Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

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Evaluation of QoS in HFC networks to distribution of interactive digital television (ITV) applications

Las aplicaciones desarrolladas para Televisión Digital interactiva (TDi) consumen recursos adicionales en las redes de telecomunicaciones. Es por tanto necesario realizar un análisis y evaluación de los protocolos y recursos de la red de telecomunicaciones utilizados para asegurar el correcto funcionamiento de este tipo de aplicaciones, cuando entren a competir con otros servicios que se distribuyen simultáneamente. Este artículo presenta un análisis y evaluación de los parámetros de desempeño de la red Hibrida de Fibra y Coaxial (HFC, Hybrid Fiber Coaxial), cuando aplicaciones de T-Learning comparten los recursos de red con otros servicios tales como HTTP, FTP y VoIP. Para ello, se propone un modelo de simulación en el que se analiza el throughput, la pérdida de paquetes, el retardo y el jitter en la red HFC ante diferentes configuraciones de los parámetros que ofrece el protocolo de especificación de la interfaz de servicios de datos sobre cable (DOCSIS, Data Over Cable Service Interface Specification) para brindar mejor Calidad de Servicio (QoS, Quality of Service).

Applications developed for Interactive Digital Television (iTV) generate a consumption of additional resources to telecommunications network. It is therefore necessary do an analysis and evaluation of protocols and resources of the telecommunications network used to ensure the proper functioning of such applications, when they come to compete for network resources with other services that are distributed on the network simultaneously. In this paper, we present the analisys and evaluation of the performance parameters of the HFC network, when T-Learning applications share network resources with other services such as HTTP, FTP and VoIP. For this purpose, we propose a simulation model which analyzed the throughput, packet loss, delay and jitter on the HFC network when changing the parameter settings offered by the DOCSIS protocol to provide QoS.

Structural modification of trans-cinnamic acid using Colletotrichum acutatum

The biotransformation of trans-cinnamic acid by whole cells of the Colombian native phytopathogenic fungus Colletotrichum acutatum was studied. Initially, fungitoxicity of this compound against C. acutatum was evaluated; trans-cinnamic acid exhibited a moderate to weak toxicity against the microorganism and apparently a detoxification mechanism was present. Then, in order to study such mechanism and explore the capacity of this fungus to biotransform trans-cinnamic acid into value-added products, the microorganism was incubated with the substrate using three different culture media (Czapeck-Dox, Sabouraud and PDB) at room conditions. Using Czapeck-Dox medium, whole cultures of C. acutatum reduced trans-cinnamic acid, first to aldehydes (trans-cinnamaldehyde and 3-phenylpropanal), then to alcohols (cinnamyl alcohol and 3-phenyl-1-propanol). Subsequently, these alcohols were transformed to the corresponding acetyl esters. Nevertheless, some of these products were absent or present at different concentration when culture medium was changed. The results suggest a mechanism of detoxification in which the α,β-unsaturated carbonyl system is affected. Besides, the formed metabolic products are useful compounds used as fragrances and flavors. Therefore, metabolism of trans-cinnamic acid using C. acutatum can provide new potential metabolic targets to control C. acutatum as well as a simple and efficient way to obtain flavor compound and perfumes, such as cinnamyl alcohol and 3-phenyl-1-propanol, and their acetyl esters.

Se estudió la biotransformación de ácido trans-cinámico mediante células completas del hongo fitopatógeno nativo colombiano Colletotrichum acutatum. Inicialmente, se evaluó la fungitoxicidad de este compuesto contra C. acutatum; el ácido trans-cinámico exhibió una toxicidad moderada a débil contra el microorganismo y aparentemente se presentó un mecanismo de detoxificación. Luego, para estudiar tal mecanismo y explorar la capacidad de este hongo para biotransformar el ácido trans-cinámico en productos con valor agregado, el microorganismo se incubó con el sustrato usando tres medios de cultivo diferentes (Czapeck-Dox, Sabouraud y PDB) a condiciones ambientales. Usando el medio Czapeck-Dox, los cultivos completos de C. acutatum redujeron el ácido trans-cinámico, primero a aldehídos (trans-cinamaldehido y 3-fenilpropanal), luego a alcoholes (alcohol cinamílico y 3-fenil-1-propanol). Posteriormente, estos alcoholes fueron transformados a los correspondientes ésteres de acetilo. Sin embargo, algunos de estos productos estuvieron ausentes o presentes a una concentración diferente cuando se cambió el medio de cultivo. Los resultados sugieren un mecanismo de detoxificación en el cual el sistema carbonílico α,β-insaturado es afectado. Por otra parte, los productos metabólicos formados son compuestos útiles usados como fragancias y sabores. Por consiguiente, el metabolismo del ácido trans-cinámico usando C. acutatum puede proporcionar nuevos blancos metabólicos para controlar C. acutatum así como también una forma simple y eficiente para obtener sabores y perfumes, tales como el alcohol cinamílico y el 3-fenil-1-propanol, y sus ésteres de acetilo.

A cheating prevention EVC scheme using watermarking techniques

Visual Cryptography (VC), proposed by Naor and Shamir in 1994, is a variation of the conventional secret sharing scheme. In VC, instead of a numerical secret key, a secret image is shared among participants in the form of images called shares. Each participant possesses his own share which cannot reveal the secret image being alone, making it necessary to stack more than one share of a qualified participant in order to reveal the secret image. Thus in VC the stacking of shares is equivalent to the decryption process, where neither extra computations nor previous knowledge are required to reveal the secret image. Until now some important VC schemes, such as the (k,n)-VC scheme, the general access structure for VC and the extended VC (EVC), have been proposed. Unfortunately all schemes can be cheated, if one or more participants try to generate their fake shares to force the revealed secret image to be a faked one. In this paper, we propose a cheating prevention VC scheme, in which the shares can be identified and authenticated using the EVC scheme and watermarking techniques. In the proposed VC scheme, the share of each participant can be identified by its meaningful appearance instead of noise-like image used in the conventional VC scheme. For the purpose of authentication of each share two binary watermark images are encrypted using shift operation. Before the secret image is revealed, the validation of the shares must be carried out, extracting two watermark images. If they can be extracted correctly, the revealed secret image is considered as authentic otherwise it is determined as a faked one. The simulation results show the desirable performance of the proposed EVC scheme.

La Criptografía Visual (CV), propuesta por Naor y Shamir en 1994, es una variación del esquema de secreto compartido convencional. En la CV, en lugar de una llave secreta, se comparte una información visual, tal como una imagen, entre los participantes en una forma de imágenes llamadas sombras. Cada participante posee su propia sombra, de la cual no se puede revelar el secreto, sin embargo realizando la superposición de sombras de participantes calificados, el secreto se puede revelar siendo perceptible por el sistema visual humano. En la CV la superposición de sombras es equivalente al proceso de descifrado, por lo tanto no requiere ninguna carga computacional extra ni ningún conocimiento previo para revelar la imagen secreta. Hasta ahora algunos esquemas importantes de CV, tales como el esquema CV-(k,n), las estructuras de acceso general para CV y el esquema extendido CV (ECV), han sido propuestos. Desafortunadamente todos los esquemas se pueden engañar fácilmente, si uno o algunos participantes tratan de generar sombras falsas para que una imagen falsa se revele como la imagen secreta. En este artículo se propone un esquema de CV que previene este engaño, en el cual la sombra de cada participante se identifica y autentica usando el esquema de ECV y técnicas de marca de agua. En el esquema propuesto la sombra de cada participante se puede identificar por su significado, en lugar de ser una imagen de tipo ruido sin significado, que se usa en un esquema convencional de CV. Para la autenticación de cada sombra, dos imágenes binarias de marca de agua son cifradas usando la operación de corrimiento. Antes de revelar la imagen secreta, la validación de las sombras debe llevarse a cabo, extrayendo ambas imágenes de marca de agua. Si las imágenes de marca de agua extraídas son correctas, la imagen secreta revelada se considera como auténtica, en caso contrario esta se determina como falsa. Los resultados obtenidos por simulación computacional muestran el deseable funcionamiento del esquema propuesto.

**Advanced oxidation process H₂O₂/UV combined with anaerobic digestion to remove chlorinated organics from bleached kraft pulp mill wastewater**

This study investigated the application of an advanced oxidation process combining hydrogen peroxide with ultraviolet radiation (H2O2/UV) to remove recalcitrant compounds from Kraft bleaching effluent. Anaerobic pre-treatment was performed to remove easily degraded organics using a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor. Bleaching plant effluent was treated in the HAIB reactor processed over 19 h of hydraulic retention time (HRT), reaching the expected removal efficiencies for COD (61 ± 3%), TOC (69 ± 9%), BOD5 (90 ± 5%) and AOX (55 ± 14%). However, the anaerobic treatment did not achieve acceptable removal of UV254 compounds. Furthermore, there was an increase of lignin, measured as total phenols. The H2O2/UV post-treatment provided a wide range of removal efficiencies depending on the dosage of hydrogen peroxide and UV irradiation: COD ranged from 0 to 11%, UV254 from16 to 35%, lignin from 0 to 29% and AOX from 23 to 54%. All peroxide dosages applied in this work promoted an increase in the BOD5/COD ratio of the wastewater. The experiments demonstrate the technical feasibility of using H2O2/UV for post-treatment of bleaching effluents submitted to anaerobic pre-treatment.

Este trabajo tuvo como objetivo investigar la aplicación de un proceso de oxidación avanzada basado en la combinación de peróxido de hidrógeno con la radiación ultravioleta (H2O2/UV) para eliminar compuestos recalcitrantes de presentes en los efluentes de blanqueamiento de pulpa celulosita. Con el fin de degradar la materia orgánica fácilmente hidrolizable, se utilizo como pretratamiento el reactor anaerobio horizontal de lecho fijo (RAHLF). El reactor RAHLF operó con un tiempo de detención hidráulica (TRH) de 19 horas, alcanzando eficiencias de remoción de DQO (61 ± 3%), COT (69 ± 9%), DBO5 (90 ± 5%) y AOX (55 ± 14%). Sin embargo, en el tratamiento anaerobio no se observo una reducción considerable de compuestos aromáticos medidos como UV254. Adicional a lo anterior, se presento un aumento de la lignina, medida como fenoles totales. La aplicación del proceso de oxidación avanzada como pos tratamiento del efluente anaerobio, mostró una amplia gama de eficiencias de remoción en función de la dosis aplicada de peróxido de hidrógeno y la radiación ultravioleta: la DQO varió de 0 a 11%, la UV254 del 16 al 35%, la lignina 0-29% y los AOX variaron del 23 al 54%. Todas las dosis de peróxido aplicado en este trabajo promovieron un aumento en la razón de biodegradabilidad aerobia (DBO5/DQO). Con este estudio se demuestra la viabilidad técnica del uso de H2O2/UV como post-tratamiento de efluentes previamente tratados por procesos anaerobios.

FPGAs Implementation of fast algorithms oriented to mp3 audio decompression

The high performance required by audio decompression algorithms demands robust processors, however, sometimes they are not efficient for optimal portable devices applications. This paper carries out an exploration of some algorithms whose hardware implementation allow to improve the performance of this type of customized processors when are applied to audio decompression tasks. Some experimental and comparative results are presented.

La ejecución de los algoritmos de descompresión de audio exige procesadores potentes con alto nivel de desempeño, sin embargo, dichos algoritmos no son apropiados para aplicaciones óptimas en dispositivos móviles. En este trabajo se lleva a cabo una exploración de algunos algoritmos cuya implementación en hardware permite mejorar el desempeño de los procesadores usados en dispositivos móviles que ejecutan tareas de descompresión de audio. Se presentan algunos resultados experimentales y análisis comparativos.

Model-driven web engineering methods: a literature review

This paper presents some of the model-driven Web engineering methods that have been proposed, and discusses and analyzes the advantages and disadvantages of such methods regarding current tendencies and best practices on model-driven engineering. The idea is to present each approach and analyze the models they propose to represent Web applications, the architectural aspects in the transformations, and the use of current Web user interface technologies in the generated code. This is done in order to depict possible research lines for future works on the model-driven Web engineering area.

Este artículo presenta algunos de los métodos de ingeniería Web dirigida por modelos que se han propuesto. En él se discuten y analizan las ventajas y desventajas de dichos métodos con relación a las tendencias actuales y las mejores prácticas en la ingeniería dirigida por modelos. La idea es presentar cada método y analizar los modelos que propone para representar aplicaciones Web, los aspectos arquitectónicos en las transformaciones y el uso de tecnologías actuales de interfaz de usuario Web en el código generado. Esto se hace con el fin de vislumbrar posibles líneas de investigación para trabajos futuros en el área de la ingeniería Web dirigida por modelos.

Compensation of DC-link voltage oscillations in grid connected PV systems

This paper presents a compensation technique to mitigate the effect of DC- link voltage oscillations on PV systems. The main features of the technique are: the compensation is applied directly to the duty cycle, so it is simple to integrate with traditional maximum power point tracking systems; and the compensation calculation does not depend on the systems parameters, so its design is general. Explicit equations are provided for PV systems based on Boost, Buck and Buck-Boost dc/dc converters. Finally, the proposed approach is experimentally verified.

Se presenta una técnica para compensar el efecto de las oscilaciones en el enlace DC en sistemas fotovoltaicos. Las principales características de la técnica son: la compensación se aplica directamente al ciclo de trabajo, por tanto es simple de integrar con sistemas tradicionales de maximización de potencia; y el cálculo de la compensación es independiente de los parámetros del sistema, por tanto el diseño es general. Se proveen ecuaciones explicitas para sistemas fotovoltaicos basados en convertidores dc/dc tipo Boost, Buck y Buck-Boost. Finalmente, la solución se valida a través de resultados experimentales.

Behavior and strength of welded stud shear connectors in composite beam

In this paper the behaviour of stud shear connectors in composite structures is analysed. The composite section is formed by steel profiles connected to solid concrete slabs. Some effective numerical models using the finite element method to simulate the push-out test are proposed. The results obtained from the numerical analysis were verified against experimental results. The material nonlinearities were considered in the models. A bilinear model for steel was considered, and a model of plastic damage (Concrete Damaged Plasticity) in concrete was also adopted. The shear connection capacity obtained from the finite element analysis is compared with the connection strength calculated using the American Specification and the European Code for headed stud shear connector in solid slab composite section. Modifications to existing expressions in these codes are proposed. New factors that improve the prediction of the shear connection capacity are considered.

En este trabajo se analiza el comportamiento de conectores tipo perno de estructuras compuestas. La sección compuesta está formada por un perfil de acero conectado a una losa maciza de hormigón. Se proponen varios modelos numéricos de la simulación del ensayo push-out, utilizando el método de elementos finitos. Los resultados obtenidos del análisis numérico son validados contra resultados experimentales. Se considera la no linealidad de los materiales, empleando un modelo bilineal para el acero y un modelo de daño plástico para el hormigón. La capacidad de la conexión obtenida a partir del análisis por elementos finitos se compara con la calculada usando la Normativa Americana y el Código Europeo para conectores tipo perno en sección compuesta de losa maciza. Se proponen varias modificaciones a las expresiones existentes en dichos códigos, donde se consideran nuevos factores que mejoran la predicción de la capacidad resistente última de la conexión.

Migrating from static to dynamic survivable WDM networks: the capacity-availability tradeoff

Se evalúa el beneficio de migrar desde las actuales redes WDM estáticas con capacidad de tolerar fallas hacia redes dinámicas de las mismas características, en términos del compromiso entre la capacidad adicional (número de longitudes de onda) que debe instalarse en la red para proveer tolerancia a fallas y la disponibilidad ofrecida. Para el caso estático, la capacidad requerida se obtuvo aplicando heurísticas de dimensionamiento con rendimiento cercano al óptimo, considerando mecanismos de protección compartida. En el caso de una red WDM dinámica, la capacidad requerida para garantizar una determinada probabilidad de bloqueo fue evaluada a través de técnicas de dimensionamiento basadas en simulación, tanto para mecanismos de protección como de restauración. Los resultados obtenidos muestran que por cada longitud de onda adicional que se instala en la red, la ganancia en términos de disponibilidad es mayor en el caso de las redes WDM dinámicas con restauración que en redes (estáticas o dinámicas) protegidas. Se espera que estos resultados ayuden a los operadores de redes WDM en la toma de decisiones de procesos de migración.

The benefit of migrating from fault-tolerant static WDM networks to survivable dynamic WDM networks is evaluated in terms of the trade-off between the additional network capacity (number of wavelengths) required to provide fault tolerance capability and the availability obtained by doing so. For the static WDM network case, wavelength requirements were obtained using a near-to-optimal dimensioning heuristic procedure, considering shared protection. For the dynamic WDM network case, wavelength requirements to guarantee a blocking probability threshold were evaluated using simulation- based techniques, for shared protection and restoration survivability mechanisms. Results show that, for every additional wavelength in the network, the availability gain of restored dynamic WDM networks is higher than that obtained using static or dynamic protected networks. We expect these results will help network operators in the decision making of migration processes.

Analysis and design of a low cost home automation prototype system

El artículo presenta la evaluación y selección de alternativas encaminadas a diseñar un sistema domótico de bajo costo para aplicaciones didácticas, en el marco de un proyecto de la Universidad de Antioquia. Apoyado en un estado del arte, se presentan los criterios de selección y los diferentes elementos que conforman el sistema diseñado. Inicialmente se muestran algunas características del protocolo de comunicación seleccionado, ZigBee; posteriormente, se explica el diseño de las tarjetas electrónicas necesarias y la interfaz de control. Se registra, por último, los resultados obtenidos en el desarrollo de pruebas para la comprobación del correcto funcionamiento del sistema.

This paper shows the evaluation and alternatives selection aimed to design a low cost domotic prototype system for didactic applications, under the framework of an investigation project carried out at Universidad de Antioquia. Supported in the state of the art we show the selection criteria and the different elements of the designed system. At the beginning some characteristic of the selected communication protocol are showed; then the boards and interface design are explained. Finally, the obtained results are pointed in order to demonstrate the correct operation of the prototype.

LeGESD: A framework oriented to the specification and formal validation of concurrent and distributed systems based on a graphical language and its process algebra semantics

La especificación y validación formal de sistemas distribuidos es en general una tarea compleja debido a que requiere conocimientos profundos tanto en el área de teoría de algoritmos, como en el modelado de sistemas concurrentes o distribuidos. En este contexto, presentamos LeGESD, un marco de trabajo orientado a facilitar la especificación y validación formal de sistemas concurrentes y distribuidos. LeGESD está integrado por un lenguaje gráfico formal para la especificación y análisis de sistemas distribuidos, en el cual es posible incluir tanto los requerimientos funcionales como de comunicación del sistema que se está especificando. La semántica del lenguaje gráfico propuesto incorpora al álgebra de procesos en su definición. Esta semántica también está descrita en el presente documento y se le ha denominado como Análisis y Diseño de Sistemas Distribuidos (ADSD). ADSD es una especificación algebraica con semántica operacional definida para LeGESD, la cual presenta relaciones gráfico-algebraicas de equivalencia que son utilizadas en la especificación formal realizada con LeGESD. Finalmente, en el presente artículo se desarrolla un ejemplo que muestra la utilización y potencialidad tanto del lenguaje como de su semántica asociada.

The specification and formal verification of distributed systems is usually a complex task. It requires extensive knowledge of algorithm theory and modeling of distributed or concurrent systems. In this context, we present LeGESD which is a framework oriented to support the specification and formal validation of concurrent and distributed systems. LeGESD has a graphical formal language for the specification and analysis of distributed systems which is used to describe functional and of communication requirements. The semantics of LeGESD is based on the process algebra. This semantics is also described in this paper and it is called Analysis and Design of Distributed Systems (ADSD). ADSD is an algebraic specification with operational semantics defined to be used with LeGESD. ADSD provides graphical-algebraic equivalence relations which can be used to generate formal specifications of distributed systems. Lastly, this paper presents an example which shows the usefulness and potential of the language and its semantics.

Damage detection in beams by using artificial neural networks and dynamical parameters

En este trabajo se presenta una red neuronal perceptron multicapa combinada con el método Nelder-Mead Simplex para detectar daño en vigas. Los parámetros de entrada a la red se basan en frecuencias naturales y flexibilidad modal. Se considera que solo una cantidad específica de modos fueron identificados y que se dispone de mediciones en grados de libertad verticales. La confiabilidad de la metodología propuesta se evalúa a partir de escenarios de daño aleatorios y de la definición de 3 tipos de error que la red puede cometer durante el proceso de detección del daño. Los resultados muestran que la metodología puede determinar confiablemente los escenarios de daño buscados. Sin embargo, su aplicación a vigas de gran tamaño puede verse limitada por el elevado costo computacional asociado al entrenamiento de la red.

In this paper is presented a multilayer perceptron neural network combined with the Nelder-Mead Simplex method to detect damage in multiple support beams. The input parameters are based on natural frequencies and modal flexibility. It was considered that only a number of modes were available and that only vertical degrees of freedom were measured. The reliability of the proposed methodology is assessed from the generation of random damages scenarios and the definition of three types of errors, which can be found during the damage identification process. Results show that the methodology can reliably determine the damage scenarios. However, its application to large beams may be limited by the high computational cost of training the neural network.

A hybrid optimization method for the transmission planning considering different voltage levels

En este artículo se presenta una propuesta de solución para resolver el problema de planeamiento de la expansión de redes de transmisión de energía eléctrica, considerando el nivel de tensión de las líneas como una variable. Considerar el cambio de nivel de tensión permite beneficiarse de las economías de escala que aparecen cuando un circuito cambia de un nivel de tensión preestablecido a un nivel de tensión mayor. Definir a priori la tensión de los nuevos corredores es menos efectivo que considerar la tensión como una de las cantidades que deben ser definidas por el proceso de evaluación de alternativas. Se propone una metodología híbrida para resolver el problema resultante, el cual presenta un aumento exponencial de posibilidades que surgen al considerar distintos niveles de tensión y diferentes alternativas de inversión. En esta propuesta, una técnica metaheurística determina las inversiones que deben realizarse en líneas de transmisión, mientras que procedimientos heurísticos combinados con un microgenético determinan las inversiones en subestaciones nuevas y existentes. Los resultados muestran un muy buen desempeño de la metodología implementada.

In this article an alternative to solve the transmission network expansion planning problem taking the voltage level as a decision variable is presented. The idea is to benefit from the scale economies which appear when a circuit changes from a preestablished tension level to a higher tension level. Predefine the tension of the new circuits is less effective than taking the tension as one of the quantities that must be defined for the process of alternative's evaluation. It is proposed a hybrid methodology to reduce the computational effort produced by the exponential growth caused for considering different voltage levels and investment alternatives. In this work, the meta-heuristic technique specifies where should be done the transmission line investments, meanwhile the heuristic techniques and the micro-genetic algorithm specifies the investment in new and existing substations. The developed methodology presented high-quality results.