Técnicas de tolerância a falhas em perceptron multicamadas baseado em FPGA - estudo de caso: salve todas
dc.contributor.advisor | Pereira, Mônica Magalhães | |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/5777010848661813 | pt_BR |
dc.contributor.author | Ribeiro, Maria Fernanda Cabral | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/3171119836039554 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Canuto, Anne Magaly de Paula | |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1357887401899097 | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Lopes, Alba Sandyra Bezerra | |
dc.contributor.referees3 | Kastensmindt, Fernanda Gusmão de Lima | |
dc.date.accessioned | 2024-09-05T18:26:07Z | |
dc.date.available | 2024-09-05T18:26:07Z | |
dc.date.issued | 2024-05-31 | |
dc.description.abstract | The concept of fault tolerance can be understood as the ability of a system to maintain its correct operation even after the occurrence of a failure (Avizienis et al. 2004). This area of study emerged in the 1950s, aimed at dealing with failures in military and aerospace equipment operating in hostile and/or remote environments, and since then it has proven to be a prominent field of study, especially with the popularization of the use of computers and embedded systems. And that’s the research field of this work: the application of fault tolerance techniques in an Artificial Neural Network with Multilayer Perceptron (MLP) architecture embedded in an FPGA. The MLP is part of a system aimed at women’s safety that works on the identification of possible risk situations for users. The system has vital signs, sudden movements and geolocation sensors that provide information about the user’s current situation to the MLP Network responsible for analyzing these data. Since the MLP Network plays a critical role in identifying risk situations, it is necessary to apply techniques to increase the system’s reliability, aiming at greater safety for the user. Therefore, this work analyzes the gains and impacts of applying three fault tolerance techniques combined in embedded MLP. The techniques used include: refining the weights and biases of neurons in the network’s processing layers; changes in the MLP architecture, involving the removal of hidden neurons that are less sensitive to failures and the duplication of hidden neurons that are more sensitive to failures (a technique known as Augmentation); and the Triple Modular Redundancy of the neurons in the input and output layers of the network. The results obtained with the application of the three mentioned techniques contributed to significant gains in the overall reliability of the system. The advantages of applying the techniques combined stand out, thus maximizing improvements in Reliability for the system. Furthermore, it also draws attention to the advantages of applying the techniques for Refining the Weights and Biases of the MLP Network, Removal of Hidden Neurons that are less sensitive to failures, since these techniques do not add additional costs to the project and, in the case of the Removal technique, also brings improvements in processing and system latency. | pt_BR |
dc.description.resumo | O conceito de tolerância a falhas caracteriza-se como a capacidade de um sistema de manter sua correta operação mesmo após a ocorrência de falhas. Esta área de estudo surgiu na década de 1950, voltada para lidar com faltas em equipamentos militares e aeroespaciais que atuavam em ambientes hostis e/ou remotos, e desde então tem se mostrado um campo de estudos proeminente, em especial, com a popularização do uso de computadores e sistemas embarcados. É neste campo de pesquisa que se encontra o objeto de estudo deste trabalho: a aplicação de técnicas de tolerância a falhas em uma Rede Neural Artificial de arquitetura Perceptron Multicamadas (MLP) embarcada em FPGA. A rede MLP em questão compõe um sistema voltado para a segurança de mulheres que tem como objetivo identificar, através da rede MLP, possíveis situações de risco para as usuárias. Para tanto, o sistema conta com sensores de sinais vitais, movimentos bruscos e geolocalização que fornecem informações sobre a situação atual da usuária. Uma vez que a Rede MLP desempenha um papel crítico na identificação das situações de risco, faz-se necessária a aplicação de técnicas voltadas para o aumento da sua confiabilidade, visando uma maior segurança para a usuária. Assim sendo, este trabalho analisa os ganhos e impactos da aplicação de três técnicas de tolerância a falhas combinadas na MLP embarcada. As técnicas utilizadas incluem: o refinamento dos pesos e vieses dos neurônios das camadas de processamento da rede; alterações na arquitetura da MLP, envolvendo a remoção de neurônios ocultos menos sensíveis à falhas e a duplicação de neurônios ocultos mais sensíveis a falhas (técnica esta conhecida como Augmentation); e a Redundância Modular Tripla dos neurônios das camadas de entrada e de saída da rede. Os resultados obtidos com a aplicação das três técnicas mencionadas contribuíram para ganhos expressivos na confiabilidade geral do sistema. Destacam-se as vantagens da aplicação das técnicas de forma combinada, maximizando assim as melhoras em Confiabilidade para o sistema. Além disso, chama atenção também as vantagens da aplicação das técnicas de Refinamento dos Pesos e Vieses da Rede MLP e de Remoção de Neurônios Ocultos menos sensíveis a falhas, uma vez que estas técnicas não agregam custos adicionais ao projeto e, no caso da técnica de Remoção, ainda traz melhoras de processamento e latência do sistema. | pt_BR |
dc.identifier.citation | RIBEIRO, Maria Fernanda Cabral. Técnicas de tolerância a falhas em perceptron multicamadas baseado em FPGA - estudo de caso: salve todas. Orientador: Dra. Mônica Magalhães Pereira. 2024. 105f. Dissertação (Mestrado em Sistemas e Computação) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60045 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM SISTEMAS E COMPUTAÇÃO | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Tolerância a falhas | pt_BR |
dc.subject | FPGA | pt_BR |
dc.subject | Perceptron multicamadas | pt_BR |
dc.subject | Violência contra a mulher | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO | pt_BR |
dc.title | Técnicas de tolerância a falhas em perceptron multicamadas baseado em FPGA - estudo de caso: salve todas | pt_BR |
dc.title.alternative | Fault tolerance techniques in FPGA-based multilayer perceptron - case study: save her system | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
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