos para un restaurante de la ciudad de Arequipa, tomando en consideración el auge de la gastronomía peruana los restaurantes buscan diferenciarse mediante la preparación de platillos ovedosos, por lo cual se planteó desarrollar una aplicación web de pedidos que muestre a los clientes los platillos del restaurante de manera amigable con una imagen y con texto detallando la preparación e ingredientes principales del platillo. Finalmente se desarrolló la aplicación web de pedidos mostrando una interfaz que es amigable al consumidor, mostrando los platillos novedosos del restaurante y facilitando la elección de los mismos. También se desarrolló el módulo de Cocina donde se muestran los pedidos realizados por los consumidores en tiempo real y dando prioridad a los primeros; esto facilita en gran medida el trabajo en el área de cocina.

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Los procesadores actuales ofrecen una relación precio prestaciones muy interesante, además de otras cualidades como la garantía de funcionamiento o la gran disponibilidad de herramientas de desarrollo. Este conjunto de virtudes los hace muy atractivos para el desarrollo de cualquier sistema informático, incluidos los sistemas de tiempo real (STR). Sin embargo, los sistemas de tiempo real necesitan verificar no sólo la corrección de los cálculos y operaciones que realizan, sino que también es necesario garantizar que las tareas que debe realizar el sistema se llevarán a cabo dentro de los límites temporales establecidos. Y esta garantía debe obtenerse bajo cualquier circunstancia y condición. En la validación de la corrección temporal de un STR, tarea que recibe el nombre de Análisis de Planificabilidad, es donde surgen los problemas con los procesadores actuales. Dichos procesadores alcanzan altos niveles de prestaciones gracias a los avances en la tecnología, pero también gracias a la inclusión de mejoras en su estructura y arquitectura que permiten aprovechar los recursos disponibles de la mejor manera posible. Pero este buen uso de los recursos no se produce de forma constante, sino que dependerá de la estructura y los datos del programa que se ejecute. De este modo, las prestaciones ofrecidas por un procesador variarán para los diferentes programas que ejecute e incluso para el mismo programa en función de sus datos de entrada. Esta falta de determinismo en la respuesta temporal del procesador complica de manera importante la realización del análisis de planificabilidad. Un caso concreto de estas mejoras estructurales que presentan una seria falta de determinismo es la memoria cache. Su inclusión en la jerarquía de memoria de los computadores ha permitido alcanzar unas prestaciones muy elevadas, por lo que se han convertido en un elemento común en la mayoría de los sistemas informáticos. Sin embargo, la gran variabilidad que introduce en los tiempos / Martí Campoy, A. (2003). Utilización de memorias cache con bloqueo en sistemas de tiempo real [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/55328

En la mayoría de las aplicaciones industriales es necesaria la verificación del correcto funcionamiento de las estrategias de control y automatismo antes de ser aplicadas al proceso real. Este tipo de aplicaciones requieren la utilización de sistemas de tiempo real para garantizar que los resultados no sólo son correctos desde el punto de vista lógico-aritmético, sino que se producen antes de un determinado tiempo, denominado vencimiento. Los sistemas de tiempo real utilizados en este tipo de aplicaciones incluyen desde controladores industriales (PLC1), redes de datos y sensores hasta avanzados sistemas de control distribuido (DCS). Asimismo, existen diferentes restricciones que pueden contraponerse a los requerimientos temporales en tales diseños como ser: el consumo de energía, las dimensiones físicas de las aplicaciones, el alcance y el retardo de los enlaces de datos, entre otras. Por otro lado, las actuales aplicaciones en donde se requieren estrategias de control y automatismos demandan técnicas sofisticadas de análisis y verificación de funcionamiento bajo diferentes escenarios. Muchos de los escenarios de funcionamiento que deben ser considerados involucran condiciones críticas del proceso, las cuales no son deseables de reproducir en la aplicación real y menos aún con un sistema de control que está bajo verificación. Actualmente, los sistemas distribuidos y redes de sensores son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones y con diferentes objetivos. Si bien en estas aplicaciones los requerimientos temporales raramente exigen un tratamiento de tiempo real duro, sí resulta necesario garantizar la consistencia temporal de los datos para asegurar que las acciones que se obtengan de dichos datos sean también consistentes. En consecuencia, es necesario un análisis conjunto de los sistemas diseñados y la aplicación que permita confirmar que las especificaciones de diseño se satisfacen para diferentes escenarios de funcionamiento. En la mayoría de las implementaciones modernas de estrategias de control y automatismos se utilizan simuladores de los controladores y se generan artificialmente las entradas que en la aplicación real provendrían de los sensores. Sin embargo, este tipo de metodología de prueba no permite verificar la correcta dinámica del controlador debido a que no es simple generar el mismo comportamiento en las entradas que cuando éstas están conectadas a los sensores reales. Para evitar estas restricciones en la verificación, y en aplicaciones que lo justifican, se suelen desarrollar plataformas que emulen el comportamiento de la aplicación específica. No obstante, la utilización de estas plataformas es exclusiva a la aplicación para las que fueron destinadas y su costo de desarrollo es generalmente elevado. Esta tesis tiene como objetivo el desarrollo de una plataforma para el análisis y la simulación de sistemas distribuidos y redes de sensores en tiempo real en aplicaciones donde se implementen estrategias de control y automatismos industriales. Para realizar esta plataforma se utilizó la herramienta TrueTime, creada por Johan Eker y Anton Cervin2 y posteriormente ampliada por su grupo de investigación. Esta herramienta permite la simulación en un ambiente de Simulink /Matlab del conjunto tiempo-real/control para verificar lasperturbaciones que diferentes algoritmos de diagramación producen en las aplicaciones de control. La herramienta TrueTime fue modificada y ampliada para la incorporación de los parámetros que, luego de un profundo análisis, son los adecuados para monitorear y configurar en forma genérica las redes de sensores y sistemas distribuidos anteriormente detallados. El protocolo de comunicaciones OPC 3 fue utilizado para generar en el controlador industrial bajo verificación todo el entorno simulado de la aplicación. / In most of the industrial applications, it is necessary the verification of the correct operation of the control strategies and automatism before being applied to the real process. This type of applications requires the use of real time systems to guarantee that the results not only are correct from the arithmetical and logical point of view, but that take place before a certain time, named deadline. The utilization of real-time systems in this kind of applications includes from industrial controllers (PLC) to data and sensors networks for advanced distributed control systems (DCS). Also, different constraints may exist that can be opposed to the temporal requirements in such designs: the energy consumption, the size of the implementations, the communications rate of the data links, among others. On the other hand, the present applications in which strategies of control and automatism are required, demand sophisticated techniques of analysis and verification of operation under different scenes. Many of the operation scenes that has to be considered, involve critical conditions of the process which are not desirable to reproduce in the real application and much less with a control system that is under verification. At the moment, the distributed systems and networks of sensors are widely used in diverse applications and with different objectives. Although in these applications the temporal requirements rarely demand a treatment of hard real-time, it is necessary to guarantee that temporal consistency of the data is preserved. Consequently, a holistic analysis of the designed control systems and the application is necessary to assure that the design specifications are satisfied for different scenes of operation. In most of the modern implementations of strategies of control and automatism, simulators of the controllers are used, artificially generating the inputs that come from the applications. Nevertheless, this type of testing methodology does not allow verifying the right dynamics of the controller, because it is not a easy task to generate the same behavior in the inputs of the simulator that when these input are connected to the real sensors. In order to avoid these restrictions in the verification, and in applications that justify it, usually they are developed platforms that emulate the behavior of the specific application. Nevertheless, the use of these platforms is exclusive to the application for which they were designed and consequently its development is generally expensive. The objective of this thesis is the development of a simulation platform designed for the analysis and simulation of distributed control systems and sensor networks in real-time applications in which strategies of control and industrial automatism are implemented. In order to develop this platform the TrueTime tool, developed by Johan Eker and Anton Cervin and later extended by its research group, was used. This tool allows us the simulation in a Simulink /Matlab environment of the set real time/control features of an implementation in order to verify the disturbances that different control configurations produce on the control applications. The TrueTime tool was modified and extended to incorporate the parameters that, after a deep analysis, were considered the main parameters required to build the most common scenes required in industrial applications. The communication protocol OPC was configured in order to generate all the simulated surroundings of the application on the industrial controller under verification.

La visión por computador es una rama de la inteligencia artificial que desarrolla tanto la teoría como la tecnología necesarias para emular la percepción visual humana. Su principal objetivo es construir sistemas artificiales capaces de interpretar escenas naturales o datos multidimensionales. La reconstrucción de la forma tridimensional de objetos reales es un campo muy importante dentro de la visión por computador y es de aplicación, entre otras, en disciplinas tan dispares como la ingeniería inversa, la navegación automática o la inspección y el control automáticos de calidad.En esta tesis se presenta un caso de estudio de la utilización de técnicas de visión por computador en el análisis, diseño e implementación de un sistema para la reconstrucción tridimensional de la superficie de objetos con restricciones de tiempo real. El estudio se centra en la inspección automática de la calidad de productos laminados en la industria del acero. La evaluación de la calidad de estos productos, denominados bandas de acero, requiere, además de otros análisis, la medición de su planitud. Esta medición se puede obtener a partir de una reconstrucción tridimensional de la forma de la banda.La planitud es una característica que indica el grado de aproximación de la superficie de un objeto a una superficie totalmente plana. Un proceso de laminación incorrecto genera tensiones internas en el acero que se traducen en defectos de planitud en la banda laminada.Hace algunos años la medición de la planitud se realizaba de forma manual por un operador de la instalación industrial. Para medir la planitud de una banda de forma manual se detiene su avance por la instalación y se mide la longitud de un intervalo concreto de su superficie así como la diferencia entre su punto más bajo y su punto más alto. En realidad, se miden la longitud y la amplitud de onda que forma la superficie de la banda. Esta tarea es extremadamente tediosa y consume un tiempo excesivo, por lo que sólo se puede obtener un conjunto reducido de medidas de cada producto. A partir de estas medidas se pueden inferir el tipo y la magnitud del defecto de planitud. La creciente demanda en la calidad de acabado de productos laminados y los exigentes requisitos de productividad actuales en la industria del acero hacen inviable la inspección de un producto de forma manual.La medición de la planitud de una banda de forma automatizada se basa en la comparación de la longitud de varias fibras de su superficie. Si la banda es totalmente plana, todas las medidas de longitud serán iguales. En caso contrario, las diferencias entre estas longitudes se observarán como defectos de planitud.La automatización del proceso de medición de la planitud en entornos industriales es un campo de trabajo relativamente reciente. Según el principio de funcionamiento utilizado para obtener las medidas de longitud de la superficie de la banda, los sistemas de medición de planitud se pueden clasificar en mecánicos u ópticos.En el trabajo realizado se presenta un estudio exhaustivo sobre el concepto de la planitud y su medición en productos laminados, así como una revisión de los sistemas industriales más relevantes de medición de planitud. Además, se describen las técnicas de visión por computador aplicables a la reconstrucción tridimensional de la superficie de productos laminados. También se presenta el diseño de un sistema de medición de planitud de bandas de acero basado en la técnica de triangulación óptica por láser.Dada la enorme dificultad para generar datos sintéticos adecuados y la imposibilidad de repetición del proceso de producción industrial se han evaluado diversos algoritmos de compresión de vídeo en tiempo real con objeto de almacenar la información de entrada al sistema. A partir de esta evaluación se ha desarrollado una herramienta de grabación y reproducción de vídeo comprimido en tiempo real que permite realizar pruebas off-line con datos reales así como validar el diseño del sistema. Además, también permite generar una base de datos que representa el amplio rango de condiciones superficiales que puede presentar una banda de acero.Con el objetivo de extraer la proyección del patrón láser de la escena de formarobusta y precisa se analizan las técnicas existentes y se estudia su aplicabilidad en un entorno hostil. Las técnicas descritas en la literatura se centran principalmente en la precisión de la detección del láser, siendo poco robusta su utilización en un entorno industrial, por lo que se diseña un método que garantice la extracción del patrón láser en condiciones adversas. El método propuesto se divide en dos fases. En primer lugar se realiza un proceso de búsqueda del láser en reposo aplicando criterios de búsqueda local. En segundo lugar, basándose en la información obtenida en la fase anterior, se realiza un proceso de búsqueda global sobre la superficie de la banda. Esta segunda fase consiste en un proceso de ajuste de segmentos curvos basado en una técnica de división y unión de regiones.La validación del sistema de medición de planitud se realiza indirectamente mediante la precisión lograda en el proceso de reconstrucción de la forma tridimensional de la banda. Los resultados relativos a la medición de planitud han sido obtenidos con datos reales procedentes de la industria del acero.

[EN] The development of embedded systems in industrial sectors such as railway, aerospace and automotive are based on Critical Real-Time Embedded Systems (CRTES). These systems face new challenges and demand related to increase of dependability, intelligence, connectivity, cost-size-volume reduction and energy efficiency. In this last topic is where this thesis expects to have a higher contribution. The global energy consumption can be combined with others criteria such as schedulability, communication delays and control application correctness, which contribute to determine the dynamic code movement and on-line load balancing in a system. The main goal of this thesis is the development of mechanisms for the management and optimization of energy consumption. These mechanisms are presented in the context of a distributed real-time control system and from the perspective of control kernel middleware. Let's consider a dynamic environment where an embedded and networked system operates with the support of task migration and processor frequency scaling. Assuming that the system knows where and when it must allocate tasks, we must perform feasibility analyses when each task arrives and departs on the affected embedded units. This guarantees that the temporal requirements of the system will be accomplished during the task allocation phase or delegation of tasks. Additionally, a new processor speed (frequency scaling) should be also computed to enable the system to adapt itself to the new computational workload and reduce energy consumption. And in this last is where the proposed algorithms in this work have their higher relevance. Although some authors have carried out these two phases (feasibility analysis and frequency scaling computation) separately, these analyses are strongly related and in some cases can be performed together. In this thesis, we present novel algorithm that perform feasibility analyses and compute new processor static frequencies based on dynamic voltage and frequency scaling techniques (DVFS). The frequency obtained as result of applying the algorithm proposed is the minimum processor frequency that minimizes CPU energy consumption while guaranteeing the fulfilment of real-time system constraints. The algorithm uses fixed priority scheduling schemes with deadlines less than, or equal to, the period of the tasks. Other propose of this algorithm is the use on-line during the task allocation and processor speed assignment phases. In this work, the computation of the minimum static processor frequency is accompanied with the proposed the additional approaches for the dynamic optimization of the energy consumption. Dynamic algorithms are based on the reclamation of additional slack resulting from the early completions of tasks. These are then used to further reduce the processor frequency and save more energy. These algorithms are applied at run-time. The computation of these additional dynamic processor frequencies uses as reference the previous calculation of the minimum static processor frequency. Through extensive simulations, we evaluate the performance of this algorithm against other existing feasibility tests that have been adapted to compute the minimum processor frequency. This minimum frequency is computed in terms of energy consumption, acceptability ratio, and real computing costs. In addition, predictability in the execution and behaviour of the algorithms in relation to the continuing arrival of tasks is analysed. / [ES] El desarrollo de sistemas de cómputo en sectores industriales tales como el ferroviario, aeroespacial y automóvil está basado en Sistemas Empotrados Críticos de Tiempo Real (CRTES). Estos sistemas se enfrentan a nuevas demandas y exigencias relacionadas con el incremento de la fiabilidad, mayor inteligencia, conectividad, reducción del volumen, mejoras del rendimiento y eficiencia en el consumo energético. Y es en ese último aspecto donde esta tesis doctoral espera hacer su principal aportación. El criterio de consumo energético, combinado con otros criterios tales como planificabilidad, retardos de comunicación y estabilidad en aplicaciones de control, contribuyen a la determinación del movimiento de código y al balance de cargas en sistemas distribuidos. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de mecanismos de gestión y optimización del consumo energético. Estos mecanismos se presentan como posibles funcionalidades en el marco del diseño de middlewares basados en el concepto de núcleo de control. El desarrollo de esta tesis considera un entorno dinámico donde sistemas CRTES, basados en soportes middleware y conectados a una red de comunicaciones, permiten llevar a cabo migraciones de tareas y modificaciones de la frecuencia del procesador en tiempo de ejecución. Suponiendo que el sistema distribuido conoce dónde y cuándo asignar las tareas entre las unidades de cómputo, es necesario realizar un análisis de factibilidad de la planificación en cada llegada y partida de tareas sobre los sistemas empotrados afectados. De esta forma, se garantiza que los requisitos temporales del sistema serán cumplidos durante la fase de re-asignación o distribución de tareas. Esto también implica que una nueva velocidad de procesador (escalamiento de frecuencia) deberá ser calculada para permitir una optimización energética y la adaptación del sistema a las nuevas condiciones de carga computacional. Y es en este punto en el que los algoritmos propuestos en esta tesis tiene su importancia. Aunque algunos autores han llevado a cabo estas dos fases (análisis de planificabilidad y cálculo del escalado de frecuencia) separadamente, estos análisis están fuertemente relacionados y en algunos casos pueden ser ejecutados de forma conjunta. En este trabajo de tesis se propone un algoritmo nuevo para el análisis de factibilidad de planificación y el cálculo de frecuencias estáticas de procesador basado en técnicas de escalamiento de frecuencia y voltaje dinámico (también conocido como DVFS). La frecuencia obtenida por este algoritmo es la frecuencia mínima que garantiza que si se usa de forma invariable en el procesador, se ahorrará la mayor energía posible y además se cumplirán todos los plazos de ejecución de las tareas del sistema. Este algoritmo utiliza un esquema de planificación por prioridades fijas con plazos de ejecución menor y/o igual que el periodo de las tareas. Uno de los propósitos de este algoritmo es su uso durante la ejecución del sistema, que permita gestionar adaptaciones de carga computacional y energética del procesador. El algoritmo para el cálculo de frecuencias estáticas de procesador, es complementado en esta tesis con la propuesta de métodos nuevos de optimización dinámica, que ajustan el consumo energético basado en las condiciones de carga de computo reales en cada instante. Estos métodos propuestos se utilizan en tiempo de ejecución de las tareas del sistema y se basan en la asignación de frecuencias dinámicas al procesador. Estas nuevas frecuencias utilizan como referencia el cálculo previo de la frecuencia estática. Los cambios de frecuencia dinámicos se suceden como respuesta a instantes ociosos de procesador debidos principalmente a terminaciones anticipadas de tareas. Para la evaluación de esta tesis se proponen un conjunto de simulaciones y experimentos que permiten comparar y valorar las contribuciones de esta tesis con respecto a otros al / [CAT] El desenvolupament de sistemes de còmput en sectors industrials com són el ferroviari, aeroespacial i automòbil està basat en Sistemes Embeguts Crítics de Temps Real (també coneguts per les sigles en anglès CRTES). Aquests sistemes s'enfronten a noves demandes i exigències relacionades amb l'increment de la fiabilitat, major intel·ligència, connectivitat, reducció del volum, millores de rendiment i eficiència en el consum energètic. És en aquest últim aspecte on aquesta tesi doctoral espera fer la seva principal aportació. El criteri de consum energètic, combinat amb altres criteris com ara planificabilitat, retards de comunicació i estabilitat en aplicacions de control, contribueixen a la determinació del moviment de codi i al balanç de càrregues en sistemes distribuïts. L'objectiu principal d'aquesta tesi és el desenvolupament de mecanismes de gestió i optimització del consum energètic. Aquests mecanismes es presenten com a possibles funcionalitats en el marc del disseny de middlewares basats en el concepte de nucli de control. El desenvolupament d'aquesta tesi considera un entorn dinàmic on sistemes CRTES basats en suport middleware i connectats a una xarxa de comunicacions, permeten dur a terme migracions de tasques i modificacions de la freqüència del processador en temps d'execució. Suposant que el sistema distribuït coneix on i quan assignar les tasques entre les unitats de còmput, cal fer un anàlisi de factibilitat de la planificació en cada arribada i sortida de tasques sobre els sistemes embeguts afectats. D'aquesta manera, es pot garantir que els requisits temporals del sistema seran complerts durant la fase de re-assignació o distribució de tasques. Això també implica que una velocitat de processador nova (escalament de freqüència) ha de ser calculada per permetre una optimització energètica i l'adaptació del sistema a les noves condicions de càrrega computacional. I és en aquest punt en el que els algoritmes proposats en aquesta tesi tenen la seva importància. Encara que alguns autors han dut a terme aquestes dues fases (l'anàlisi de planificabilitat i el càlcul de l'escalat de freqüència) separadament, aquestes anàlisis estan fortament relacionats i en alguns casos poden ser executats de forma conjunta. En aquest treball de tesi es proposa un algoritme nou per a l'anàlisi de factibilitat de planificació i el càlcul de freqüències estàtiques de processador basat en tècniques d'escalament de freqüència i voltatge dinàmic (també conegut com DVFS). La freqüència obtinguda per aquest algoritme és la freqüència mínima que garanteix que si es fa servir de forma invariable en el processador, s'estalviarà la major energia possible i a més a més es compliran tots els terminis d'execució de les tasques del sistema. Aquest algoritme utilitza un esquema de planificació per prioritats fixes amb terminis d'execució menors i/o iguals que el període de les tasques. Un dels propòsits d'aquest algoritme és el seu ús durant l'execució del sistema, que ha de permetre gestionar adaptacions de càrrega computacional i energètica del processador. L'algoritme de càlcul de freqüències estàtiques de processador, és complementat en aquesta tesi amb la proposta de mètodes nous d'optimització dinàmica, que ajusten el consum energètic basat en les condicions de càrregues de còmputs reals en cada instant. Aquests mètodes proposats s'utilitzen en temps d'execució de les tasques del sistema i es basen en l'assignació de freqüències dinàmiques al processador. Aquestes noves freqüències utilitzen com a referència el càlcul previ de la freqüència estàtica. Els canvis de freqüència dinàmics se succeeixen com a resposta a instants ociosos de processador deguts principalment a terminacions anticipades de tasques. Per a l'avaluació d'aquesta tesi es proposen un conjunt de simulacions i experiments que permeten comparar i valorar les contribucions / Coronel Parada, JO. (2016). Gestión de la carga dinámica de tareas de tiempo real con criterios de ahorro energético y su aplicación en el desarrollo de un middleware de control [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62691 / TESIS

La naturaleza y complejidad de las nuevas aplicaciones de monitorización y control, junto con los nuevos avances en miniaturización, la comunicación ubicua y la convergencia digital, han impulsado el desarrollo de las redes inalámbricas de sensores y actuadores, lo que ha permitido concebir nuevas aplicaciones que anteriormente eran poco viables debido a limitantes tecnológicos. Los nodos de la red se distribuyen sobre el área de cobertura de la aplicación y cooperan para la solución de problemas específicos. Estas arquitecturas de sistemas aumentan la flexibilidad de los mismos, contribuyen a disminuir el impacto producido por los fallos en un componente y los costes de implementación, facilitan las actividades de diagnóstico, mantenimiento y trazabilidad en los procesos, y propician nuevos niveles de seguridad, confort y productividad en todas las áreas, cubriendo desde los entornos industriales hasta los individuos, como por ejemplo aplicaciones de domótica y del cuidado de la salud. En general, estas aplicaciones demandan un elevado nivel de garantía de buen funcionamiento y seguridad, y su naturaleza concurrente y no determinista hace que su análisis y diseño sean complejos. Esto ha generado que en algunos casos no se obtenga una buena correspondencia entre los resultados experimentales y los objetivos de funcionamiento propuestos, lo cual es consecuencia del uso de modelos imprecisos para analizar y diseñar estos sistemas, métodos de validación poco elaborados y plataformas que no soportan los modelos empleados. Por lo que es deseable que el proceso de construcción de estos sistemas sea claro y comprenda los elementos necesarios para su realización. Esta nueva área integra disciplinas que han tenido desarrollos aislados, tales como instrumentación, redes de comunicaciones, teoría de control, procesamiento de señales, computación e informática. / Martínez Castro, D. (2011). Metodología de diseño para minimizar el consumo de potencia y los retrasos en redes inalámbricas de sensores y actuadores con retrasos acotados [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11552 / Palancia