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Defensa Remota Tesis Doctorado : “Improving the performance of wireless sensor networks using directional antennas”

Viernes 31 de julio 09:00hs

Tenemos el agrado de invitarlos a la defensa remota de la tesis de doctorado de Javier Schandy : “Improving the performance of wireless sensor networks using directional antennas”

Tutor : Thiemo Voigt (Uppsala University) y Leonardo Steinfeld (IIE), ambos se sumarán al tribunal con voz pero sin voto

Tribunal : Carlo Alberto Boano (Graz University of Technology), Xavier Vilajosana (Universitat Oberta de Catalunya) y George Oikonomou (University of Bristol)

Podrán asistir como público a la defensa, a través del mismo canal que usará el tesista y el tribunal, a través de Zoom

En esta plataforma no es necesario que se registren, si puede que les pidan para ejecutar algo a partir de vuestro navegador

Identifíquense al ingresar con su nombre y apellido real (no con un alias)

Mantengan su micrófono silenciado y su video apagado

Al finalizar las preguntas del tribunal podrán permanecer en la reunión para aguardar el fallo del tribunal (el tribunal deliberará en otra sala virtual).

FING – Sala 06

Topic: Ph.D. Defense – Javier Schandy
Time: Jul 31, 2020 09:00 AM Montevideo

Join Zoom Meeting
https://salavirtual-udelar.zoom.us/j/99717471879?pwd=ZjhxTUUyODVYam1MVndyYnVoR0p5UT09 Meeting ID: 997 1747 1879

Meeting ID: 997 1747 1879
Passcode: 9Z+Vw*VARz


Leonardo Steinfeld

Resumen :

Over the last decades, lots of new applications have emerged thanks to the availability of small devices capable of wireless communications that form Wireless Sensor Networks (WSNs). These devices allow sensing, processing, and communication of multiple physical variables while keeping a low power consumption. During the last years, most of the research efforts were spent on the development and optimization of wireless communication protocols, aiming to maximize the reliability of the network while achieving the lowest possible power consumption.

In this thesis, we study how to improve the performance of these WSNs by using directional antennas. Directional antennas can provide a higher gain and reduce the interference with other nodes by concentrating the radiated power in a certain direction.

We present the different kinds of directional antennas available for WSNs, and we select the 6-element SPIDA antenna as a case of study. We present an electromagnetic model of this antenna, and we incorporate it into the COOJA network simulator. We report the first complete characterization of this antenna, including the radiation pattern and S11 parameters. The characterization shows that the antenna has a maximum gain of 6.8 dBi, a Half-Power Beamwidth (HPBW) of 113◦ and a module of S11 parameter of -7.5 dB at the central frequency (fc = 2.4525 GHz). We also present a novel way to optimize the antenna without changing its geometry by isolating multiple director elements. We show that with this technique, the performance of the antenna can be improved in terms of maximum gain, narrower HPBW, and a lower module of the S11 parameter without making any changes in the antenna itself.

We evaluate the impact of supporting directional communications in the different layers of the network stack. We analyze the different challenges that arise and propose optimizations to overcome them in order to take advantage of the benefits of directional communication.

We present an analysis of the state-of-the-art in neighbor discovery protocols for WSNs with directional antennas, and we propose, implement end evaluate two novel fully directional protocols: Q-SAND and DANDi. We compare both of them with SAND, a fully directional neighbor discovery protocol. DANDi is a fully directional asynchronous and dynamic neighbor discovery protocol where the contention resolution relies on a collision detection mechanism. To the best of our knowledge, DANDi is the fastest neighbor discovery protocol for WSN with directional antennas, with the additional advantage of being able to discover every reliable communication link in a network without requiring any prior information of the network topology.

We combine the directional neighbor discovery protocol with MAC and routing optimizations in order fully take advantage of the benefits of using directional antennas. We focus on convergecast, a typical data collection application where every node sends packets periodically to a sink node. We present DirMAC, a novel MAC protocol that fully supports directional communication, together with four different heuristics to optimize the performance of the protocols. One of these heuristics has the added major benefit of being completely distributed and with no need for offline processing. Our evaluation shows that optimizations at both the MAC and routing layers are needed in order to reap the benefits of using directional antennas for convergecast. Our results show that the performance of the network can be greatly improved in terms of packet delivery rate, energy consumption, and energy per received packet, and we obtain the largest performance improvements in networks with dense traffic.


Defensa Virtual Tesis Doctorado : “On the design of ultra low voltage CMOS oscillators”

Martes 28 de abril 09:30hs

Tenemos el agrado de invitarlos a la defensa virtual de la tesis de doctorado de  Mariana Siniscalchi : “On the design of ultra low voltage CMOS oscillators”

Tutor : Carlos Galup-Montoro (Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil) y Fernando Silveira (IIE)

Tribunal : Andreas Andreou (Johns Hopkins University, Estados Unidos), Sylvain Bourdel (Université Grenoble Alpes, Francia) y Conrado Rossi (IIE)

Podrán asistir como público a la defensa, a través del mismo canal que usará la tesista y el tribunal, a través de Zoom

En esta plataforma no es necesario que se registren, si puede que les pidan para ejecutar algo a partir de vuestro navegador

Link para unirse a la reunión Zoom de la defensa : (solicitar en jribeiro@fing.edu.uy)

Les pedimos algunas consideraciones sencillas : Identifíquense al ingresar con vuestro nombre y apellido real (no con un alias), mantengan vuestro micrófono silenciado (excepto si quieren hacer una pregunta cuando se de esta posibilidad al público o para vitorear al candidato en los momentos en que el público habitualmente lo hace), y mantengan vuestro video apagado

Al finalizar las preguntas del tribunal, cuando el público se retira de la sala en una defensa presencial, deberán desconectarse de la reunión

Tanto la candidata como el público para “retornar” a escuchar el fallo del tribunal deberán acceder a la reunión: (solicitar en jribeiro@fing.edu.uy)

Esta segunda reunión cuenta con una “sala de espera”, es decir que cuando pidan para entrar, quedarán en espera hasta que los admitamos

Plan B :

En caso de que esta plataforma falle en algún punto, pasaremos a usar Webex con las siguientes enlaces de reunión : (solicitar en jribeiro@fing.edu.uy)


Fernando Silveira

Resumen :

Wireless sensor nodes require very tight power budgets to operate from either a small battery or some energy harvesting mechanism, or both. In many cases,thermal or electrochemical harvesting devices provide very low voltages of the order of 100 mV or even lower. Time-keeping functionality is required in IoT systems and the time-keeping module must be on at all times. Crystal oscillators have proven to be useful for low power time-keeping applications, and in this context supply voltage lowering is a convenient strategy. Therefore, 32 kHz crystal oscillators operating with only 60 mV supply are presented. Two implementations based on a Schmitt trigger circuit for two different crystals were designed and experimentally characterized. These crystal oscillators are based on the application of a Schmitt trigger as an amplifier. Guidelines for designing this block to be the amplifier of a crystal oscillator are provided. Furthermore, a dynamic model of the Schmitt trigger is proposed and the model results are compared against simulations. The amplifiers were experimentally characterized, providing a gain of 2.48 V/V with a 60 mV power supply. As it was intended in the design stage, for voltages above 100 mV hysteresis appears and the Schmitt trigger starts operating as a comparator. The Schmitt triggers to operate as amplifiers of the crystal oscillators are designed in a 130 nm CMOS process, requiring an area of 45 μm x 74 μm and 78 μm x 83 μm, respectively. The power consumptions of the crystal oscillators are 2.26 nW and 15 nW and the temperature stabilities attained are 62 ppm (25-62°C) and 50 ppm (5-62°C), respectively. The dependence on the supply voltage of the current consumption, fractional frequency, start-up time and oscillation amplitude were measured. The Allan deviation is 30 ppb for both oscillators. On the other hand, an LC voltage controlled oscillator (VCO) is designed in 28 nm FD-SOI for RF applications. The possibility of modeling the transistors in  the 28 nm FD-SOI technology by means of the all inversion region long channel bulk transistor model used for the Schmitt trigger circuits, is studied. A crosscoupled nMOS architecture is used to build the VCO. The theoretical limit for the minimum supply voltage that enables oscillation is studied. The transistors were optimally sized to aim the minimum power consumption through a low-voltage approach and the performance of the VCO was obtained through simulations.


Defensa Virtual Tesis Doctorado : “Estimación vestible de la presión arterial central aórtica” (“Wearable estimation of central aortic blood pressure”)

La situación imperante nos ha obligado a pasar esta Defensa de Tesis a una modalidad totalmente a distancia y a cancelar los otros eventos asociados (Miniworkshop).

Igualmente los seguimos invitando a asistir a la misma.

Se mantiene la hora y fecha: Lunes (próximo) 23/03 a las 09:30 AM.

El mecanismo será el siguiente:

Podrán asistir como público a la Defensa por el mismo canal que usará el candidato y el tribunal:

(en ninguna de las plataformas que se señalan a continuación es necesario que se registren, si puede que les pidan para ejecutar algo a partir de vuestro navegador).

Unirse a la reunión Zoom


ID de reunión: 521 833 1413

Les pedimos algunas consideraciones obvias: Identifíquense al ingresar con vuestro nombre y apellido real (no con un alias), mantengan vuestro micrófono silenciado (excepto si quieren hacer una pregunta cuando se de esta posibilidad al público o para vitorear al candidato en los momentos en que el público habitualmente lo hace), y mantengan vuestro video apagado.

Al finalizar las preguntas del tribunal, cuando el público se retira de la sala en una defensa presencial, deberán desconectarse de la reunión (y sino los desconectaremos nosotros 🙂 ).

Tanto el candidato como el público para “retornar” a escuchar el fallo del tribunal deberán acceder a la reunión: “Comunicación Resultado Tesis Fierro”:


ID de reunión: 145 086 002

Esta segunda reunión cuenta con una “sala de espera” es decir que cuando pidan para entrar, quedarán en espera hasta que los admitamos.

_Plan B:_

En caso de que esta plataforma falle en algún punto, pasaremos a usar Webex con las siguientes enlaces de reunión: (se incluye contraseña ya que Webex requiere que haya contraseña para la reunión).

1) Defensa de Tesis Germán Fierro

Número de reunión: 629 298 295

Contraseña: DefensaFierro


2) Comunicación Resultado Tesis Fierro

Comunicación Resultado Tesis Fierro

Número de reunión: 625 612 527

Contraseña: DefensaFierro


Los esperamos ¡!

Fernando Silveira

Lunes 23 de marzo 09:30hs, Salón Beige (piso 7, salón 725) – Facultad de Ingeniería, J. Herrera y Reissig 565

Tenemos el agrado de invitarlos a la defensa de tesis de doctorado de Germán Fierro :  “Estimación vestible de la presión arterial central aórtica” (“Wearable estimation of central aortic blood pressure”)

Directores de tesis : Ricardo Armentano y Fernando Silveira

Tribunal :  Esteban Pino, Facultad de Ingeniería, Universidad de Concepción, Chile, Revisor; Hamilton Klimach, Escuela de Ingeniería, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil, Revisor; Agustín Ramírez, Facultad de Medicina, Universidad Favaloro, Argentina; Ricardo Armentano, IIE, y Fernando Silveira, IIE


Fernando Silveira

Resumen :

El combate a la hipertensión es de los principales desafíos que enfrentan los sistemas de salud. Se estima que casi un tercio de la población adulta mundial sufre de algún grado de hipertensión. La misma es un factor de riesgo principal para una enfermedad cardiovascular o renal, que acaba siendo de las principales causa de muerte alrededor del mundo. Es por esto que los esfuerzos de la medicina se centran cada vez más en la prevención, detección temprana y tratamiento de estas enfermedades. Por lo que es necesario la generación de nuevas tecnologías que permitan monitorear la presión arterial (PA) de manera continua y ambulatoria. Las técnicas actuales para el monitoreo ambulatorio de PA están basadas en el uso de un brazalete inflable. Si bien estas técnicas son extensamente utilizadas por la comunidad de la salud; poseen una serie de inconvenientes: requieren asistencia médica, causan molestia/lesión, son intermitentes, y sólo permiten obtener la PA periférica (es decir donde se coloca el brazalete). Por un lado estas razones, inviabilizan el monitoreo ambulatorio y continuo de la presión arterial en forma más generalizada. Por otro, obtener la presión arterial central (a nivel de la aorta), podría permitir estimar mejor la incidencia sobre los órganos más vulnerables a la hipertensión. En la presente tesis se desarrolló un dispositivo que explota un método alternativo e indirecto para la estimación de la PA a nivel central. Variantes del principio utilizado (medida del tiempo de tránsito de pulso de presión en la red arterial) se han explorado para estimar la PA periférica pero no para la PA central. Esto implica reconsiderar si los modelos humanos disponibles en la literatura (es decir la relación matemática entre variables medidas y PA estimada) son o no adecuados. Adicionalmente, se diseñó el dispositivo para que fuera vestible, es decir, que permite ser acoplado a la ropa, causando baja incomodidad en el usuario durante las mediciones, permitiendo así el monitoreo continuo y ambulatorio. El sistema vestible desarrollado, validado en una serie de voluntarios, arrojó que la metodología propuesta es un camino viable hacia el seguimiento continuo de PA. Para ello, la presente tesis aportó en los siguientes aspectos: 1) Propuesta de una metodología y validación con pruebas con voluntarios para la estimación de la PA central a partir de señales del balistocardiograma y electrocardiograma . 2) Exploración del estado del arte en modelos humanos a partir de tiempo de tránsito de pulso y su adecuación para la metodología propuesta. 3) Propuesta de un nuevo modelo humano para la estimación vestible de la PA central basado fuertemente en la modelización física del sistema circulatorio central. 4) Creación de una plataforma vestible, incluyendo diseño de su hardware y software, para la adquisición de señales fisiológicas, proponiendo nuevos criterios de diseño para una mejor medida del tiempo de tránsito de pulso. 5) Diseño de un circuito integrado que implementa un versión miniaturizada de la interfase analógica del sistema vestible e implementa a nivel integrado los criterios propuestos.

Defensa Tesis Doctorado : “Circuitos digitales de baja energía en tecnologías nanométricas avanzadas”

Lunes 8 de abril 16:30hs, Salón Azul (piso 5, salón 502) – Facultad de Ingeniería, J. Herrera y Reissig 565

Tenemos el agrado de invitarlos a la defensa de tesis de doctorado de Francisco Veirano :  “Circuitos digitales de baja energía en tecnologías nanométricas avanzadas”

Tutor : Lirida Naviner (Telecom ParisTech, Francia) y Fernando Silveira (IIE)

Tribunal :  Denis Flandre (Université Catholique de Louvain, Bélgica), Ricardo Reis (Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil) y  Juan Pablo Oliver (IIE)


Fernando Silveira

Resumen :

La constante demanda de dispositivos portables y los avances hacia la Internet de las Cosas han hecho del consumo de energía uno de los mayores desafíos y preocupación en la industria y la academia.

La forma más eficiente de reducir el consumo de energía de los circuitos digitales es reduciendo su voltaje de alimentación ya que la energía dinámica depende de manera cuadrática con dicho voltaje. Varios trabajos demostraron que existe un voltaje de alimentación óptimo, que minimiza la energía consumida para realizar cierta operación en un circuito digital, llamado punto de mínima energía. Este óptimo voltaje se encuentra usualmente entre 200 mV y 400 mV dependiendo del circuito y de la tecnología utilizada. Para obtener

estos voltajes de alimentación de la fuente de energía, se necesitan conversores dc-dc integrados con alta eficiencia.

Esta tesis se concentra en el estudio de sistemas digitales trabajando en la región sub umbral diseñados en tecnologías nanométricas avanzadas (28 nm). Estos sistemas se pueden dividir usualmente en dos bloques, uno llamado bloque de manejo de potencia, y el segundo, el circuito digital operando en la region sub umbral.

En particular, en lo que corresponde al bloque de manejo de potencia, el circuito más crítico es en general el conversor dc-dc. Este circuito convierte el voltaje de una batería (o super capacitor o enlace de transferencia inalámbrica de energía o unidad de cosechado de energía) en un voltaje entre 200 mV y 400 mV para alimentar el circuito digital en su voltaje óptimo.

En esta tesis desarrollamos dos técnicas que, mediante el reciclado de carga, mejoran la eficiencia de los conversores dc-dc a capacitores conmutados. La primera es basada en una técnica utilizada en circuitos adiabáticos que se llama carga gradual o a pasos. Esta técnica se ha utilizado en circuitos y aplicaciones en donde el consumo por la carga y descarga de una capacidad grande es dominante. Nosotros analizamos la posibilidad de utilizar esta técnica en conversores dc-dc a capacitores conmutados con capacitores integrados. Se demostró a través de medidas que se puede reducir en un 29% el consumo debido al encendido y apagado de las llaves que implementan el conversor dc-dc. La segunda técnica, es una simplificación de la primera, la cual puede ser aplicada en ciertas arquitecturas de conversores dc-dc a capacitores conmutados. También se fabricó y midió un conversor con esta técnica y se obtuvo una reducción del 25% en la energía consumida por el manejo de las llaves del conversor.

Por otro lado, estudiamos los circuitos digitales operando en la región sub umbral y en particular cerca del punto de mínima energía. Estudiamos diferentes modelos para circuitos operando en estas condiciones y los mejoramos considerando las diferencias entre los transistores NMOS y PMOS. Mediante este modelo demostramos que existe un óptimo en la relación entre las corrientes de fuga de ambos transistores que minimiza la energía de fuga consumida por operación. Este óptimo depende de la arquitectura del circuito digital y ademas de los datos de entrada del circuito. Sin embargo, demostramos que se puede reducir el consumo de manera considerable al operar en un óptimo promedio.

Propusimos dos técnicas para alcanzar la relación óptima. Utilizamos una tecnología FD-SOI de 28nm para la mayoría de las simulaciones, pero también mostramos que estas técnicas pueden ser utilizadas en tecnologías bulk convencionales.

La primer técnica, consiste en utilizar el voltaje de la puerta trasera (o sustrato en CMOS convencional) para ajustar de manera independiente las corrientes del NMOS y PMOS para que el circuito trabaje en el óptimo de la relación de corrientes. Esta técnica la llamamos polarización de voltaje de puerta trasera óptimo.

La segunda técnica, consiste en utilizar los largos de los transistores para ajustar las corrientes de fugas de cada transistor y obtener la relación óptima. Trabajando en la región sub umbral y en tecnologías avanzadas, incrementar moderadamente el largo del transistor tiene poco impacto en la energía dinámica y es por eso que se puede utilizar.

Finalmente, utilizamos estas técnicas en circuitos básicos como sumadores y mostramos que se puede obtener una reducción de la energía consumida de aproximadamente 50%, en un amplio rango de frecuencias, mientras estos circuitos trabajan cerca del punto de energía mínima.

Las principales contribuciones de la tesis son:

• Análisis de la técnica de carga gradual o a pasos en capacidades pequeñas.

• Implementación de la técnica de carga gradual para la mejora de eficiencia de conversores dc-dc a capacitores conmutados.

• Simplificación de la técnica de carga gradual para mejora de la eficiencia en algunas arquitecturas de conversores dc-dc de capacitores conmutados.

• Análisis del mínimo voltaje de operación en circuitos digitales debido al ruido intrínseco del dispositivo y el impacto del escalado de las tecnologías en el mismo.

• Mejoras en el modelado del punto de energía mínima de operación de un circuito digital en el cual se consideran las diferencias entre el transistor PMOS y NMOS.

• Demostración de la existencia de un óptimo en la relación entre las corrientes de fuga entre el NMOS y PMOS que minimiza la energía de fugas consumida en la región sub umbral.

• Desarrollo de una estrategia de polarización del voltaje de puerta trasera para que el circuito digital trabaje en el óptimo antes mencionado.

• Desarrollo de una estrategia para el dimensionado de los transistores que componen las compuertas digitales que permite al circuito digital operar en el óptimo antes mencionado.

• Análisis del impacto de la arquitectura del circuito y de los datos de entrada del mismo en el óptimo antes mencionado.

Defensa Tesis Doctorado : “Observation mechanisms for in-field software-based self-test” (“Mecanismos de observación para auto testeo en campo basado en software”)

Jueves 14 de marzo 16:00hs, Salón Marrón (piso 7, salón 705) – Facultad de Ingeniería, J. Herrera y Reissig 565

Tenemos el agrado de invitarlos a la defensa de tesis de doctorado de Julio Pérez Acle :  “Observation mechanisms for in-field software-based self-test” (“Mecanismos de observación para auto testeo en campo basado en software”)

Tutor : Matteo Sonza Reorda (Politécnico di Torino) y Rafael Canetti (IIE)

Tribunal :  Gregory Randall (IIE), Letticia Bolzani Poehls (Pontificia Universidade Católica do Rio Grande do Sul) y
Raoul Velazco (TIMA, CNRS, Grenoble)


Rafael Canetti

Resumen :

Cuando se utilizan sistemas electrónicos en aplicaciones críticas como en las áreas biomédica, aeroespacial o automotriz, se requiere mantener una baja probabilidad de malfuncionamientos debidos a cualquier tipo de fallas. Los estándares y normas juegan un papel importante, forzando a los desarrolladores a diseñar y adoptar soluciones que sean capaces de alcanzar objetivos predefinidos en cuanto a seguridad y confiabilidad.

Pueden utilizarse diferentes técnicas para reducir la ocurrencia de fallas o para minimizar la probabilidad de que esas fallas produzcan malfuncionamientos críticos, por ejemplo a través de la incorporación de redundancia. Lamentablemente, muchas de esas técnicas afectan en gran medida el costo de los productos y, en algunos casos, la probabilidad de malfuncionamiento sigue siendo demasiado alta.

La parte principal de esta tesis se enfoca en el área de auto-test en campo basado en software para la detección de fallas permanentes. Si se lo compara con un escenario de test de fin de fabricación, el test en campo tiene fuertes limitaciones en términos de posibilidad de acceso a las entradas y salidas del sistema. En consecuencia se tiene menos posibilidades de activar las fallas y de observar sus efectos.

Se propone un conjunto de métodos de observación de los resultados de tests en campo con el fin de obtener una mejor cobertura, en particular de las fallas de performance, es decir fallas que modifican la temporización pero no el resultado final de los cálculos. Se presenta una extensa evaluación cuantitativa de los métodos propuestos, que incluye una comparación con los métodos tradicionalmente utilizados en tests de fin de fabricación y en campo.

Los resultados muestran que los métodos propuestos son un buen complemento del método tradicionalmente usado que consiste en observar el valor final del contenido de memoria. Además muestran que una adecuada combinación de estos métodos complementarios permite alcanzar casi los mismos valores de cobertura de fallas que se obtienen mediante la observación continua de todas las salidas del procesador, método comúnmente usado en tests de fin de fabricación, pero que usualmente no está disponible en campo.

Un subproducto muy interesante de lo arriba expuesto es la descripción detallada del procedimiento para calcular la cobertura de fallas lograda mediante tests funcionales en campo por medio de un simulador de fallas convencional, una herramienta que usualmente se aplica en escenarios de test de fin de fabricación.

Defensa Tesis Doctorado : “Circuitos y sistemas para transferencia inductiva de potencia”

Miércoles 21 de noviembre 14:30hs, Salón B22 – Edificio Polifuncional “José Luis Massera” Senda Nelson Landoni 631

Tenemos el agrado de invitarlos a la defensa de tesis de doctorado de Pablo Pérez :  “Circuitos y sistemas para transferencia inductiva de potencia”

Tutor : Fernando Silveira

Tribunal : Alfredo Arnau (UCUDAL), Alessandra Costanzo (Universitá di Bologna, Italia) y Maysam Ghovanloo (Georgia Institute of Technology, USA)


Fernando Silveira

Resumen :

En los últimos años la transferencia inalámbrica de energía (WPT) ha cobrado especial atención, ya que logra aumentar la robustez, usabilidad y autonomía de los dispositivos móviles. Transferir energía inalámbricamente relaja el compromiso entre el tamaño de la batería y la disponibilidad de energía, permitiendo aplicaciones que de otro modo no serían posibles.

Esta tesis tiene como objetivo desarrollar técnicas novedosas para aumentar la eficiencia y la distancia de transmisión de sistemas de transferencia inalámbrica por acople inductivo (IPT). Se abordó el diseño del enlace inductivo y varios circuitos utilizados en el receptor de energía. Además, realizamos un cuidadoso análisis a nivel sistema, teniendo en cuenta el diseño conjunto de diferentes bloques. Todo el trabajo está orientado hacia el desarrollo de aplicaciones de bajo consumo, como dispositivos médicos implantables activos (AIMD) o sistemas de identificación por radio frecuencia (RFID).

Se consideraron principalmente tres enfoques para lograr mayor eficiencia y distancia: 1) El uso de bobinas resonantes adicionales, colocadas entre el transmisor y el receptor. 2) El uso de redes de adaptación de impedancia en el receptor. 3) El diseño de circuitos rectificadores y conversores dc-dc con alta eficiencia.

El efecto ocasionado por las bobinas resonantes adicionales en el enlace inductivo es usualmente abordado sin tener en cuenta su influencia en todas las partes del sistema. En este trabajo, analizamos teóricamente y comparamos sistemas de 2 y 3 bobinas, mostrando las ventajas que tiene la bobina adicional en conjunto con el uso de redes de adaptación. El efecto de dicha bobina, en sistemas de lazo cerrado fue también estudiado, demostrando que el diseño del lazo debe considerar el número de bobinas que utiliza el link. Se trabajó con un sistema real de RFID, analizando el uso de una bobina resonante en una aplicación práctica existente y de amplio uso en el Uruguay.

El punto de máxima eficiencia se puede alcanzar ajustando la impedancia vista por la bobina receptora hasta alcanzar su valor óptimo. En transferencia inductiva, este valor óptimo se ajusta en muchos casos mediante un conversor dc-dc de ganancia variable. Por otro lado, otros trabajos utilizan una red de adaptación para lograr el mismo objetivo. En esta tesis, proponemos un diseño combinando ambas técnicas, las redes de adaptación y los conversores dc-dc, resaltando los beneficios del uso conjunto de ambos métodos.

Circuitos de rectificación y de conversión de tensión dc-dc, son usualmente incluidos en el receptor de energía. Mantener alta eficiencia en ambos circuitos es fundamental, ya que ésta afecta no solo la potencia de salida sino también la disipación del receptor. En aplicaciones como AIMDs, aprovechar la mayor cantidad de energía recibida es crucial para reducir el calentamiento y respetar los limites de exposición. En esta tesis presentamos el diseño de un rectificador activo, y un conversor dc-dc a capacitores conmutados. En aplicaciones de bajo consumo, la potencia consumida por cualquier bloque auxiliar utilizado en el circuito, puede afectar la eficiencia considerablemente. Por lo tanto, hemos diseñado cuidadosamente estos bloques, como ser amplificadores de transconductancia y comparadores de tensión.

Las mayores contribuciones de la tesis son :

La deducción de ecuaciones simplificadas que permiten comparar sistemas de 2 y 3 bobinas que utilizan redes de adaptación de impedancia.

El desarrollo de un sistema de RFID de 3 bobinas.

El análisis del efecto que tiene la caja de titanio, que habitualmente se usa para encapsular AIMDs, en el enlace inductivo.

Un flujo de diseño que aprovecha las ventajas de utilizar redes de adaptación en conjunto con conversores dc-dc en el receptor para alcanzar la impedancia de carga óptima.

El análisis de un sistema en lazo cerrado con postregulación, donde se muestran los efectos en el lazo de control generado por las bobinas adicionales utilizadas y el tipo de resonancia (serie o paralelo) del receptor.

El análisis de la implementación de las llaves en conversores dc-dc elevadores de tensión.

El diseño de amplificadores de transconductancia de bajo consumo y alto slew-rate.

Diseño de rectificadores activos de alta eficiencia.

Defensa Tesis Doctorado : “Computational methods for percussion music analysis : The Afro-Uruguayan Candombe drumming as a case study”

Viernes 6 de abril 14:00hs, Salón Verde (piso 7, salón 720)-Facultad de Ingeniería, J. Herrera y Reissig 565

Tenemos el agrado de invitarlos a la defensa de tesis de doctorado de Martín Rocamora : “Computational methods for percussion music analysis : The Afro-Uruguayan Candombe drumming as a case study”

Director de Tesis : Luiz W. P. Biscainho (UFRJ), Luis Jure (UdelaR) y Álvaro Pardo (UCU)

Director Académico : Pablo Musé (UdelaR)

Tribunal : Andre Holzapfel (KTH, revisor externo), Luiz Naveda (UEMG, revisor externo), Marcelo Fiori (UdelaR) y Gregory Randall (UdelaR)


Federico Lecumberry

Resúmen :

La mayoría de la investigación realizada en tecnologías de la información aplicadas a la música se ha limitado en gran medida a algunos estilos particulares de la denominada música ‘occidental’. Las herramientas resultantes a menudo no generalizan adecuadamente o no se pueden extender fácilmente a otras tradiciones musicales. Por lo tanto, recientemente se han propuesto enfoques culturalmente específicos como forma de construir modelos computacionales más ricos y más generales.

Esta tesis tiene como objetivo contribuir al estudio del ritmo asistido por computadora, desde una perspectiva cultural específica, considerando el candombe afro-uruguayo como caso de estudio. Esto está motivado principalmente por las características rítmicas de este género, que resultan problemáticas para la mayoría de los métodos de análisis existentes. Se intenta de esta manera superar los límites actuales de estas tecnologías.

La tesis ofrece una visión general del contexto histórico, social y cultural en el que se integra el candombe, junto con una descripción de su ritmo.

Una de las contribuciones específicas de la tesis es la creación de conjuntos de datos adecuados para el análisis computacional del ritmo. Se realizaron sesiones de grabación y se generaron anotaciones de información métrica, ubicación de eventos y secciones. Se puso disponible públicamente un conjunto de grabaciones anotadas para el seguimiento de pulso e inicio de compás, y se generó un registro audiovisual que sirve tanto para fines documentales como de investigación.

Parte de la tesis se centró en descubrir y analizar patrones rítmicos a partir de grabaciones de audio. Se diseñó una representación en forma de mapa de patrones rítmicos basada en características espectrales. El tipo de análisis que se puede realizar con los métodos propuestos se ilustra con algunos experimentos.

La tesis también abordó de forma sistemática (y por primera vez) el estudio y la caracterización de las propiedades micro rítmicas del candombe. Los resultados sugieren que las micro desviaciones temporales son un componente estructural del ritmo, dando lugar a una especie de “swing” característico.

El resto de la tesis se dedicó a la inferencia automática de la estructura métrica a partir de grabaciones de audio. Se propuso un esquema Bayesiano supervisado para el seguimiento de patrones rítmicos, del cual se puso públicamente a disposición una implementación de software. Los resultados dan evidencia adicional de la capacidad de generalización del enfoque Bayesiano a ritmos complejos.

Por último, la detección de inicio de compás se formuló como un problema de compresión de datos. Esto resultó en un método novedoso que demostró ser efectivo para una buena parte de los datos, y que abre varias lineas posibles de investigación a futuro.

Defensa Tesis Doctorado : “Arquitectura integrada de consumo eficiente para aplicaciones de registro de señales neurales sensibles al CMRR” (Current efficient integrated architecture for common mode rejection sensitive neural recordings)

Martes 20 de marzo 10:00hs, Salón Beige (piso 7, salón 725)-Facultad de Ingeniería, J. Herrera y Reissig 565

Tenemos el agrado de invitarlos a la defensa de tesis de doctorado de Julián Oreggioni : “Arquitectura integrada de consumo eficiente para aplicaciones de registro de señales neurales sensibles al CMRR” (Current efficient integrated architecture for common mode rejection sensitive neural recordings)

Director de Tesis : Angel Caputi y Fernando Silveira

Tribunal : Tim Constandinou, Manuel Delgado Restituto y Conrado Rossi


Fernando Silveira

Resúmen :

La adquisición en tiempo real y el análisis de señales del cerebro, ya sea mediante electroencefalografía “vestible”, registros invasivos o implantados, para realizar acciones (interfaz cerebro máquina), o entender aspectos del funcionamiento del cerebro, se ha vuelto científica y tecnológicamente posible. En este contexto, el objetivo de esta tesis es darle soporte a aplicaciones basadas en el registro de señales neurales donde el bajo ruido, la eficiencia en términos de consumo de corriente y tener una alta relación de rechazo al modo común (CMRR por sus siglas en inglés) son las características más importantes del sistema de adquisición.

Esta tesis propone una novedosa arquitectura para preamplificadores neurales integrados. La misma es analizada en profundidad, derivando la función de transferencia y las principales ecuaciones de diseño. Además, se presenta el análisis detallado de una técnica para bloquear la componente de continua de la entrada y fijar la frecuencia corte inferior sin utilizar pseudo-resistores MOS. La arquitectura en su conjunto, junto con un circuito sencillo y eficiente para el transconductor principal del preamplificador son una de las principales contribuciones de la presente tesis. Un preamplificador neural totalmente integrado fue fabricado en un proceso CMOS de 0.5um alcanzando el estado del arte con una destacada performance en CMRR. Asimismo, se realizaron medidas in-vivo en un pez eléctrico (Gymnotus omarorum). Esto constituye la primera vez que se realiza en Uruguay el test in-vivo de un amplificador neural integrado diseñado localmente.

En esta tesis se extendió y aplicó en filtros bicuadráticos pasa-banda la arquitectura previamente desarrollada, especialmente, pero no solamente, para aquellos con entrada diferencial. La nueva arquitectura ofrece una reducción significativa del consumo (hasta el 30%) y/o hace posible el bloqueo de mayores niveles de continua en la entrada (hasta el doble) sin usar capacitores de desacople.

Asimismo, se aplicó la novedosa arquitectura al diseño de las diferentes etapas de un front-end analógico para señales neurales, integrado y programable. La comparación entre nuestro front-end y otros trabajos similares en el estado del arte muestra que nuestro diseño presenta los mejores resultados en términos de ruido y CMRR, tiene el mayor valor de ganancia, igualando los mejores valores de NEF reportados.

Finalmente, la tesis plantea algunos tópicos a nivel sistema, incluyendo el diseño y la implementación de tres prototipos “punta a punta”’ de sistemas de adquisición de biopotenciales basados en componentes estándar.

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Deep Learning en procesamiento de imágenes. Contamos con una beca de
doctorado de la ANII para un buen candidato.

Requerimientos : Formación en ciencias de la computación y/o matemática
aplicada (egresados de ingeniería eléctrica, ingeniería en
computación, licenciatura en matemática). Se valorará conocimientos en
aprendizaje automático, análisis de datos, procesamiento de señales.

Abajo más información.

Interesados contactarse con : Mauricio Delbracio en mdelbra@fing.edu.uy o con Pablo Musé en pmuse@fing.edu.uy

Aprendizaje Profundo para la restauración eficiente de imágenes y videos

La popularización de los dispositivos de captura de imágenes digitales
ha llevado a que millones de imágenes sean adquiridas y compartidas
continua e instantáneamente. Aunque su calidad ha mejorado
significativamente, persisten problemas fundamentales como el ruido,
la resolución limitada o la borrosidad por movimiento de la cámara
durante capturas en baja luz. El mejoramiento de imágenes tiene
implicancias prácticas en áreas vinculadas al desarrollo productivo,
la seguridad, la investigación científica, además del posible fin
comercial en sí mismo.

Recientemente ha surgido un nuevo paradigma de restauración de
imágenes en base a técnicas de aprendizaje automático profundo,
impulsado por el gran volumen de datos existentes. Si bien los
resultados son en general de muy buena calidad, su desempeño es muy
variable y dependiente de cada caso. Esto se explica en cierta medida
por no incorporar un modelo de formación de imagen, y aprender
directamente una transformación no lineal entre una entrada de baja
calidad y una salida de alta calidad, basándose en un enorme número de
ejemplos. Esto requiere ajustar un muy elevado número de parámetros
trayendo aparejado tiempos de entrenamiento muy extensos.

Este proyecto busca integrar modelos físico-matemáticos de formación
de imagen en el marco del aprendizaje profundo. Esta integración ha
sido poco explorada a pesar de tener potencialmente dos beneficios
significativos: mayor eficiencia vinculada a la reducción de la
complejidad computacional y mayor robustez debido a las restricciones
físicas impuestas por los modelos; un entendimiento más profundo del
problema en términos del modelado matemático.

Estos conceptos se verán concretados en el diseño, implementación y
validación de técnicas novedosas que permitan corregir la borrosidad y
aumentar la resolución en imágenes y videos digitales. Se buscará que
las mismas sean robustas a diferentes condiciones de adquisición, y
maximicen la calidad de la restauración asegurando la eficiencia en la
utilización de recursos.

Acá pueden ver una lista de artículos relacionados a la temática del doctorado :


Defensa Tesis Doctorado : “Stochastic models for cognitive radio networks”

Viernes 8 de diciembe 09:30hs, Salón Azul (502)-Facultad de Ingeniería, J. Herrera y Reissig 565

Tenemos el agrado de invitarlos a la defensa de tesis de doctorado de Claudina Rattaro : “Stochastic models for cognitive radio networks”

Director de Tesis : Pablo Belzarena y Paola Bermolen

Tribunal : Héctor Cancela, Andrés Ferragut, Matthieu Jonckheere, María Simon y Sandrine Vaton


Pablo Belzarena

Resúmen :

Hace ya un buen tiempo que las redes inalámbricas constituyen uno de los temas de investigación más estudiados en el área de las telecomunicaciones. Actualmente un gran porcentaje de los esfuerzos de la comunidad científica y del sector industrial están concentrados en la definición de los requerimientos y estándares de la quinta generación de redes móviles. 5G implicará la integración y adaptación de varias tecnologías, no solo del campo de las telecomunicaciones sino también de la informática y del análisis de datos, con el objetivo de lograr una red lo suficientemente flexible y escalable como para satisfacer los requerimientos para la enorme variedad de casos de uso implicados en el desarrollo de la “sociedad conectada”. Un problema que se presenta en las redes inalámbricas actuales, que por lo tanto genera un desafío más que interesante para lo que se viene, es la escasez de espectro radioeléctrico para poder asignar bandas a nuevas tecnologías y nuevos servicios. El espectro está sobreasignado a los diferentes servicios de telecomunicaciones existentes y las bandas de uso libre o no licenciadas están cada vez más saturadas de equipos que trabajan en ellas (basta pensar lo que sucede en la banda no licenciada de 2.4 GHz). Sin embargo, existen análisis y mediciones que muestran que en diversas zonas y en diversas escalas de tiempo, el espectro radioeléctrico, si bien está formalmente asignado a algún servicio, no se utiliza plenamente existiendo tiempos durante los cuales ciertas bandas están libres y potencialmente podrían ser usadas. Esto ha llevado a que las Redes Radios Cognitivas, concepto que existe desde hace un tiempo, sean consideradas uno de los pilares para el desarrollo de las redes inalámbricas del futuro. Este paradigma busca romper con el esquema tradicional de asignación de espectro de bandas licenciadas para uso exclusivo, permitiendo que los usuarios secundarios puedan usar aquellas bandas licenciadas, de manera oportunista, cuando los usuarios primarios no están presentes. Otro modelo posible dentro de las redes cognitivas, complementario al anterior, es pensar que el usuario primario es quien asigna a operadores secundarios el espectro que en ese momento no está utilizando a cambio de un cierto beneficio para él o para sus usuarios. Esto introduce diversos problemas económicos y de teoría de juegos aplicados a las redes cognitivas. Un aspecto fundamentalmente buscado es que los usuarios primarios no se vean afectados (o sean afectados lo menos posible) al participar en estos mecanismos. Para ello, un modelo posible consiste en establecer prioridad absoluta a los primarios en el uso del espectro. Esto es, en caso de que un primario necesite un cierto ancho de banda y no exista capacidad suficiente en el sistema, al menos un secundario debe ser desalojado para ceder los recursos al primario. En este contexto, las comunicaciones de los secundarios pueden ser abruptamente interrumpidas  generándoles cierto perjuicio. Es entonces que resulta necesario desarrollar los mecanismos adecuados para mantener el cumplimiento de calidad de servicio necesario, en particular para aplicaciones con requerimientos exigentes, tanto para los usuarios primarios como para los secundarios. Sumado a lo anterior, el Internet de las Cosas (IoT) dibuja un futuro de miles de millones de dispositivos interconectados. Concretamente, en 2022 se prevé que existan en todo el mundo 29.000 millones de dispositivos conectados según el último Mobility Report de Ericsson (Junio 2017). En escenarios de este tipo, los modelos y algoritmos más usados para el análisis de redes muchas veces resultan inaplicables. Esto trae otro desafío: lograr comprender el comportamiento de estas redes cuando la cantidad de usuarios y la cantidad de conexiones es inmensamente grande. Esta tesis es una contribución en esta dirección. Con lo anterior en mente, a lo largo de esta tesis se destacan cuatro grandes áreas de trabajo que se resumen a continuación. Considerando un número finito pero grande de recursos para compartir entre usuarios primarios y secundarios, y considerando el esquema de prioridad absoluta para las comunicaciones de los primarios, a lo largo de la tesis se aplican modelos de límites fluidos para analizar y caracterizar el comportamiento de la asignación de espectro en un sistema de redes radio cognitivas. A partir del análisis y la caracterización se aborda el problema de garantizar ciertos niveles de calidad de servicio a los usuarios secundarios tratando de utilizar de forma inteligente el espectro radioeléctrico disponible. En particular, se proponen criterios prácticos para reducir la probabilidad de interrupción de conexión de los secundarios. En la tesis se analiza la siguiente pregunta: ¿cómo incentivar a los usuarios primarios a participar en este modelo? En otras palabras, ¿cómo motivarlos para que cedan sus bandas  (por las que generalmente han pagado grandes sumas de dinero) a los usuarios secundarios? Un modelo razonable es que los secundarios paguen al operador primario por la utilización del espectro. Por otro lado, bajo la consigna de prioridad absoluta de las comunicaciones primarias, surge otra pregunta: ¿qué hacer cuándo se tiene que abortar abruptamente la comunicación de un secundario siendo que este ya pagó por el recurso? Contestando a esto último, en la literatura se observó que una opción razonable es reembolsar al secundario afectado (provocando un costo para el operador primario). Dicho lo anterior, resulta natural la aplicación de un control de admisión de secundarios de forma de que el operador primario no se vea afectado económicamente, al contrario, logre obtener algún beneficio por la participación en el mecanismo de espectro compartido. Bajo esta temática, se trabaja bajo dos enfoques. Por un lado se continúa el análisis realizado con modelos fluidos incorporando el aspecto económico. Y por el otro, se modela el problema utilizando procesos de decisión Markovianos. En ambos casos, el problema abordado consiste en encontrar y caracterizar la política de admisión de usuarios secundarios que maximice la ganancia del operador primario. En el estudio de procesos Markovianos, una vez caracterizado el sistema, se utiliza dicho análisis para optimizar algoritmos de programación dinámica utilizados para la resolución de este tipo de problemas (ej: Policy Iterator) y por otro lado, como contribución del enfoque de límite fluido se presenta una metodología que permite obtener una estimación de la política óptima basada en la resolución de ecuaciones diferenciales sencillas. Complementando el trabajo realizado y de forma de darle completitud al estudio de las posibilidades que las redes radio cognitivas ofrecen se integran a los modelos anteriores aspectos geométricos como por ejemplo : la distribución de usuarios primarios y secundarios en el espacio. Por este motivo, se incorpora al modelado herramientas de geometría aleatoria. En este sentido se trabaja en responder las siguientes preguntas: ¿qué posibilidades brindan las redes cognitivas desde el punto de vista de los usuarios secundarios?, ¿cómo se ven afectadas las comunicaciones de los primarios? En este aspecto se dan los primeros pasos en un modelado y análisis de un sistema de redes cognitivas considerando varios canales y re-asignación espacial. Se determinan distintas métricas de desempeño que contribuyen a responder las preguntas mencionadas. Debido a la alta experiencia del grupo ARTES\footnote{https://iie.fing.edu.uy/investigacion/grupos/artes/en/home/} en el modelado y análisis de grafos aleatorios y de herramientas del tipo límite fluido, se trabaja en un modelo de asignación de espectro donde las características de la red son abstraídas a un grafo. En particular, los nodos del grafo representan a los usuarios primarios y secundarios; y las aristas definen que aquellos nodos que tienen una en común no pueden transmitir simultáneamente. Con este modelado, trabajando con un caso particular de grafos aleatorios (aquellos definidos por la distribución de grados), se logran resultados más generales que con el enfoque de geometría aleatoria debido a que estos últimos tienen hipótesis muy fuertes requeridas para la obtención de expresiones analíticas tratables de las métricas deseadas. Es importante resaltar que todos los resultados y las contribuciones de la tesis son verificados mediante simulaciones en diversos escenarios.