Proyectos de investigación – Maestría

Algoritmo para predicción del uso espectral en redes de radios cognitivas

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Profesor: Dr. Enrique Rodríguez de la Colina

Resumen: Actualmente existe una administración del espectro radioeléctrico que otorga licencias para operar en frecuencias fijas. Esta asignación fija de frecuencias, ha provocado escasez de bandas de frecuencia libres para operar nuevos servicios. La optimización de la distribución del espectro se ha planteado con el desarrollo de Radios Cognitivos, que es un modelo de las comunicaciones inalámbricas, en donde los dispositivos de comunicación adaptan sus parámetros de operación para comunicarse eficientemente, evitando interferencias con otros dispositivos. Para poder hacer un uso adecuado del espectro radioeléctrico, se requiere de un estudio y caracterización del mismo, y que debe ser analizado con un modelo que permita predecir el comportamiento de movilidad espectral.

Objetivo general

• Diseñar un modelo predictivo del uso espectral para Redes Inalámbricas Cognitivas que permita el análisis de los huecos espectrales ‘white spaces’.

Objetivos específicos

• Investigar distintas técnicas para predecir la ocupación dinámica del espectro.
• Implementar  el  modelo  predictivo  que  puede  ser  caracterizado  utilizando  un algoritmo computacional.

Apoyo a la toma de decisiones en redes inalámbricas cognitivas

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Profesor: Dr. Enrique Rodríguez de la Colina

Resumen: Actualmente existe una administración del espectro radioeléctrico que otorga licencias para operar en frecuencias fijas. Esta asignación fija de frecuencias, ha provocado escasez de bandas de frecuencia libres para operar nuevos servicios. La optimización de la distribución del espectro se ha planteado con el desarrollo de Radios Cognitivos, que es un modelo de las comunicaciones inalámbricas, en donde los dispositivos de comunicación adaptan sus parámetros de operación para comunicarse eficientemente, evitando interferencias con otros dispositivos. La toma de decisiones para los cambios de canal “movilidad espectral” y compartición de información son fundamentales en un sistema de radio inteligente.

Objetivo general

• Diseñar una aplicación como apoyo a la toma de decisiones en la transmisión de datos en redes inalámbricas cognitivas.

Objetivos específicos

• Proponer los criterios necesarios para seleccionar una interfaz de comunicación en redes inalámbricas y analizar diferentes algoritmos de toma de decisiones.
• Diseñar y programar un algoritmo seleccionado para la toma de decisiones con base a criterios propuestos* y un perfil de usuario.
• Deseable programar en Android las interfaces de los dispositivos de hardware de comunicación (Wi-Fi, bluetooth, celular).
• *El diseño deberá considerarse entre capas (‘cross layer analysis’) así como el perfil de usuario.

Identificación de versiones musicales utilizando aprendizaje maquinal

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Profesora: Fabiola Margarita Martínez Licona

Resumen: La intersección entre la música, el aprendizaje maquinal y el procesamiento de señales ha permitido abordar un amplio rango de tareas entre las que se pueden mencionar identificación automática de melodías, acordes, instrumentos, tiempos, estructuras a largo plazo, género, artista, etc. Con respecto a la extracción de características, pueden aplicarse los más diversos métodos de análisis de señales a elementos como la melodía, el ritmo y el timbre; técnicas para el análisis del pitch, representaciones tiempo-frecuencia, espectrogramas en frecuencia logarítmica, representaciones de octavas de notas en tiempo y frecuencia, seguimiento del ritmo, etc., han sido probadas con relativo éxito para el análisis de piezas musicales.

La descomposición de una pieza musical compleja en los diferentes componentes puede ser un paso de preprocesamiento muy importante para un gran número de aplicaciones. En el caso de la identificación de versiones de música, también llamadas covers, esta tarea tradicionalmente se ha resuelto mediante el análisis del contenido tonal de la pieza musical. Uno de los problemas con que se enfrenta la identificación de covers musicales es la cantidad de información que debe ser analizada, se han reportado trabajos alrededor de esta tarea en bases de datos relativamente pequeñas de algunos miles de canciones. En algunos trabajos se han aplicado modelos basados en “huellas digitales” a una base de datos grande (un millón de canciones) para la identificación de canciones con un resultado por arriba del 70% de reconocimiento correcto; para esta tarea se puede pensar en separar la melodía principal y el acompañamiento para realizar la identificación de manera independiente y explorar las arquitecturas que presentan las técnicas de aprendizaje profundo. En este proyecto se aplicarán métodos de aprendizaje maquinal para la identificación de versiones o covers de piezas musicales.

Objetivo general

• Desarrollar un sistema de identificación de versiones musicales aplicando técnicas de aprendizaje maquinal.

Objetivos específicos

• Seleccionar los componentes que permitan la separación de melodía principal y acompañamiento para el análisis de piezas musicales.
• Definir la arquitectura de aprendizaje maquinal para el reconocimiento e implementarla.
• Realizar una primera etapa de pruebas del sistema de reconocimiento para ajustar los parámetros que lo requieran.
• Realizar los ajustes del sistema de reconocimiento, realizar las pruebas finales y evaluar su rendimiento.

Análisis acústico-gráfico de lenguajes de civilizaciones antiguas desde la perspectiva de reconocimiento de patrones

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Profesores: Fabiola Margarita Martínez Licona y Alma Edith Martínez Licona

Resumen: El habla ha sido el medio de comunicación más sofisticado que tiene el ser humano, éste surge a partir de la generación de sonidos que se asociaban ya sea a situaciones, acciones o descripciones; los primeros sonidos emitidos eran   mayormente guturales para posteriormente evolucionar a sonidos articulados. Los  lenguajes de las civilizaciones más antiguas se destacan  por su  naturaleza más bien gráfica, un símbolo o conjunto de éstos representaba una serie de ideas y en algunos casos hasta un concepto. En este sentido podemos pensar en el lenguaje como un sistema  optimizado el cual, con un número pequeño de símbolos, puede expresar  toda la gama de ideas, pensamientos y hasta  sentimientos del hablante. El interés por el estudio de este tipo de lenguajes siempre ha estado presente, sin embargo, hasta hace poco no se contaba con las técnicas  adecuadas para un análisis preciso y en tiempo corto. El uso de herramientas computacionales así como de técnicas de  escaneo de alta definición permiten tener a la disposición los textos de antiguas  civilizaciones, algunas de ellas, con información sobre la pronunciación de  sus sonidos. Con estas ventajas se han podido utilizar métodos  probabilísticos   para la reconstrucción de sonidos perdidos, métodos de aprendizaje maquinal para  reconocimiento de  caracteres o de estructuras fonéticas.  La información  obtenida coadyuva a obtener una mayor comprensión de la evolución que ha tenido esta forma de comunicación en el hombre y a analizar hacia dónde se dirige. En este proyecto se desarrollará un análisis acústico y gráfico de los  símbolos de tres  lenguajes de civilizaciones antiguas para valorar su capacidad de representación a  partir de técnicas de reconocimiento de patrones.

Objetivo general

• Analizar la capacidad de representación de tres lenguajes de civilizaciones antiguas a través de métodos de reconocimiento de patrones acústicos y gráficos.

Objetivos específicos

• Seleccionar los componentes acústicos y gráficos que se utilizarán para el reconocimiento de los lenguajes elegidos.
• Desarrollar sistemas de reconocimiento acústico y de símbolos escritos de los lenguajes elegidos.
• Evaluar la capacidad de representación de los lenguajes seleccionados a partir de los resultados de los sistemas de reconocimiento desarrollados.

Reconocimiento de géneros musicales

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Profesores: Fabiola Margarita Martínez Licona y Máximo Sánchez Gutiérrez

Resumen: La intersección entre la música, el aprendizaje maquinal y el procesamiento de señales ha permitido abordar un amplio rango de tareas entre las que se pueden mencionar: identificación automática de melodías, acordes, instrumentos, tiempos, estructuras a largo plazo, género, artista, etc. Para tales problemas, sin embargo, hay un número limitado de estrategias que los resuelven, las cuales se basan en la extracción de características e interpretación semántica utilizando principalmente métodos de clasificación y agrupamiento. Con respecto a la extracción de características, pueden aplicarse los más diversos métodos de análisis de señales a elementos como la melodía, el ritmo y el timbre; técnicas para el análisis del pitch, representaciones tiempo-frecuencia, espectrogramas en frecuencia logarítmica,  representaciones  de  octavas  de  notas  en  tiempo y  frecuencia, seguimiento del ritmo, etc., han sido probadas con relativo éxito para el análisis de piezas musicales.

La identificación de géneros musicales es una herramienta que utiliza la mayoría de los sistemas de reproducción de música digital para gestionar las canciones que los mecanismos guardan. Dado el gran número de canciones que se pueden almacenar, la localización de una canción en particular puede llegar a ser complicada si no se encuentran organizadas adecuadamente; la generación de listas de reproducción requieren de  sistemas que categoricen, con un alto grado de confianza, las piezas  musicales a elegir. Muchos trabajos se han avocado al análisis y reconocimiento de géneros musicales. Algunos trabajos utilizan características espectrales para identificar a través del ritmo diferentes géneros musicales mientras que en otros se aplicaron métodos secuenciales para la extracción de características para la categorización de un género  específico. En este proyecto se aplicarán métodos de aprendizaje maquinal  para la  identificación de géneros musicales.

Objetivo general

• Desarrollar un sistema de identificación de géneros musicales aplicando técnicas de aprendizaje maquinal.

Objetivos específicos

• Seleccionar los componentes que permitan el análisis de géneros de piezas musicales.
• Definir la arquitectura de aprendizaje maquinal para el reconocimiento e implementarla.
• Realizar una primera etapa de pruebas del sistema de reconocimiento para ajustar los parámetros que lo requieran.
• Realizar los ajustes del sistema de reconocimiento, realizar las pruebas finales y evaluar el rendimiento del sistema de reconocimiento.

Propuesta de un sistema paralelo para la construcción de memorias asociativas evolutivas orientado al estudio de señal EEG y su aplicación a la teleoperación

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Profesores: Dra. Graciela Román Alonso y Dr. Juan Villegas Cortez (UAM Azcapotzalco)

Resumen: El desarrollo de la tecnología ha llevado a las computadoras de uso común (Computadoras Personales o PC) a ser equipos con gran capacidad de cálculo y almacenamiento. Puntos en los que se ha centrado su desarrollo, dejando de lado a una rama de las PC que prácticamente no ha cambiado desde que se crearon. Las interfaces de entrada y salida (E/S) de la PC, de forma generalizada, se componen básicamente de una entrada, teclado y ratón (o touch pad), y una de salida, el monitor. Por otra parte, está el uso de la tecnología para asistir a personas discapacitadas o con habilidades diferentes, para quienes se han desarrollado dispositivos especiales que permitan a estas personas tener una mejor calidad de vida.  Muchas de estas personas se ven con la problemática de no contar con ningún tipo de movimiento físico para poder comunicarse, y es en torno a estas características que se ha buscado dentro de un área muy específica para poder encontrar una solución, las ondas electroencefalográficas (EEG). A partir de que se desarrolló la tecnología que permite leer las ondas EEG de los humanos, se planteó la posibilidad de interpretarlas y usarlas como un medio de comunicación con dispositivos que puedan ir, desde control de dispositivos hasta prótesis robóticas. A este tipo de tecnología se le conoce como BCI (Brain-Computer Interface) y tiene una ventaja enorme sobre cualquier otra interfaz de control, las BCI no requieren movimiento físico para su manipulación.

En el presente trabajo se realizarán comparaciones que puedan mostrar  que técnicas de reconocimiento de patrones puedan dar mejores resultados para el funcionamiento de una BCI eficiente.

Objetivo general

• Construir un sistema en operación paralela para la generación de Memorias Asociativas evolutivas aplicadas hacia problemas reales de reconocimiento de patrones; a fin de obtener productos tangibles con el desarrollo de nuevas formas de conceptualizar las interfaces BCI en tareas que demandan solución para múltiples propósitos de manejo y teleoperación de dispositivos a través de pensamientos.

Objetivos específicos

• Identificar los puntos óptimos del cerebro que permitan extraer los componentes de las señales EEG que contengan la información de movimientos, o tareas de movimientos, deseados en pensamientos por parte de un usuario.
• Determinar la combinación operacional que mejor se pueda implementar para las señales EEG beta (ß), mu (μ) y P300.
• Generar un clasificador de ondas EEG a partir de Memorias Asociativas Evolutivas que identifique las señales EEG necesarias para controlar el movimiento de un cursor.

Propuesta de un sistema no supervisado de reconocimiento y clasificación de rostros con técnicas basadas en CBIR

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Profesores: Dra. Graciela Román Alonso y Dr. Juan Villegas Cortez (UAM Azcapotzalco)

Resumen: El reconocimiento de rostros es una tarea importante para muchos propósitos, e.g. sistemas de seguridad, de identificación de personas, localización, etc. Este problema es un caso particular del reconocimiento en imágenes digitales muy amplio. La consulta de imágenes mediante imágenes, también llamada “por contenido” (Content- based Image Retrieval o CBIR) es un sistema de búsqueda y/o clasificación para recuperar imágenes basándose en su contenido. En los inicios de los sistemas CBIR se utilizaban metadatos que consisten en palabras o frases cortas que tratan de definir lo que contiene una imagen. En la actualidad, se debe indexar la información para poder recuperarla de forma rápida y efectiva. Es por eso que los metadatos dejan de tener sentido para colecciones de imágenes grandes y toman fuerza los sistemas automáticos de indexación y recuperación basados en los datos que contiene la imagen.

En esta propuesta se aplicará parte de la metodología de CBIR, que ha demostrado tener excelentes resultados sobre otras metodologías similares, en lo concerniente a la extracción de rasgos por texturas, y con modificaciones que incluyan mayores detalles de rasgos geométricos en la imagen para la detección de rostros.

Objetivo general

• Implementar la técnica CBIR con rasgos descriptores geométricos para la clasificación y/o identificación de rostros.

Objetivos específicos

• Realizar pruebas con bases de datos de rostros validadas por la comunidad científica de visión por computadora en condiciones ideales de luminosidad y posición con la técnica CBIR, a fin de validar su robustez ante rostros.
• Validar su robustez de la técnica a usar con la base de datos de las imágenes de rostros, para cantidades de rostros en color.
• Comparar el desempeño de la técnica a usar con imágenes de rostros en condiciones no ideales.

Programación y evaluación en un FPGA del nivel físico de un módem OFDM para comunicación por la red eléctrica doméstica

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Profesores: Dr. Alfonso Prieto Guerrero y Dr. Gerardo Laguna Sánchez (UAM Lerma)

Resumen: La línea eléctrica es una red prácticamente omnipresente, con enchufes disponibles virtualmente en cualquier lugar donde es posible la existencia de una terminal de comunicación. Ésa es la razón por  la  cual  la  tecnología  de  comunicaciones PLC (Power – Line Communication)  es  un  área  de investigación muy atractiva. En esencia, la tecnología PLC representa el formidable reto de transmitir datos a través de un medio que fue originalmente diseñado para la distribución de energía  eléctrica  y  no  para  la  transmisión  de  datos.  Los  investigadores  e  ingenieros  deben considerar algunas características de este medio que  lo hacen en cierta forma uno de los peores canales de comunicación. Para  minimizar  los  efectos  de  la  atenuación,  el  ruido  y,  al  mismo  tiempo,  maximizar  el aprovechamiento  del  canal,  se  emplean  avanzadas  técnicas  de  procesamiento  de  señales  y comunicaciones digitales, tales como la técnica de asignación de bits (conocida com o esquema Multi-Tono Discreto  o  DMT,  por  sus  siglas  en  inglés)  y  el  multiplexado  por  repartición  en frecuencias ortogonales (orthogonal frequency – division multiplexing, OFDM), que ha sido adoptada como técnica de señalización básica para la tecnología PLC doméstica. Por lo que es necesario que el alumno cuente con conocimientos en comunicaciones digitales, procesamiento digital de señales, programación en lenguaje C y diseño lógico-digital.

Objetivo general

• Diseñar y programar en un FPGA los algoritmos de la capa física de un módem OFDM para un enlace PLC.

Objetivos específicos

• Diseñar y programar en un FPGA los módulos de modulación y demodulación OFDM.
• Diseñar y programar en un FPGA el módulo de sincronización.
• Diseñar y programar en un FPGA los módulos de estimación de canal y estimación de ruido.
• Diseñar y programar en un FPGA el módulo de igualamiento (Equalizer).
• Evaluar el desempeño de los algoritmos diseñados en una tarjeta de desarrollo con el FPGA seleccionado.

Multi-objective evolutionary algorithms for unstructured P2P topologies reconfiguration

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Profesores: Dra. Elizabeth Pérez Cortés y Dr. Hiroyuki Sato (Universidad de Tokio, Japón)

Resumen: Nowadays one of the main usages of the Internet is content generation, sharing and access. One of the approaches used to support these activities is the P2P model. In content distribution systems using this model, instead of having servers to distribute the contents, nodes are selforganized to do it. Each node is a potential server and a client and this characteristic makes those systems naturally scalable and fault tolerant. The nodes of a P2P system establish logical connections between them and those connections define an overlay network (called P2P network). There are two main classes of P2P networks: structured and unstructured. In the first class a specific geometry for the topology is predefined and the logical connections between nodes are determined by this geometry. In the second class, in which we are interested, there are no specific rules to define the neighborhood of a newcomer. The goal of these protocols is to preserve the connectivity. In this project we are interested in the exploration of distributed control, local information multiobjective evolutionary algorithms as a strategy to perform periodic reconfiguration of unstructured P2P topologies.

Objetivo general

• The design and implementation of an effective and efficient multi-objective evolutionary algorithm to perform the reconfiguration of an unstructured P2P topology

Objetivos específicos

• Identify and understand the different distributed control, local information multi-objective evolutionary algorithms proposed to perform the reconfiguration of an unstructured P2P topology
• Design a distributed control, local information multi-objective evolutionary algorithm to perform reconfiguration in unstructured P2P topologies
• Evaluate the proposed algorithm
• Assess the relative importance of the different objectives used in the reconfiguration of an unstructured topology

Diseño, evaluación e implementación de un protocolo de comunicación inalámbrica que permita el intercambio eficiente de información por medio de dispositivos móviles inteligentes para situaciones de misión crítica

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Profesora: Dra. Martha Montes de Oca Cáliz

Resumen: Gracias al desarrollo de los dispositivos electrónicos y los sistemas de cómputo, se encuentran disponibles un gran número de tecnologías destinadas al procesamiento, almacenamiento e intercambio de información. La proliferación de dichas tecnologías ha dado origen a una gran variedad de servicios, como los que proporcionan los sistemas de comunicación telefónica móvil. Estos sistemas necesitan la infraestructura de una o varias redes de comunicaciones, ya sea cableadas o inalámbricas, para lograr que sus usuarios puedan establecer conversaciones telefónicas con otros usuarios del mismo sistema y del sistema telefónico convencional, así como enviar y recibir mensajes de texto y, más recientemente, acceder a la Internet. Para poder ofrecer estos servicios, los proveedores de telefonía móvil deben realizar una inversión que les permita instalar una red inalámbrica de amplia cobertura que abarque la región donde se encuentren sus usuarios, idealmente, a lo largo y ancho de toda la República Mexicana. La inversión que realizan los proveedores, para la instalación y mantenimiento de la infraestructura mencionada, está en el orden de cientos y hasta miles de millones de pesos. Para recuperar tal inversión, los proveedores de servicio de telefonía cobran costos asociados al uso de su infraestructura y los usuarios. La correcta operación de los sistemas de telefonía móvil y fija depende, en gran medida, de la integridad de la infraestructura de las redes de comunicaciones. Si éstas se ven comprometidas parcial o totalmente por algún evento inesperado, por ejemplo, que las antenas, cables o equipos de comunicaciones se hayan dañado por la presencia de vientos fuertes o de inundaciones o sismos en alguna zona del territorio nacional, los servicios se podrían interrumpir temporalmente. En la propuesta de proyecto de investigación se plantea diseñar, evaluar e implementar un protocolo de comunicaciones que permita el intercambio eficiente de información entre dispositivos móviles, aprovechando para esto la movilidad de los usuarios que los portan, en especial, cuando éstos se encuentren inmersos en una situación de misión crítica.

Objetivo general

• Desarrollar y evaluar un protocolo para dispositivos inalámbricos móviles que permitan resolver el problema de comunicación que ocurre cuando los usuarios de dichos dispositivos se encuentran inmersos en una situación de misión crítica, aprovechando la propia movilidad de los usuarios para el intercambio y la diseminación de la información en una región relativamente extensa

Objetivos específicos

• Proponer una estrategia para el intercambio eficiente de información entre dispositivos inalámbricos que aproveche la movilidad de los usuarios
• Definir los criterios para la evaluación del desempeño y la determinación de la eficiencia en el 5 intercambio de información entre los dispositivos móviles, debido a que la duración de los encuentros entre éstos puede ser breve
• Evaluar los niveles en cuanto a la rapidez, precisión y el consumo energético del protocolo de comunicaciones para el intercambio de información entre dispositivos móviles
• Realizar las simulaciones y pruebas de campo que permitan evaluar las capacidades y limitaciones de la estrategia propuesta
• Efectuar la comparación de los resultados obtenidos con alguna(s) propuesta(s) equiparable(s) que se encuentre(n) publicada(s) en la literatura especializada relacionada con el tema en cuestión
• Presentar los principales resultados obtenidos a partir de este proyecto de investigación en un foro internacional, por ejemplo, una conferencia o congreso relacionados con el tema