Maestría en Ingeniería de Telecomunicaciones

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    Feasibility to Use Clustering Methods to Improve the Contrastive Learning Methods in the Detection of Atrial Fibrillation
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-11-07) Navarro Luna, Alejandro; Fajardo Ariza, Carlos Augusto; Pertuz Arroyo, Said David; Sánchez Quiroga, Karen Yaneth
    Los avances recientes en el campo del aprendizaje profundo, una rama de la inteligencia artificial, han abierto nuevas puertas en la detección precisa de arritmias cardíacas. Las arritmias son trastornos en la frecuencia cardíaca o el ritmo cardíaco que pueden tener graves implicaciones para la salud, como la posibilidad de ataques cardíacos o accidentes cerebrovasculares. Detectar estas irregularidades de manera temprana es esencial para un diagnóstico y tratamiento efectivos. Sin embargo, un desafío crucial en este contexto es la disponibilidad de datos etiquetados, es decir, electrocardiogramas (ECG) que estén marcados específicamente para identificar arritmias. Obtener estas etiquetas es un proceso costoso y laborioso, ya que requiere la revisión manual de expertos médicos. Además, en muchas situaciones, puede haber una falta significativa de datos etiquetados, lo que limita la capacidad de entrenar modelos de aprendizaje profundo de manera efectiva. Para abordar este problema, se han desarrollado enfoques que se basan en técnicas no supervisadas y auto-supervisadas. Estos métodos aprovechan datos no etiquetados para mejorar el rendimiento de los modelos. Uno de los desarrollos más recientes y prometedores en este ámbito es el aprendizaje contrastivo. El aprendizaje contrastivo se emplea comúnmente como una etapa de pre-entrenamiento en la construcción de modelos de aprendizaje profundo para una variedad de tareas, incluida la detección de arritmias cardíacas. Sin embargo, en escenarios donde los datos etiquetados son escasos, se requiere una estrategia adicional para mejorar la eficacia del pre-entrenamiento contrastivo. En este estudio, proponemos una solución innovadora que implica agregar una etapa de agrupamiento de datos antes de aplicar el aprendizaje contrastivo. Esta etapa de agrupamiento tiene como objetivo seleccionar cuidadosamente un conjunto de señales de ECG no etiquetadas que refuercen la fase de pre-entrenamiento, lo que es especialmente beneficioso en situaciones donde la disponibilidad de datos etiquetados es limitada. Para evaluar la efectividad de nuestro enfoque, lo aplicamos al conjunto de datos Icentia11k, el conjunto de datos ECG de acceso público más extenso. Utilizamos métricas estándar en el campo de la detección de arritmias, como la puntuación F1 y el área bajo la curva (AUC), para comparar los resultados obtenidos con diferentes métodos de selección de datos, diversas cantidades de datos etiquetados y no etiquetados, y diferentes tamaños de modelos neuronales convolucionales. Nuestros resultados indican que nuestra metodología supera significativamente la estrategia base que utiliza únicamente el aprendizaje contrastivo. Concretamente, en el caso de un modelo entrenado solo con 5,000 datos etiquetados, nuestro enfoque logra una mejora notable, aumentando la puntuación F1 media en 4.9 puntos en promedio en las 10 iteraciones, y mejorando la métrica AUC en 0.4 puntos.
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    Prototipo de plataforma de servicios basada en iot para la monitorizacion de un sistema de generacion fotovoltaica (fv)integrado con vegetacion
    (Universidad Industrial de Santander, 2019) Camargo Vila, Maria Alejandra; Ortega Boada, Homero; Osma Pinto, German Alfonso
    Este proyecto se enmarca dentro los sistemas GRIPV (por sus siglas en inglés, Green Roof Integrated Photovoltaics) y se enfoca principalmente en poder abrirle a este tipo de sistemas la posibilidad de afrontar la heterogeneidad de los objetos a través del Internet de las Cosas (IoT). Por consiguiente, en este trabajo de investigación se diseña e implementa un prototipo de plataforma de servicios basada en IoT para el monitoreo de variables en un futuro Smart-GRIPV. El diseño ha sido realizado con un enfoque de arquitectura empresarial (AE) con el fin de lograr un diseño con visión empresarial, que facilite la toma de decisiones que puedan surgir por las razones más diversas, tomando ToGAF como marco de referencia. En cuanto a la implementación se realizó un prototipo de plataforma basada en el concepto de IoT que contemple la escalabilidad de este tipo de sistemas y su posible adaptación a infraestructuras con necesidades y características similares que abarquen áreas más allá de la generación fotovoltaica. La plataforma está compuesta principalmente por la capa de infraestructura tecnológica y física, la capa de aplicaciones y la de negocios. En la primera se logra solucionar los problemas de conectividad entre las tecnologías heterogéneas disponibles, en la capa de aplicaciones se implementaron las capacidades de almacenamiento y procesamiento de datos y en la capa de negocios se implementaron aplicaciones para los clientes finales. *
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    An embedded test platform for system-on-a-chip interfaces
    (Universidad Industrial de Santander, 2019) Ramirez Vera, Wilmer Daniel; Roa Fuentes, Elkim Felipe; Duran Blanco, Ckristian Ricardo Esteban
    Los sistemas de depuracion para sistemas en chip ( ´ SoC por sus siglas en ingles) deben ofrecer capacidad de control de ejecuci ´ on y visibilidad de comple- ´ jos SoCs con el fin de detectar y/o analizar errores y encontrar posibles mejoras de diseno. La ausencia de estos sistemas puede conducir a una p ˜ erdida de ´ tiempo y dinero debido a fallas que no se pueden detectar o corregir. Entonces, la necesidad de un sistema que permita realizar pruebas en silicio crece junto con la complejidad actual de los SoC. Este trabajo presenta una plataforma de depuracion escalable y reutilizable para pruebas posteriores al silicio. La plataforma ´ esta compuesta por un m ´ odulo de depuraci ´ on comunicado a trav ´ es de JTAG, y ´ un monitor de bus. Las caracter´ısticas relevantes son el control del procesador, operacion del bus del sistema, y el monitoreo no intrusivo de las operaciones ´ en el SoC. Un filtrado flexible permite seleccionar transferencias de interes o re- ´ alizar un monitoreo general del SoC. Los datos capturados se pueden analizar mediante contadores de rendimiento que verifican las transferencias ejecutadas y finalizadas, calculando su latencia para detectar puntos muertos en el sistema
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    Sistema de comunicacion optica basado en la modulacion de coherencia y el momento angular orbital de la luz
    (Universidad Industrial de Santander, 2019) Lopez Higuera, Paula Andrea; Aguilera Bermudez, Ernesto; Torres Moreno, Yesid
    Las redes ópticas con capacidades del orden de los terabits por segundo permiten brindar múltiples servicios a los usuarios, por lo cual se han convertido en la columna vertebral de los sistemas de telecomunicaciones modernos y deben garantizar y preservar la confidencialidad, disponibilidad e integridad de los datos, es decir, la seguridad, ya que soportan un gran flujo de información, en su mayoría de carácter personal y privado. En lo referente a la confidencialidad se ha encontrado que gran parte de los esquemas convencionales de cifrado pueden ser bastante vulnerables ante los avances en computación cuántica, en consecuencia se da la aparición de nuevos métodos y esquemas basados en las potencialidades del mundo cuántico. Con base al nuevo enfoque en la seguridad de los sistemas, este trabajo de investigación considera la descripción de un sistema de distribución de clave cuántica basado en la codificación en dos bases mutuamente imparciales utilizando la coherencia temporal de una fuente de luz, introduciendo un retardo óptico mayor que el tiempo de coherencia de la fuente, entre los trenes de ondas emitidos y los modos de momento angular orbital descritos por el término de fase , de modo que se logra una mayor capacidad de bits por fotón frente a esquemas convencionales y se obtiene una mayor resistencia contra los ataques por interceptación de canal por parte del sistema como se evidencia en los resultados obtenidos en simulación mediante el método de Montecarlo. Adicionalmente, se presentan los resultados experimentales asociados a algunos de los principales componentes del sistema de comunicación propuesto como punto de partida para una futura implementación. * Trabajo de maestría. ** Facultad de ingeniería Físico-Mecánicas. Escuela de Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones. Maestría en Ingeniería de Telecomunicaciones. Director: Ernesto Aguilera Bermúdez, Ph.D. en Ingeniería. Co-director: Yezid Torres Moreno, Dr. Óptica y procesamiento de
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    Front-end circuit techniques for high-speed interfaces
    (Universidad Industrial de Santander, 2019) Torres Delgado, Cristhian Rolando; Roa Fuentes, Elkim Felipe; Rueda Guerrero, Luis Eduardo
    La demanda por comunicaciones mas r ´ apidas en aplicaciones con alto con- ´ tenido multimedia ha incrementado las velocidades de datos de los circuitos de E / S integrados en los sistemas para centros de datos y productos electronicos ´ de consumo. Para lograr estas velocidades de datos en dispositivos electronicos ´ de bajo precio, las interfaces de alta velocidad requieren mejorar su ancho de banda manteniendo el consumo de energ´ıa y los costos de produccion y desar- ´ rollo. La integracion de interfaces de alta velocidad utilizando la tecnolog ´ ´ıa CMOS de canal largo contribuye a minimizar los gastos de produccion. Sin embargo, la ´ adopcion de transistores de canal largo causa capacitancias par ´ asitas grandes, ´ lo que requiere altas corrientes de polarizacion en el transistor para amplificar ´ a altas frecuencias. Mientras tanto, los costos de desarrollo pueden reducirse reemplazando el trabajo humano con algoritmos y funciones automatizadas realizadas por computadoras. Este trabajo explora tres tecnicas de circuito utilizadas ´ en el extremo receptor de las interfaces de alta velocidad destinadas a contribuir a la reduccion de los gastos en dise ´ no, caracterizaci ˜ on e integraci ´ on. El primero ´ supera las limitaciones de frecuencia del transistor MOS, manteniendo el consumo de energ´ıa en los circuitos de ecualizacion. El segundo busca reemplazar ´ el equipo de prueba, y el tercero reduce el trabajo humano. Finalmente, las tecnicas de circuito se aplican en tres circuitos dise ´ nados e implementados en ˜ una interfaz analogica para un receptor est ´ andar compatible con USB 3.0.
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    Inhibicion de servicios de radiodifusion sonora en la banda de fm usando la tecnologia software defined radio e internet of the things
    (Universidad Industrial de Santander, 2019) Diaz Morales, Luis Miguel; Ortega Boada, Homero
    Los servicios de radiodifusión sonora son ampliamente usados en los sectores públicos, comerciales, instituciones educativas y comunidades, estos servicios se encuentran adjudicados en la banda VHF 88-108 MHz, su uso requiere de un permiso especial que se solicita ante el Ministerio de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (MinTIC) y la Agencia Nacional del Espectro (ANE), sin embargo algunos usuarios realizan transmisiones sin licencia y se consideradan sus transmisiones como clandestinas ocasionando problemas de orden social, técnico, y causando interferencias a otros servicios de radiocomunicación. Por otra parte, los efectos de propagación como desvanecimiento por multitrayectoria, efecto de sombras, ruido radioeléctrico e incertidumbres de los dispositivos afectan la calidad del monitoreo junto con el bloqueo, en este trabajo propone un método para monitorear y bloquear el espectro para la banda 88-108 MHz usando técnicas de sensado y bloquedo colaborativo a través de dispositivos SDR conectados en red empleando técnicas y protocolos de IoT, cómputo en la nube utilizando los algoritmos de monitoreo como el detector de energía y el detector de picos, finalmente, se realiza el bloqueo de emisiones clandestinas usando diferentes señales activando los equipos conectados para realizar el bloqueo cooperativo de radiodifusión sonora en frecuencia modulada.
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    Front-end y Back-end de un radiotelescopio de 100-200 MHz orientado al estudio cosmológico de la Época de Reionización
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-09-15) Perilla Mosquera, Felipe; Rodrı́guez Ferreira, Julián; Restrepo Gaitán, Óscar Alberto; Acevedo Cárdenas, Efrén Darío; Chaparro Molano, Germán; Bustos Placencia, Ricardo
    Radio astronomy as an observational technique used in Astronomy allows experimental validation of theoretical models based on the study of electromagnetic cosmic waves. Technically, it uses dedicated instrumentation (radio telescopes) to acquire such signals. The study, based on the emission of 21-cm of neutral hydrogen at frequen- cies between 100 and 200 MHz, allows us to examine a scientific case of open study called Epoch of Reionization (EoR) in which we seek to compare physics models with experimental measurements. The reionization epoch is a link in the universe’s study in a primordial epoch, which allows us to understand the dynamic systems present at that epoch based on the behavior of electromagnetic waves. This project is based on simulations and measurements of the subsystems and the development of a software solution for data pre-processing, compatible with SDRs receivers. The aim is to validate the response of the antenna and the subsystems to establish the feasibility to use Software Defined Radio (SDR) technology devices as receivers for low-frequency radio telescopes. This project contributes to radio astronomy initiatives underway at the Universidad Industrial de Santander (UIS), which seek to position the university as a national and regional reference in this area of study.
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    Desarrollo de una metodología para la captura y procesamiento de información sobre el estado de los bosques utilizando UAVs
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Guarín Ramírez, Arnold; García Arenas, Hans Yecid; Ortega Boada, Homero; Abreo Carrillo, Sergio Alberto; Argüello Fuentes, Henry
    Colombia es un pulmón para el mundo y eso representa un enorme compromiso para controlar la tala ilegal de bosques, para ello cuenta con una plataforma de monitoreo forestal llamada SMBYC que entrega reportes sobre el estado de los bosques trimestralmente. Sin embargo, zonas en Colombia requieren un seguimiento más frecuente para tomar acciones tempranas. Por esta razón, este trabajo se ha dedicado al desarrollo una metodología que permita entregar información forestal en cortos periodos de tiempo, usando como insumo datos capturados desde vehículos aéreos no tripulados (UAV). Para el estudio se eligió un bosque del departamento de Santander en el cual predomina la especie Quercus Humboldtii, también conocida como el roble blanco. Se realizó una expedición con el apoyo de expertos en estudios forestales que permitió caracterizar la biomasa del bosque, la cual refleja la capacidad del bosque para absorber carbono de la atmósfera. Adicionalmente se involucró el uso de un UAV dotado con cámaras espectrales de bandas R, G, B y NIR para capturar imágenes espectrales del bosque para obtener índices de vegetación. Finalmente se entrenó una red neuronal usando toda la información recopilada para construir un modelo para estimar la biomasa del bosque. Se pudo demostrar que la metodología desarrollada permite lograr una ganancia en las estimaciones representada no solo en tiempo sino también en una disminución de 11.21% del error de las estimaciones si se compara con la metodología que se apoya en información satelital.
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    Identificación de maderas aserradas propias de la zona de Santander mediante el uso de herramientas basadas en narices electrónicas
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Mantilla Ramírez, Naren Arley; Ortega Boada, Homero; Ruiz Jiménez, Luisa Fernanda; Sepúlveda Sepúlveda, Alexander; Martínez Carrillo, Fabio; Gualdrón Guerrero, Óscar Eduardo
    La deforestación y extracción desordenada de madera ponen en peligro algunas especies maderables vulnerables. Estas especies prohibidas podrían detectarse durante su proceso de transporte si las entidades de vigilancia y control tuvieran los instrumentos de seguimiento adecuados. Si bien en trabajos anteriores se reportan métodos para identificar especies de madera, estos no son aplicables a sitios alejados de las principales ciudades. En el presente trabajo se propone utilizar narices electrónicas (arreglos de sensores químicos) para identificar especies maderables, a partir de los compuestos volátiles que estas emanan. La medición de aromas se realiza mediante el uso de una matriz de 16 sensores químicos, cuyas curvas son la entrada a un procedimiento de estimación de características. Luego, se realiza un análisis de componentes principales, para finalmente aplicar una estrategia de clasificación basada en máquinas de vectores de soporte. En contraste a trabajos previos, en el presente trabajo se aplica una nueva estrategia al problema de detección de especies: verificación utilizando modelos de mezclas gaussianas y modelos de referencia (Universal Background Model). Adicionalmente, en comparación con trabajos reportados recientemente, las condiciones de recolección de muestras son más cercanas a las encontradas en entornos reales para los cuales este trabajo busca resolver el problema; y, el número de muestras es mayor y más variado. De otra parte, debido a que la distribución de muestras recolectadas para las especies no está balanceada, se aplica una técnica de aumento de datos para compensar el desequilibrio en las clases. Al realizar los experimentos se encuentra un desempeño de aproximadamente 80% en cuanto a identificación de especies. Resultados similares se encuentran en los experimentos de verificación, los cuales mejoran hasta un 88% cuando se aplica LASSO a modo de estrategia de selección de características. A pesar de los resultados prometedores, se deben realizar mayores esfuerzos para obtener un mejor desempeño.