|
Packet Classification Algorithms
Puš, Viktor ; Lhotka,, Ladislav (referee) ; Dvořák, Václav (advisor)
Tato práce se zabývá klasifikací paketů v počítačových sítích. Klasifikace paketů je klíčovou úlohou mnoha síťových zařízení, především paketových filtrů - firewallů. Práce se tedy týká oblasti počítačové bezpečnosti. Práce je zaměřena na vysokorychlostní sítě s přenosovou rychlostí 100 Gb/s a více. V těchto případech nelze použít pro klasifikaci obecné procesory, které svým výkonem zdaleka nevyhovují požadavkům na rychlost. Proto se využívají specializované technické prostředky, především obvody ASIC a FPGA. Neméně důležitý je také samotný algoritmus klasifikace. Existuje mnoho algoritmů klasifikace paketů předpokládajících hardwarovou implementaci, přesto však tyto přístupy nejsou připraveny pro velmi rychlé sítě. Dizertační práce se proto zabývá návrhem nových algoritmů klasifikace paketů se zaměřením na vysokorychlostní implementaci ve specializovaném hardware. Je navržen algoritmus, který dělí problém klasifikace na jednodušší podproblémy. Prvním krokem je operace vyhledání nejdelšího shodného prefixu, používaná také při směrování paketů v IP sítích. Tato práce předpokládá využití některého existujícího přístupu, neboť již byly prezentovány algoritmy s dostatečnou rychlostí. Následujícím krokem je mapování nalezených prefixů na číslo pravidla. V této části práce přináší vylepšení využitím na míru vytvořené hashovací funkce. Díky použití hashovací funkce lze mapování provést v konstantním čase a využít při tom pouze jednu paměť s úzkým datovým rozhraním. Rychlost tohoto algoritmu lze určit analyticky a nezávisí na počtu pravidel ani na charakteru síťového provozu. S využitím dostupných součástek lze dosáhnout propustnosti 266 milionů paketů za sekundu. Následující tři algoritmy uvedené v této práci snižují paměťové nároky prvního algoritmu, aniž by ovlivňovaly rychlost. Druhý algoritmus snižuje velikost paměti o 11 % až 96 % v závislosti na sadě pravidel. Nevýhodu nízké stability odstraňuje třetí algoritmus, který v porovnání s prvním zmenšuje paměťové nároky o 31 % až 84 %. Čtvrtý algoritmus kombinuje třetí algoritmus se starším přístupem a díky využití několika technik zmenšuje paměťové nároky o 73 % až 99 %.
|
|
Subspace Modeling of Prosodic Features for Speaker Verification
Kockmann, Marcel ; Kenny, Patrick (referee) ; Nöth, Elmar (referee) ; Černocký, Jan (advisor)
Předložená disertační práce se zabývá ověřováním mluvčího pomocí prozodických příznaků zahrnujících hodnoty základního tónu, energie a délek řečových úseků. Studovali jsme dvě rozdílné techniky pro parametrizaci: první vede k dobře definované sadě menšího počtu příznaků, druhá k vysoko-dimenzionální sadě heterogenních prozodických příznaků. První část práce se věnuje vývoji příznaků reprezentujících prozodické kontury, zde jsme vyvinuli a ověřili několik modelovacích technik, s důrazem na modelování v reprezentativních podprostorech. Druhá část práce se zaměřuje na nové pod-prostorové modelovací techniky pro heterogenní prozodické parametry s velkou dimenzionalitou. Model je teoreticky odvozen a experimentálně ověřen na oficiálních datech z NIST evaluací ověřování mluvčího (NIST Speaker Recognition Evaluation). Ve srovnání s ostatními současnými prozodickými jsme dosáhli podstatně lepších výsledků. Na konci práce presentujeme také novou techniku pro elegantní kombinaci dvou prozodických systémů. Tato technika může být použita rovněž pro fúzi prozodického systému se standardním přesným cepstrálním systémem, což vede k dalšímu podstatnému zvýšení úspěšnosti verifikace.
|
|
Acceleration of Object Detection Using Classifiers
Juránek, Roman ; Kälviäinen, Heikki (referee) ; Sojka, Eduard (referee) ; Zemčík, Pavel (advisor)
Detekce objektů v počítačovém vidění je složítá úloha. Velmi populární a rozšířená metoda pro detekci je využití statistických klasifikátorů a skenovacích oken. Pro učení kalsifikátorů se často používá algoritmus AdaBoost (nebo jeho modifikace), protože dosahuje vysoké úspěšnosti detekce, nízkého počtu chybných detekcí a je vhodný pro detekci v reálném čase. Implementaci detekce objektů je možné provést různými způsoby a lze využít vlastnosti konkrétní architektury, pro urychlení detekce. Pro akceleraci je možné využít grafické procesory, vícejádrové architektury, SIMD instrukce, nebo programovatelný hardware. Tato práce představuje metodu optimalizace, která vylepšuje výkon detekce objektů s ohledem na cenovou funkci zadanou uživatelem. Metoda rozděluje předem natrénovaný klasifikátor do několika různých implementací, tak aby celková cena klasifikace byla minimalizována. Metoda je verifikována na základním experimentu, kdy je klasifikátor rozdělen do předzpracovací jednotku v FPGA a do jednotky ve standardním PC.
|
|
On-line Data Analysis Based on Visual Codebooks
Beran, Vítězslav ; Honec, Jozef (referee) ; Sojka, Eduard (referee) ; Zemčík, Pavel (advisor)
Práce představuje novou adaptabilní metodu pro on-line vyhledávání videa v reálném čase pomocí vizuálních slovníků. Nová metoda se zaměřuje na nízkou výpočetní náročnost a přesnost vyhledání při on-line použití. Metoda vychází z technik využitých u statických vizuálních slovníků. Tyto běžné techniky jsou upraveny tak, aby byly schopné se adaptovat na proměnlivá data. Postupy, které toto u nové metody řeší, jsou - dynamická inverzní frekvence dokumentů, adaptabilní vizuální slovník a proměnlivý invertovaný index. Navržený postup byl vyhodnocen na úloze vyhledávání videa a prezentované výsledky ukazují, jaké vlastnosti má adaptabilní metoda ve srovnání se statickým přístupem. Nová adaptabilní metoda je založena na konceptu plovoucího okna, který definuje, jakým způsobem se vybírají data pro adaptaci a ke zpracování. Společně s konceptem je definován i matematický aparát, který umožňuje vyhodnotit, jak koncept nejlépe využít pro různé metody zpracování videa. Praktické využití adaptabilní metody je konkrétně u systémů pro zpracování videa, kde se očekává změna v charakteru vizuálních dat nebo tam, kde není předem známo, jakého charakteru vizuální data budou.
|
|
OPTIMIZATION OF ALGORITHMS AND DATA STRUCTURES FOR REGULAR EXPRESSION MATCHING USING FPGA TECHNOLOGY
Kaštil, Jan ; Plíva, Zdeněk (referee) ; Vlček, Karel (referee) ; Kotásek, Zdeněk (advisor)
Disertační práce se zabývá rychlým vyhledáváním regulárních výrazů v síťovém provozu s použitím technologie FPGA. Vyhledávání regulárních výrazů v síťovém provozu je výpočetně náročnou operací využívanou převážně v oblasti síťové bezpečnosti a v oblasti monitorování provozu vysokorychlostních počítačových sítí. Současná řešení neumožňují dosáhnout požadovaných multigigabitových propustností při dodržení všech požadavků, které jsou na vyhledávací jednotky kladeny. Nejvyšších propustností dosahují implementace založené na využití inovativních hardwarových architektur implementovaných v FPGA případně v ASIC. Tato disertační práce popisuje nové architektury vyhledávací jednotky, které jsou vhodné pro implementaci jak v FPGA tak v ASIC. Základní myšlenkou navržených architektur je využití perfektní hashovací funkce pro implementaci přechodové tabulky konečného automatu. Dále byla navržena architektura, která umožňuje uživateli zanést malou pravděpodobnost chyby při vyhledávání a tím snížit paměťové nároky vyhledávací jednotky. Disertační práce analyzuje vliv pravděpodobnosti této chyby na celkovou spolehlivost systému a srovnává ji s řešením používaným v současnosti. V rámci disertační práce byla provedena měření vlastností regulárních výrazů používaných při analýze provozu moderních počítačových sítí. Z provedené analýzy vyplývá, že velká část regulárních výrazů je vhodná pro implementaci pomocí navržených architektur. Pro dosažení vysoké propustnosti vyhledávací jednotky práce navrhuje nový algoritmus transformace abecedy, který umožňuje, aby vyhledávací jednotka zpracovala více znaků v jednom kroku. Na rozdíl od současných metod, navržený algoritmus umožňuje konstrukci automatu zpracovávajícího libovolný počet symbolů v jednom taktu. Implementované architektury dosahují v porovnání se současnými metodami úspory paměti zlepšení až 200MB.
|
|
Methods for class prediction with high-dimensional gene expression data
Šilhavá, Jana ; Matula, Petr (referee) ; Železný, Filip (referee) ; Smrž, Pavel (advisor)
Dizertační práce se zabývá predikcí vysokodimenzionálních dat genových expresí. Množství dostupných genomických dat významně vzrostlo v průběhu posledního desetiletí. Kombinování dat genových expresí s dalšími daty nachází uplatnění v mnoha oblastech. Například v klinickém řízení rakoviny (clinical cancer management) může přispět k přesnějšímu určení prognózy nemocí. Hlavní část této dizertační práce je zaměřena na kombinování dat genových expresí a klinických dat. Používáme logistické regresní modely vytvořené prostřednictvím různých regularizačních technik. Generalizované lineární modely umožňují kombinování modelů s různou strukturou dat. V dizertační práci je ukázáno, že kombinování modelu dat genových expresí a klinických dat může vést ke zpřesnění výsledku predikce oproti vytvoření modelu pouze z dat genových expresí nebo klinických dat. Navrhované postupy přitom nejsou výpočetně náročné. Testování je provedeno nejprve se simulovanými datovými sadami v různých nastaveních a následně s~reálnými srovnávacími daty. Také se zde zabýváme určením přídavné hodnoty microarray dat. Dizertační práce obsahuje porovnání příznaků vybraných pomocí klasifikátoru genových expresí na pěti různých sadách dat týkajících se rakoviny prsu. Navrhujeme také postup výběru příznaků, který kombinuje data genových expresí a znalosti z genových ontologií.
|
|
Optimization of network flow monitoring
Žádník, Martin ; Lhotka,, Ladislav (referee) ; Matoušek, Radomil (referee) ; Sekanina, Lukáš (advisor)
The thesis deals with optimization of network flow monitoring. Flow-based network traffic processing, that is, processing packets based on some state information associated to the flows which the packets belong to, is a key enabler for a variety of network services and applications. The number of simultaneous flows increases with the growing number of new services and applications. It has become a challenge to keep a state per each flow in a network device processing high speed traffic. A flow table, a structure with flow states, must be stored in a memory hierarchy. The memory closest to the processing is known as a flow cache. Flow cache management plays an important role in terms of its effective utilization, which affects the performance of the whole system. This thesis focuses on an automated design of cache replacement policy optimized to a deployment on particular networks. A genetic algorithm is proposed to automate this process. The genetic algorithm generates and evaluates evolved replacement policies by a simulation on obtained traffic traces. The proposed algorithm is evaluated by designing replacement policies for two variations of the cache management problem. The first variation is an evolution of the replacement policy with an overall low number of state evictions from the flow cache. The second variation represents an evolution of the replacement policy with a low number of evictions belonging to large flows only. Optimized replacement policies for both variations are found while experimenting with various encoding of the replacement policy and genetic operators. The newly evolved replacement policies achieve better results than other tested policies. The evolved replacement policy lowers the overall amount of evictions by ten percent in comparison with the best compared policy. The evolved replacement policy focusing on large flows lowers the amount of their evictions two times. Moreover, no eviction occurs for most of the large flows (over 90%). The evolved replacement policy offers better resilience against flooding the flow cache with large amount of short flows which are typical side effects of scanning or distributed denial of service activities. An extension of the replacement policy is also proposed. The extension complements the replacement policy with an additional information extracted from packet headers. The results show further decrease in the number of evictions when the extension is used.
|
|
Optical Measurement of Electromechanical Characteristics of Heart Cells
Čmiel, Vratislav ; Križanová,, Olga (referee) ; Babula, Petr (referee) ; Provazník, Ivo (advisor)
Dissertation is focused on the application of optical measurement methods using techniques of optical microscopy and fluorescence microscopy in measurements of electromechanical characteristics of isolated cardiac cells and clusters of differentiated cardiomyocytes. The first proposed method uses a practical combination of fluorescence microscopy equipped with fluorescent fast and high-resolution camera and atomic force microscopy for simultaneous measurement of calcium transients and contraction of cardiomyocyte clusters. The signals obtained undergoes filtration, processing and analysis. Result function parameters obtained by analyzing signals after application of caffeine are evaluated by comparison with functional parameters obtained during the control measurement. The second proposed method is applied to the cardiomyocyte clusters for the purpose of cardiomyocyte contraction signals measurement. The signals obtained by optical methods are analyzed and compared with the reference signal obtained using atomic force microscopy. Optical measurement method of cell contractins based on detection of cell ends using adjusting of microscopy images by re-sharpening and fluorescence method for cardiomyocyte contractions measurements were designed to increase realiability in simultaneous measurement of cell contractions simultaneously with calcium transients in isolated cardiomyocytes experiments.
|
|
The Pump with a Diffuser with Stochastic Blades (Runner and Diffuser)
Dobšáková, Lenka ; Melichar, Jan (referee) ; Veselý, Jindřich (referee) ; Haluza, Miloslav (advisor)
This doctoral thesis studies the non-uniform blade cascade for centrifugal pumps. Influence of non-uniform blade cascade is investigated on the impeller and diffuser. A non-uniform blading impeller of pumps in this doctoral thesis was examined in terms of influence on efficiency characteristic. The idea of using non-uniform blading is to obtain a flat efficiency characteristic. Then the centrifugal pump could be used on larger scale of power with achieving a sufficiently high efficiency. The work is based on experimental measurements and numerical simulations of non-uniform hydraulic pump components. Non-uniform impeller and the diffuser were newly designed for this research. A new measuring track of small submersible pumps was needed to design and build for measurements. Different pump combinations with conventional hydraulics on one working point and hydraulics with non-uniform were measured. All measurements were evaluated and characteristics of efficiency, head and power were obtained for each measured combination. Some of pump combinations (which were measured in experiment) were numerically simulated by program Ansys Fluent. Data needed to evaluate the characteristic of efficiency and specific energy were collected from each numerical simulation. A theoretical consideration concerns the influence of non-uniform blade cascade applied on diffuser. The suggestion how to decrease hydraulic losses in canals was done. The theoretical consideration how to make a flat efficiency characteristic was made.
|
|
(Arbo)viruses in high European Arctic
ELSTEROVÁ, Jana
Since an ongoing climate change covers strongly the polar areas. Higher temperatures and related climate parameters bring the emergence of new parasites and their pathogens to higher latitudes. This may influence zoonotic diseases including arthropod-transmitted diseases. The tick species Ixodes uriae, parasitizing seabirds in the Arctic, may transmit many pathogens including various arboviruses, Borrelia spirochetes and Babesia apicomplexans. In the study we diagnosed 89 individuals of seabird tick Ixodes uriae and searched for arthropod-borne viruses from the genera Flavivirus, Alphavirus, Orthobunyavirus, Phlebovirus and Orbivirus using genus-specific primers. Moreover we searched for presence of Borrelia spp. and Babesia spp. DNA in the ticks. All samples were negative after PCR amplification for all tested pathogens. The result signalizes that tested pathogens might not be present in such high latitudes of European Arctic. Though, the possibility of introduction of these pathogens may be observable in near future due to quick changing of the Arctic ecosystem with the rising of migration of vertebrate hosts including humans to the polar areas. It is though important to continue to study potential presence of pathogens in polar areas. We are working on increase of the number of tick samples to confirm the presence or absence of the tick-borne pathogens in the European Arctic.
|
guest ::
