Témata doktorských disertačních prací pro zahájení studia v DSP v akademickém roce 2011/2012

Transkript

1 VŠB -Technická univerzita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Témata doktorských disertačních prací pro zahájení studia v DSP v akademickém roce 2011/2012 P 1807 Informatika, komunikační technologie a aplikovaná matematika 1801V001 Obor Informatika prof. RNDr. Václav Snášel, CSc. 1.Vyhledávání v digitálních datech Aplikace geometrických metod na problémy, vyhledávání v multimediálních datech, vedou na problematiku volby míry podobnosti. Rozsah současných dat vyžaduje distribuované zpracování s využitím samoorganizace. Práce bude zaměřena na využití GPU v rámci superpočítačové architektury. Dimensionality Reduction Techniques Self-Organized Search Networks Clustering and Categorization data by similarity Social computing and Computational Advertising. 2.Metody segmentace biologických sekvencí za účelem podpory strukturního modelování Cílem práce bude navrhnout a implementovat metodu segmentace biologických sekvencí ve spojení s modelováním struktury příslušných molekul. Práce bude zaměřena na segmentaci proteinů. 3. Structure Prediction and Visualization in Molecular Biology. The tools of computer science can be a tremendous help to the working biologist. Two broad areas where this is particularly true are visualization and prediction. In visualization, the size of the data involved often makes meaningful exploration of the data and discovery of salient features difficult and time-consuming. Similarly, intelligent prediction algorithms can greatly reduce the lab time required to achieve significant results, or can reduce an intractable space of potential experiments to a tractable size. Wokd will be focused on application GPU. 4. Mining Social Media Communities and Content. Social Media is changing the way people find information, share knowledge and communicate with each other. The important factor contributing to the growth of these technologies is the ability to easily produce user-generated content. Blogs, Twitter, Wikipedia, Flickr and YouTube are just a few examples of Web 2.0 tools that are drastically changing the Internet landscape today. These platforms allow users to produce

2 and annotate content and more importantly, empower them to share information with their social network. Analyze social media content effectively and describe the special structure and properties of social graphs to detect communities in social media. Demonstrate how structure and content analysis in social media can benefit from the availability of rich meta-data and special properties. 5. Analysis of Mass Spectrometry Data for Protein Identification. Mass spectrometry is a powerful technique in analytical chemistry that was originally designed to determine the composition of small molecules in terms of their constituent elements. The fundamental difficulty in the analysis of mass spectrometry data is that of ill-posedness. There are multiple solutions consistent with the experimental data and the data is subject to significant amounts of noise. Work will be focused on protein identification using mass spektrometry. 6. Evoluční dynamika komplexních sítí. Práce se bude zabývat studiem bezškálových komplexních sítí. Práce bude zaměřena na využití bio-inspirovaných algoritmů k syntéze sítí s vhodnými parametry, k řízení a synchronizaci komplexních sítí včetně chaotických režimů, které se v těchto sítích vyskytují. 7. Komprese dat Problematika komprese dat je velmi rozsáhlá, proto je nutné vyvíjet speciální kompresní algoritmy, které umožní škálovatelnost. Cíl práce bude zaměřen na návrh paralalních algoritmů s využitím GPU. 8. Detekce spamů. Detekce spamů patří mezi důležité problémy. Cílem práce je navrhnou a realizovat algoritmy založené na bio-inspirovaných výpočtech pro detekci spamů. 9. Fotbal robotů. 10. Vzory pro uživatelské rozhraní 11. Sociální sítě. Studium chování sociálních skupin, jejich interakce. 12. Bio-inspirované výpočty. 13. Simulace dopravního modelu města. Cílem této práce bude vytvoření simulačního modelu dopravy ve městě. prof. Ing. Václav Skala, CSc. 1.Algoritmy počítačové grafiky a geometrická algebra Počítačová grafika je nedílnou součástí prakticky všech výpočetních systémů, a tedy i informačních systémů. I přes velmi výkonné výpočetní systémy a vývoj výpočetní architektury je nezbytné hledat nové efektivní výpočetní

3 postupy a algoritmy, které využívají právě nové výpočetní architektury. Exploze objemu zpracovávaných dat a požadavky na rychlost zpracování jsou takové, že bez nových a podstatně efektivnějších metod s podporou současné hardwarové architektury není jejich zpracování možné. Proto je nutné se věnovat výzkumu základních algoritmů i v oblasti počítačové grafiky a vizualizace dat. 2.Metody vizualizace dat (statických a dynamických). Vizualizace dat je dnes významnou oblastí při vyhodnocování jak technických, tak i lékařských dat. Vzhledem k vysokým objemům dat se stále hledaní nové metody, které umožňují rychlejší výpočet a umožňují zpracování velkých dat. V tomto kontextu je perspektivní se zaměřit na nové výpočetní architektury, např. GPU/CUDA. Výzkum nových algoritmů bude yaměřen nejen na statická,. ale i dynamická (t-variatní) skalátní a vektorová data. Lze predpokladat, že zejména využití nových architektur a principů "Geometrical Algebra" povede k návrhu nových algoritmů pro vizualizaci dat. prof. RNDr. Petr Jančar, CSc. 1.Verifikace komunikujících a paralelních systémů. Předpokládá se, že doktorand se zapojí do práce skupiny na katedře informatiky v rámci projektu GAČR Modelování a verifikace paralelních systémů. Podle zaměření doktoranda může práce navazovat na probíhající výzkum v teoretické oblasti (např. návrh a analýza algoritmů ověřování vlastností systémů), či se soustředit na experimentální ověřování verifikačních metod pro paralelní algoritmy (např. vyvíjené na katedře aplikované matematiky.) 2.Návrh, modelování a verifikace paralelních algoritmů V rámci projektu GAČR Modelování a verifikace paralelních systémů, řešeného na katedře informatiky je mj. vyvíjen softwarový nástroj k usnadnění návrhu a analýzy paralelních algoritmů. Předpokládá se se zapojení doktoranda do této aktivity, studium problematiky paralelních algoritmů a jejich verifikace a vlastní přínos v teoretické či experimentální rovině. doc. Dr. Ing. Eduard Sojka 1.Nové metody segmentace obrazu. Segmentací obrazu se rozumí extrahování těch útvarů v obraze, které mohou být zajímavé z hlediska jeho dalšího zpracování, zejména analýzy. Přestože se jedná o úlohu řešenou po mnoho let, vývoj v této oblasti zdaleka nelze považovat za ukončený. Rozvíjeny jsou dnes zejména důmyslné metody založené na náročnějších matematických základech, např. metody založené na minimalizaci funkcionálu, level-set metody, metody založené na odhadech hustoty atd. Takovými metodami se v dané oblasti zabýváme také ve skupině a budou i předmětem zamýšlené práce. 2.Využití Cliffordovy algebry při zpracování obrazů. Přestože je dnes Cliffordově (geometrické) algebře již bezmála 150 let, ve zpracování obrazu dochází k jejímu uplatňování právě v poslední dekádě. Cílem její aplikace je

4 zpracovávat zejména barevné obrazy. Teoreticky podloženou prací se všemi barevnými složkami lze dosáhnout lepších výsledků než postupy dříve používanými. Poznamenejme, že základní pilíře, jako jsou Cliffordova konvoluce a Cliffordova Fourierova transformace jsou velmi mladé (např. CFT 2006). V dané oblasti jsme podali grant GAČR. Cílem práce je tuto oblast dále rozvíjet. doc. Ing. Lačezar Ličev, CSc. 1. Zpracování zvuku na počítači. Charakteristika tématu: analýza zvukového signálu z hlediska jeho analýzy a syntézy (rozpoznávání vstupní informace a syntézy). 2. Optimalizace algoritmů při číslicovém zpracování zvukového signálu na bázi DSP. Charakteristika tématu: analýza předzpracování zvukového signálu pomocí DSP pro následné zpracování (filtrace šumu, úprava hladin zvukového vstupu atd.). 3. Analýza snímků v biomedicíně. Charakteristika tématu: analýza snímků endoskopie, magnetické rezonance, ultrazvuku a RTG se zaměřením na sledování průběhu onemocnění, vyhledávání společných rysů v historii apod. 4. Analýza snímků v biomedicíně. Charakteristika tématu: analýza snímků v biomedicíně s cílem vytvoření z více nekvalitních snímků kvalitní snímek (vyhledávání společných rysů apod.) pro následné zpracování. 5. Inteligentní experimentální platformy pro síťové technologie. Charakteristika tématu: Předmětem práce bude analýza a vývoj algoritmů optimálního mapování požadavků na distribuované zdroje. doc. RNDr. Marie Duží, CSc. 1. Konceptuální analýza a sdílené ontologie pro podporu řízení procesů. Řízení a specifikace procesů, zejména těch, které pracují v distribuovaném prostředí, naráží na jeden problém. Jde o to, že jednotlivé procesy musí sdílet společnou konceptuální platformu. Přitom v praxi často jedna a tatáž entita je konceptualizována mnoha různými způsoby v závislosti na oblasti použití. Cílem proto je navrhnout metodiku, jak ontologicky zachytit takovéto různé konceptuální reprezentace, a tedy propojit jednotlivé ontologie tak, aby mohly být konzistentně sdíleny. 2. Specifikace ontologií a podpora rozhodování agentů v multi-agentním světě. Multiagentní systém je systém vzájemně nezávislých, autonomních agentů. Aby takovýto systém mohl fungovat, musí agenti spolu komunikovat, neboť zde není žádné centrální řízení či dispečer. Přitom každý agent může mít svou vlastní ontologii. Proto je žádoucí mít k dispozici robustní specifikační a komunikační jazyk. Cílem práce je využít jazyk TIL-Script pro podporu rozhodování a deduktivních schopností jednotlivých agentů.

5 3. Využití Transparentní intensionální logiky pro dynamické rozhodování a reprezentaci temporálních znalostí. Při reprezentaci znalostí a podpoře dynamického rozhodování je nutno brát v potaz časový faktor, a to zejména v případě událostí. Cílem je podpořit logiku událostí pro dynamické rozhodování agentů. 4. Logické specifikace v konceptuálním modelování. Konceptuální modelování a tvorba ontologií je stále hot topic v oblasti informačních technologií. Existuje poměrně hodně nástrojů pro tvorbu ontologií a konceptuální modelování obecně. Přesto je zde potřeba aplikovat robustní a expresivní specifikaci. Cílem je navrhnout metodu specifikace prostředky TIL. 5. Modelování neúplných a vágních znalostí prostředky Transparentní intensionální logiky (TIL). TIL je velice expresivní systém s procedurální sémantikou, ve kterém je možno adekvátně analyzovat a řešit snad téměř všechny obtížné problémy logické sémantiky. Zároveň je TIL vhodná pro analýzu přirozeného jazyka. Avšak právě zde se často setkáváme s vágními predikáty a neúplnými znalostmi. Cílem je obohatit TIL o možnosti fuzzy logik. doc. Ing. Michal Krátký, Ph.D. 1.Metody redukce diskových přístupů při vykonávání rozsahových dotazů. Rozsahové dotazy vícerozměrných datový struktur našly široké uplatnění pro dotazování vícerozměrných dat (např. v relačního datového modelu). Jedním ze zásadních problémů je možný velký počet náhodných přístupů k disku při vykonávání některých dotazů. Mezi metody redukce náhodných přístupů patří: modifikace vytváření datové struktury, modifikace algoritmu dotazů či modifikace samotné datové struktury. Některé metody mohou být závislé na použité datové kolekci. 2.Dotazování obsahu XML dokumentů. Datový model XML umožňuje uložit a dotazovat slabě strukturovaná data. Efektivní dotazování XML dat patří k významným problémům řešeným databázovou komunitou. Jedním z problémů dotazování XML dat je dotazování na obsah elementů a hodnoty atributů. K dosud neřešeným problémům patří integrace modelů známých z podobnostního dotazování nestrukturovaných dokumentů k přístupům pro podobnostní dotazování XML dat. 3.Vyhledávání v XML datech pomocí metod založených na DataGuide stromu. Datový model XML umožňuje uložit a dotazovat slabě strukturovaná data. Efektivní dotazování XML dat patří k významným problémům řešeným databázovou komunitou. Jedním z důležitých nástrojů pro efektivní vykonávání dotazů je rozdělení dokumentu - dokument můžeme např. rozdělit dle značek v dokumentu. Další rozdělení může být definováno DataGuide stromem, který obsahuje značkované cesty v XML dokumentu. Nalezení rozdělení pro zvolené množiny dotazů patří k nevyřešeným problémům.

6 4.Algoritmy pro rychlou komprimaci a dekomprimaci dat. Přestože kódy proměnné délky poskytují vysoký komprimační poměr při komprimaci dat, není je aktuálně možné využít při komprimaci/dekomprimaci dat. Aktuální algoritmy kódují/dekódují čísla po jednotlivých bitech, čehož důsledkem je dlouhý čas kódování/dekódování dat. Vývoj algoritmů pro rychlou komprimaci/dekomprimaci dat je důležitým problém v oblasti zpracování dat. 5.Podobnostní dotazování dat. Uživatel není často schopný formulovat dotazy přesně, případně ve výsledku očekává objekty, které jsou podobné k definovanému objektu. Datové struktury pro podobnostní dotazování jsou často závislé na použitých datech a modelu, který je použit pro jejich modelování. Tématem této práce je vývoj nových datových struktur, případně modifikace existujících, pro podobnostní dotazování různých typů dat. 6.Algoritmy pro paralelní vyhledávání v XML datech. Datový model XML umožňuje uložit a dotazovat slabě strukturovaná data. Efektivní dotazování XML dat patří k významným problémům řešeným databázovou komunitou. Paralelní algoritmy pro vykonávání dotazů jsou jednou z cest efektivního vykonávání dotazu. Paralelní algoritmy mohou být aplikovány na různé typy spojení používané pro vykonávání XML dotazů, např. strukturální či holistické spojení. 7.Vícerozměrné datové struktury a jejich aplikace. Často používaným způsobem indexování dat je indexování dle hodnoty jednoduchého klíče. V některých případech je ale klíč vícerozměrný a pro indexování takových dat potřebujeme aplikovat vícerozměrné datové struktury. Tyto datové struktury poskytují celou řadu typu dotazů, které pro určitá data nejsou efektivně vykonávány, tj. datová struktura načte při vykonávání dotazu i stránky, které neobsahují body relevantní k dotazu. doc. Mgr. Jiří Dvorský, Ph.D. 1.Vyhledávání ve slabě strukturovaných dokumentech. Vyhledávací problémy v textových dokumentech, webových stránkách, DNA sekvencích, sekvencích proteinů patří mezi klasické problémy z oblasti Information Retrieval. Vhodným nástrojem pro řešení těchto problémů jsou různé druhy automatů konečné, fuzzy atd. Cílem práce je revize současného stavu poznání a návrh nových řešení vyhledávacích problémů pod zorným úhlem platforem pro paralelní výpočty CUDA, MPI atd. prof. Ing. Ivan Zelinka, Ph.D. 1.Evoluční datamining Disertační práce spadá do pomezí dataminingu a softcomputingu. Cílem práce je provést syntézu klasických metod dataminingu a vhodných evolučních technik. V práci se předpokládá použití algoritmů jako je diferenciální evoluce, simulované žíhání, genetické algoritmy, evoluční strategie, apod. Rovněž se předpokládá využití technik genetického programování. Cílem práce je strojově vyvinout dataminingové metody, a poukázat na možnost evolučního návrhu algoritmů jako takových.

7 2. Evoluční syntéza algoritmů Disertační práce spadá do pomezí návrhu algoritmů a softcomputingu. Cílem práce je provést syntézu vybraných typů algoritmů pomocí vhodných evolučních technik. V práci se předpokládá použití algoritmů jako je diferenciální evoluce, simulované žíhání, genetické algoritmy, evoluční strategie, apod. Rovněž se předpokládá využití technik genetického programování. Cílem práce je strojově vyvinout algoritmy, jejichž výkonnost bude přinejmenším srovnatelná s algoritmy navrženými člověkem. Ing. Dušan Húsek, Ph.D. 1. Booleovska nelineární faktorová analýza dat. Cílem disertace je vytvoření efektivní metody pro nelineární Booleovskou faktorovou analýzu signálů různých vlastností s využitím paradigmatu neuronových sítí. Práce naváže na předchozí výzkum školitele a jeho spolupracovníků. Bude definován model této úlohy a jeho základu vytvořena míra umožňující srovnání s existujícím metodami řešícími podobné úlohy: např. speciální shlukovací metody, nonnegativní rozklad matic, neurosíťové metody, ale i klasické statistické metody. Výzkum se řadí k aktuální problematice metod pro vytěžování informací z rozsáhlých dynamických digitálních datových souborů včetně obsahu internetu. 2. Rozhraní mozek stroj (analýza fyzikálních projevů mozku a jejich interpretace). Cílem disertace je přispět k rozvoji problematiky Rozhraní mozek stroj (Brain Machine Interface nebo Brain Computer Interface), tj. úlohy transformace fyzikálních projevů myšlení na akce, nebo naopak, signálů ze snímačů na vjem. V této fázi výzkumu se disertační práce zaměří zejména na rozpoznávání signálů s cílem nalezení/zlepšení nějaké metody analýzy signálů tak, aby bylo dosaženo větší přesnosti rozpoznávání, umožněno rozpoznání více signálů a to vše v co nekratším čase. Výzkum se řadí k vysoce aktuální problematice bezkontaktní interakce člověk stroj. Výsledný produkt by mohl např. nalézt bezprostředně aplikaci v oblasti rehabilitace některých neurologických onemocnění. doc. Dr. Ing. Petr Sosík 1.Diskrétní modely v molekulární a buněčné biologii. Práce je zaměřena na modelování biologických procesů souvisejících s aktivitou DNA a proteinů v buňkách. Může jít buďto o procesy in-vivo, jako například horizontální přenos (konjugace) plazmidů v populacích bakterií, mezibuněčná výměna informací (quorum sensing), anebo o laboratorní procesy in-vitro, jako analýza DNA sekvencí, detekce mikrosatelitů a její optimalizace. Na rozdíl od tradiční spojitých modelů na bázi ODE klade práce důraz na využití diskrétních modelů, reprezentujících jednotlivé atomické entity (buňky, molekuly) zapojené do procesu.

8 1103V036 Obor Výpočetní a aplikovaná matematika prof. RNDr. Zdeněk Dostál, DSc. 1. Registrace obrazu založená na rychlých algoritmech řešení eliptických rovnic. Cílem je využít rychlé řešiče eliptických rovnic (pružnost, difuze) a metod převzatých z tvarové optimalizace k registraci 2D a 3D obrazů se zaměřením na onkologická data. Předpokládáme spolupráci s FN Ostrava. 2. Numerical solution of the quasivariational inequalities related to the Hamilton- Jacobi-Bernoulli equation. (Vhodné pro zahraniční studenty). The point of the thesis is to extend recent results in development of in a sense optimal algorithms for the solution of variational inequalities to the solution of the Hamilton- Jacobi-Bernoulli equation. prof. RNDr. Radim Blaheta, CSc. 1. Metody modelování nepružného chování materiálů. Práce bude zaměřena na rozvoj a aplikaci metod pro modelování nepružného chování materiálů s využitím prostředků výpočetní plasticity a spojité mechaniky porušení (continuum damage mechanics). Metody budou využity pro modelování kvazi křehkého chování geomateriálů a pod. 2. Efektivní a robustní iterační metody a řešiče pro MKP analýzu. Téma předpokládá vývoj iteračních metod a jejich implementaci do formy řešičů pro MKP aplikace. Jde o metody pro řešení úloh mechaniky, vedení tepla a proudění v porézním prostředí. Důraz bude kladen na robustnost vzhledem k heterogenitě a anizotropii a efektivnost ve smyslu rychlého řešení rozsáhlých špatně podmíněných úloh. Pro dosažení efektivity budou využity metody dovolující výpočty na paralelních výpočetních systémech. prof. Ing. Radim Briš, CSc. 1.Efektivní algoritmy pro řešení dynamických úloh spolehlivosti. Většina průmyslových systémů je dynamických. Dynamická spolehlivost zahrnuje studium stochastických procesů (a jejich interakce s procesy deterministickými), které popisují dynamiku systému, kdy důraz je kladen zejména na poruchy charakterizované vystoupením nějaké procesní proměnné z bezpečné domény. Jedná se o zcela nový přístup k otázkám spolehlivosti. 2.Kvantifikace s cílem snížení havarijních rizik vysoce spolehlivých systémů pro náročné aplikace. Obě témata jsou úzce spojena s plánovanou VV aktivitou výzkumné skupiny Risk, Safety & Reliability Group - Inovační metody pro modelování rizik a spolehlivosti - v rámci projektu IT4, která bude pracovat pod vedením školitele.

9 doc. Ing. Tomáš Kozubek, Ph.D. 1.Aplikace škálovatelných algoritmů na výpočet vlastních frekvencí v mechanice tuhých těles. Modální analýza umožňuje spočítat škodlivé vlastní frekvence systému vedoucí k jeho rezonanci a tedy i k možnému poškození. Těmto frekvencím je nutné zamezit např. při stavbě mostních konstrukcí, výškových budov a při konstrukci jednotlivých částí automobilů, letadel apod. Numerická analýza vlastních frekvencí vede na rozsáhlé soustavy rovnic, které jsou řešitelné pouze s využitím metod vykazujících numerickou a paralelní škálovatelnost. Takovéto algoritmy založené např. na metodách rozložení oblastí jsou dlouhodobě vyvíjené na Katedře aplikované matematiky FEI VŠB-TUO. 2.Vývoj a implementace modelů znečištění ovzduší. Problematika znečištění ovzduší je velmi aktuální zejména pro Ostravsko. Cílem práce je podpořit vývoj metod pro časovou simulaci a predikci šíření znečištění ovzduší. Modely vyvíjené na Katedře aplikované matematiky FEI VŠB-TUO jsou založeny na analytickonumerickém řešení diferenciálních rovnic popisujících šíření znečištění (rovnice konvektivní difúze) a chemické děje v ovzduší se speciálními okrajovými podmínkami umožňujícími zahrnout suchou a mokrou depozici, sorpci polutantů povrchem půdy, apod. Do budoucna by měly modely zohlednit i vliv srážek (dešťových a sněhových) na změnu koncentrace emisí a modelování inverzí. 3.Spolehlivé řešení nelineárních úloh mechaniky. Standardní modely nelineárních úloh mechaniky lze vylepšit v různých směrech, např. užitím propracovanějšího materiálového modelu (přechod od elasticity k hyperelasticitě nebo plasticitě), který lépe zohledňuje fyzikální chování materiálu nebo adaptivním zjemňováním sítě v problémových místech na základě apriorních nebo aposteriorních odhadů. Tyto techniky vedou ke zvýšení spolehlivosti modelů a jimi získaných výsledků. Cílem práce je nastudovat tyto techniky a implementovat je do knihovny MatSol, která je primárně určena k řešení rozsáhlých úloh mechaniky. doc. RNDr. Jiří Bouchala, Ph.D. 1.Řešení okrajových úloh pomocí BEM. Přeformulování okrajových úloh pomocí hraničních integrálních rovnic a jejich následné řešení metodou hraničních prvků má proti klasické metodě konečných prvků řadu výhod, například: je menší dimenze úlohy, nalezené hodnoty řešení a jeho derivací na hranici oblasti jsou občas skutečným předmětem našeho zájmu, tento přístup je vhodný na vnější úlohy. doc. Mgr. Vít Vondrák, Ph.D. 1. Spolehlivostní a inverzní modelování krizových jevů. V oblasti predikce krizových jevů jako jsou povodně či kontaminace půdy, vodní složky krajiny a ovzduší, je nezbytné pro určení spolehlivosti těchto predikcí zahrnout neurčitosti do vstupních dat. Výstupy těchto stochastických modelů, pak dávají na rozdíl od deterministických modelů, jejichž výstupem je jeden konkrétní scénář, intervalový odhad těchto predikcí s předepsanou mírou spolehlivosti. Tímto způsobem je možné určit nejhorší či nejoptimističtější scénář daného krizového jevu, což je pro krizový

10 management mnohem komplexnější informace. Neméně důležitým prvkem těchto simulací je nalezení reálné parametrizace modelu, popisující daný krizový jev a případná lokalice zdroje tohoto jevu. Pro tuto činnost se jeví možné využití nástrojů inverzního modelování. Vyjmenované úlohy však představují poměrně značné výpočetní nároky a vyžadují využití HPC nástrojů. 2. Optimalizace řešení rozsáhlých úloh na paralelních počítačích. V současnosti se vzrůstajícím počtem vysoce výkonných výpočetních prostředků, se jeví jako nejvhodnější nástroj urychlení velmi náročných inženýrských úloh jejich nasazení na tyto výkonné počítače. Ne vždy je však dosaženo očekávaného urychlení výpočtu. Důvodem je buď využití nevhodného matematického modelu, který není možné vhodně distribuovat v paralelním prostředí nebo využití nevhodných metod řešení, které nevykazují vlastnosti škálovatelnosti. Cílem dizertační práce je analýza škálovatelnosti konkrétního inženýrského problému s následným návrhem optimálního škálovatelného modelu a metody jeho řešení. doc. RNDr. René Kalus, Ph.D. 1.Modelování smáčení nanoskopických dutin. Vývoj programů pro termodynamické simulace molekulových klastrů v dutinách a v rovnováze s makroskopickou kapalnou fází založených na metodách grandkanonického Monte Carlo. Aplikace na smáčení dutin rozhraní kapalná fáze tuhá fáze popř. hydrofobních dutin v globulárních proteinech. 2.Numerické modelování optických vlastností tenkých vrstev. Vývoj programů založených na metodách globální optimalizace (evoluční algoritmy a Monte Carlo) pro zpracování experimentálních elipsometrických dat a jejich použití na modelování optických a strukturních vlastností složených tenkých vrstev. Řešeno ve spolupráci s Prof. Pištorou, Institut fyziky, HGF, VŠB-TUO. 3.Modelování termodynamiky kvantových systémů metodami "path-integral" Monte Carlo. Vývoj programů pro započtení termálních efektů a pro simulace kvantových systémů při nenulových teplotách. Aplikace zejména na atomové klastry (neutrální a iontové subnano a nanokapky helia), popř. rozšíření na systémy molekulové (protonované sub-nano a nanokapky vody). 4.Modelování dynamiky soustav tuhých molekul pomoci kvaternionů Sestavení a odladění programů pro simulace metodou molekulové dynamiky, a to pro molekuly se zamrzlými vnitřními stupni volnosti, s využitím hyperkomplexníxh čísel. Testování programů na modelových systémech a výpočty pro sub-nano a nanokapky skleníkových plynů.

11 2601V018 Obor Komunikační technologie doc. Ing. Jan Žídek, CSc. 1.Koncept softwarově definovaného rádia. Anotace: Náplní práce je implementace standardních funkcí moderního digitálního komunikačního systému na vhodnou HW platformu s využitím prostředků výbojového prostředí LabVIEW. Jádrem práce je modifikace jednotlivých bloků blokového schématu pro dosažení lepších vlastností celého systému. (více informací např. na: ) doc. Ing. Jaroslav Zdrálek, Ph.D. 1.Audit portálu INDECT. V rámci pracovní skupiny 6 vzniká webový portál pro potřeby koncových uživatelů. Tento portál je nutno prověřit na bezpečnost a také možnost narušení komunikace ke koncovým uživatelům. 2.Komunikační sítě příští generace. V současnosti se vedou úvahy o rozvoji komunikačních sítí, jejich bezpečnosti a službách, které budou poskytovat. Cílem práce bude systém odolný proti poruchám. Takovýto systém se vyznačuje tím, že v případě poruchy zachovává svoji provozuschopnost. doc. Ing. Lubomír Ivánek, CSc. 1.Měření elektrických parametrů vodivých polymerů. Téma navazuje na projekt GAČR z oblasti nanotechnologií. Doktorand ověří již známé metody a vyvine nové postupy měření pro konkrétní aplikace, spojené s grantem GAČR. Měřena bude povrchová i objemová elektrická vodivost a dále permitivita polymerů v podobě tenkých fólií nebo prášků. 2.Stavba a konfigurace wi-fi sítě z hlediska antén a šíření elektromagnetických vln. Plánování wi-fi spojů v rozsáhlých geometrických prostorech se zahrnutím vlivu zástavby, vegetace, difrakce na překážkách, stínů atd. Řešení výkonové bilance spojů, úniků apod. 3.Plánování bezdrátových sítí v zástavbě. Doktorand si rozpracuje některý z modelů pro plánování bezdrátových spojů v prostoru se zástavbou. Model teoreticky rozpracuje a prakticky ověří. Jedná se především o modelování elektromagnetických polí na počítačích. 4.Antény pro systémy RFID (Radio Frequency IDentification - bezkontaktní identifikační systém). V rámci tohoto zadání bude proveden výběr numerické metody pro návrh a optimalizaci antén určených pro RFID, rozbor výpočtových metod optimalizace antén a praktický návrh několika typů těchto antén.

12 5.Problematika duplexních antén. Jedná se o rozbor parametrů duplexních antén, optimalizace vybraných typů těchto antén a vývoj metodiky pro praktická měření na duplexních anténách. 6.Problematika UWB (velmi širokopásmových) pulzů v komunikacích. Jedná se o využití nových principů šíření elektromagnetických pulzů v časové oblasti - velmi širokopásmových pulzů (ultra wideband - UWB) v různých prostředích ("scénářích"). Bude realizováno nové měřicí pracoviště pro šíření pulsů s respektováním odlišností měření v časové a frekvenční oblasti. prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc. 1.Vláknově optický Mach-Zehnderův interferometr analýzu pohybu. Cílem práce je výzkum detekčních vlastností Mach-Zehnderova interferometru pro analýzu pohybu biologických a nebiologických pohybujících se objektů. Pomocí FFT provést analýzu interferenčních obrazců a jejich dynamických změn a přiřadit pohybujícím se objektům amplitudově frekvenční spektra. 2.Multisektorové optické vysílače s optickými vlákny. Cílem práce je analýza vlastností multisektorových vláknově optických vysílačů. Ta bude zaměřena na simulaci vykrytí prostoru světlem vystupujícím z jednotlivých vláknových segmentů a verifikaci tohoto rozložení v temné laboratoři. Výsledkem práce bude nalezení nejvhodnějšího rozložení vláknových segmentů a jeho matematický model. 3.Fotonické vlastnosti vodivých polymerů. Cílem práce je analýza optické propustnosti, odrazivosti, spektrálního chování vodivých polymerů za různých procházejících proudů, výzkum změn v optickém chování tenkých vrstev polymerů za současného působení magnetického pole, elektrického pole a teploty. 4.Výzkum mechanismů stárnutí optických vláken. Cílem práce je výzkum mechanismů stárnutí optických vláken pro vláknově optické senzory, kde stávající metodologie neexistují. V současné době jsou prováděny pouze orientační testy na chování optických vláken pro telekomunikační aplikace, kde změny parametrů nejsou kritické a ošetřují se povinnými rezervami útlumu na stárnutí systému. Výsledkem práce bude soubor experimentů a z nich plynoucí metodologie určování vlivu stárnutí jednak vláken pro telekomunikace, jednak vláken hybridních. 5.Analýza polohy mobilních stanic v optických bezvláknových sítích. Cílem práce je nalezení algoritmů vhodných pro mobilní bezvláknové optické sítě, které dovolí určit polohu mobilní stanice. Mimo teoretického rozboru problematiky s ohledem na získání vazby mezi přenosovou rychlostí, rychlosti pohybu mobilní stanice a přesností stanovení polohy, bude další části práce experimentální ověření závěrů na pohyblivých objektech. 6.Optické přístupové sítě s hybridními vlákny. Práce je orientována na řešení přístupových sítí s hybridními vlákny, které dovolují integraci datových a senzorových sítí do jedné vláknově optické sítě. Cílem práce je

13 experimentální ověření vlivů měřených veličin hybridními vlákny (teplota, tlak, vibrace) na kvalitu přenášeného datového signálu vyhodnocovaného chybovostí a eye diagramem. 7.Studium vlastností výkonových LED jako zdroje pro optické komunikace a osvětlování. Výkonové LED jsou primárně určeny pro statické účely, jakými je osvětlení prostoru, jejich dynamické vlastnosti jsou známy jen omezeně. Cílem práce je experimentální ověření dynamických vlastností výkonových LED s výkonem nad 5 W a nalezení vhodného modelu schopného popsat dynamické chování těchto LED. Práce bude zaměřena jednak na mobilní optické komunikační systémy, jednak na statické systémy s integrací osvětlování a komunikace. 8.Distribuované vláknově optické senzory teploty Cílem práce je rozbor chování různých typů optických vláken zatížených teplotou s vyhodnocením Ramanova jevu. Výsledkem práce bude mimo experimentálního ověření chování za specifikovaných podmínek také nalezení matematického modelu popisujícího rozložení rozptýleného světla podél vlákna v závislosti na působící teplotě a vybraných rušivých jevech tlak, ohyby vlákna. doc. Ing. Miroslav Vozňák, Ph.D. 1. Přístup ke sledování kvality řeči v rozsáhlých sítích. Approach to Speech quality monitoring in extensive network. Problém sledování kvality řeči v rozsáhlých sítích není dosud uspokojivě vyřešen. Hovor v řadě případů prochází různými sítěmi, kde dochází k degradaci originálního signálu a výsledky získané současnými neintrusivními metodami nekorespondují vždy s realitou, např. postačí provést transkódování, k čemuž v praxi dochází a typickým příkladem jsou přechody mezi IP a PSTN. Cílem tématu je navrhnout nový neintrusivní přístup k hodnocení kvality řeči či modifikovat stávající, který by byl aplikovatelný v heterogenních sítích, výstupem práce bude výpočetní model a jeho evaluace. 2. Automatizovaný VoIP NIX. Automated VoIP NIX. Dnešní metody propojování telefonních sítí v praxi lze označit přívlastkem barokní, jsou většinou založeny na bilaterárních dohodách, přičemž dostupné technologie nabízejí mnohem sofistikovanější přístup. Obdobně jako v Internetu, kde peering centra jsou založeny na propojovacích bodech IXP (Internet exchange Point), by mohlo být zajištěno i propojování v telefonii. Poskytovatelé hlasových služeb by využívali VoIP NIX (Neutral Internet exchange), ten by fungoval automatizovaně a napomáhal terminaci volání mezi jejich sítěmi. Cílem tématu je takovýto VoIP NIX navrhnout a experimentálně ověřit. 3. Mobilní komunikace v extrémích podmínkách. Mobile communication in extreme conditions. Na jaře 2010 se objevila v médiích informace o spuštění pilotního projektu openbts na ostrově Niue v jižním Pacifiku. Na Niue žije cca tisíc obyvatel a vůbec jako první na světě se rozhodli pro ostré nasazení řešení GMS komunikace na open-source řešení.

14 Možnost postavit základnovou stanici BTS vlastními silami, mobilní ústřednu na opensource a propojit ji s věřejnou telefonní sítí skrývá potenciál velké flexibility. Takovéto řešení by mohlo býti užíváno na různých vědeckých základnách či při expedicích (na poušti, v polárních podmínkách, na horách), či v pomínkách selhání stávající mobilní sítě (povodně, požáry, obecně přírodní katastrofy). Cílem práce bude provést návrh takovéto GSM sítě s orientací na hlasovou komunikaci, datové přenosy, senzorové sítě a s maximálním důrazem na flexibilitu a rychlost její realizace. Správnost návrhu řešení by měla být potvrzena řadou experimentů. 4.Určování kvality hlasových služeb vyhledáváním anomálií v CDR. Ke každému volání v telekomunikační síti je generován záznam označovaný jako CDR (Call Detail Record), záznamy jsou uchovávány a slouží jako zdroj dat pro vyúčtování hovorného, zároveň ale poskytují statistický soubor, ze kterých by mohly být vyhledány události ovlivňující kvalitu a dostupnost hlasových služeb. Práce doktoranda je cílena do oblasti zkoumání vztahů mezi CDR, chování účastníků spojení a událostmi v telekomunikační síti, výstupem by měl být výpočetní model, který bude z CDR nejen detekovat a lokalizovat sledované události, ale rovněž je i predikovat. 5.Unifikovaný management komunikačních systémů. Výrobci komunikačních systémů si navrhují vlastní administrativní rozhraní, což vede k tomu, že např. při vytváření účastnických linek na pobočkových ústřednách má každý výrobce jinou syntaxi. V oblasti konfigurace síťových zařízení byl zajímavou iniciativou konfigurační protokol NETCONF (RFC 4741), který společně se SNMP tvoří základ pro konfiguraci síťových prvků. Situace by se dala řešit i v oblasti hlasových komunikačních systémů, výstupem práce doktoranda by měl být jednak nový protokol pro jednotnou správu takovýchto systémů a jednak jeho praktická implementace do některého z opensource projektů (např. Asterisk). 6.Aplikace prostředků VHDL ve zpracování řeči. Současné trendy směřují k automatizaci rozpoznávání řeči, náhradám spojovatelek a operátorů komunikačních center automatickými systémy. Práce se bude zabývat novým přístupem v aplikaci prostředků VHDL pro zpracování akustických (především řečových) signálů.