Flexible management of bandwidth and redundancy in fieldbuses

Os sistemas distribuídos embarcados (Distributed Embedded Systems – DES) têm sido usados ao longo dos últimos anos em muitos domínios de aplicação, da robótica, ao controlo de processos industriais passando pela aviónica e pelas aplicações veiculares, esperando-se que esta tendência continue nos próximos anos. A confiança no funcionamento é uma propriedade importante nestes domínios de aplicação, visto que os serviços têm de ser executados em tempo útil e de forma previsível, caso contrário, podem ocorrer danos económicos ou a vida de seres humanos poderá ser posta em causa. Na fase de projecto destes sistemas é impossível prever todos os cenários de falhas devido ao não determinismo do ambiente envolvente, sendo necessária a inclusão de mecanismos de tolerância a falhas. Adicionalmente, algumas destas aplicações requerem muita largura de banda, que também poderá ser usada para a evolução dos sistemas, adicionandolhes novas funcionalidades. A flexibilidade de um sistema é uma propriedade importante, pois permite a sua adaptação às condições e requisitos envolventes, contribuindo também para a simplicidade de manutenção e reparação. Adicionalmente, nos sistemas embarcados, a flexibilidade também é importante por potenciar uma melhor utilização dos, muitas vezes escassos, recursos existentes. Uma forma evidente de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas dos sistemas embarcados distribuídos é a replicação dos barramentos do sistema. Algumas soluções existentes, quer comerciais quer académicas, propõem a replicação dos barramentos para aumento da largura de banda ou para aumento da tolerância a falhas. No entanto e quase invariavelmente, o propósito é apenas um, sendo raras as soluções que disponibilizam uma maior largura de banda e um aumento da tolerância a falhas. Um destes raros exemplos é o FlexRay, com a limitação de apenas ser permitido o uso de dois barramentos. Esta tese apresentada e discute uma proposta para usar a replicação de barramentos de uma forma flexível com o objectivo duplo de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas. A flexibilidade dos protocolos propostos também permite a gestão dinâmica da topologia da rede, sendo o número de barramentos apenas limitado pelo hardware/software. As propostas desta tese foram validadas recorrendo ao barramento de campo CAN – Controller Area Network, escolhido devido à sua grande implantação no mercado. Mais especificamente, as soluções propostas foram implementadas e validadas usando um paradigma que combina flexibilidade com comunicações event-triggered e time-triggered: o FTT – Flexible Time- Triggered. No entanto, uma generalização para CAN nativo é também apresentada e discutida. A inclusão de mecanismos de replicação do barramento impõe a alteração dos antigos protocolos de replicação e substituição do nó mestre, bem como a definição de novos protocolos para esta finalidade. Este trabalho tira partido da arquitectura centralizada e da replicação do nó mestre para suportar de forma eficiente e flexível a replicação de barramentos. Em caso de ocorrência de uma falta num barramento (ou barramentos) que poderia provocar uma falha no sistema, os protocolos e componentes propostos nesta tese fazem com que o sistema reaja, mudando para um modo de funcionamento degradado. As mensagens que estavam a ser transmitidas nos barramentos onde ocorreu a falta são reencaminhadas para os outros barramentos. A replicação do nó mestre baseia-se numa estratégia líder-seguidores (leaderfollowers), onde o líder (leader) controla todo o sistema enquanto os seguidores (followers) servem como nós de reserva. Se um erro ocorrer no nó líder, um dos nós seguidores passará a controlar o sistema de uma forma transparente e mantendo as mesmas funcionalidades. As propostas desta tese foram também generalizadas para CAN nativo, tendo sido para tal propostos dois componentes adicionais. É, desta forma possível ter as mesmas capacidades de tolerância a falhas ao nível dos barramentos juntamente com a gestão dinâmica da topologia de rede. Todas as propostas desta tese foram implementadas e avaliadas. Uma implementação inicial, apenas com um barramento foi avaliada recorrendo a uma aplicação real, uma equipa de futebol robótico onde o protocolo FTT-CAN foi usado no controlo de movimento e da odometria. A avaliação do sistema com múltiplos barramentos foi feita numa plataforma de teste em laboratório. Para tal foi desenvolvido um sistema de injecção de faltas que permite impor faltas nos barramentos e nos nós mestre, e um sistema de medida de atrasos destinado a medir o tempo de resposta após a ocorrência de uma falta.

Desenvolvimento de um carro elétrico puro: instrumentação e registos energéticos

Desde meados do século XX os avanços na indústria automóvel trazem a associação da eletrónica sendo esta cada vez mais necessária. Com este trabalho pretende-se construir um computador de bordo de um veículo elétrico dando continuação a uma dissertação anterior, que consistiu em um Controlador de Motor de carro elétrico com capacidade de travagem regenerativa. Este Computador deve ser de baixo custo e é destinado à instrumentação, apresentação de balanços energéticos e funções básicas de diagnóstico do estado do veículo. Foi igualmente um objetivo desenvolver uma Interface a partir de um LCD para este Computador de Bordo. No modelo de Controlador de Motor disponível foram aplicadas alterações e adições na instrumentação de forma a conseguir um diagnóstico do veículo mais preciso e extenso. Para o computador ter conhecimento do consumo e outros parâmetros relacionados com o motor e respetivo Controlador, foi necessário estabelecer uma comunicação entre ambas unidades. Antes de se implementar um protocolo de comunicação realizou-se uma pesquisa por protocolos usados na indústria automóvel, com o intuito de saber qual o mais apropriado para o presente trabalho. A tarefa seguinte consistiu em uma pesquisa por hardware com o qual desenvolver o Computador e sua Interface. Os balanços energéticos implicaram o desenvolvimento de métodos de cálculo, efetuados com os parâmetros transmitidos pelo Controlador de Motor. No final da dissertação demonstra-se todas as funcionalidades do Computador de Bordo desenvolvido e como este é utilizado.

Privacy in next generation networks

In the modern society, communications and digital transactions are becoming the norm rather than the exception. As we allow networked computing devices into our every-day actions, we build a digital lifestyle where networks and devices enrich our interactions. However, as we move our information towards a connected digital environment, privacy becomes extremely important as most of our personal information can be found in the network. This is especially relevant as we design and adopt next generation networks that provide ubiquitous access to services and content, increasing the impact and pervasiveness of existing networks. The environments that provide widespread connectivity and services usually rely on network protocols that have few privacy considerations, compromising user privacy. The presented work focuses on the network aspects of privacy, considering how network protocols threaten user privacy, especially on next generation networks scenarios. We target the identifiers that are present in each network protocol and support its designed function. By studying how the network identifiers can compromise user privacy, we explore how these threats can stem from the identifier itself and from relationships established between several protocol identifiers. Following the study focused on identifiers, we show that privacy in the network can be explored along two dimensions: a vertical dimension that establishes privacy relationships across several layers and protocols, reaching the user, and a horizontal dimension that highlights the threats exposed by individual protocols, usually confined to a single layer. With these concepts, we outline an integrated perspective on privacy in the network, embracing both vertical and horizontal interactions of privacy. This approach enables the discussion of several mechanisms to address privacy threats on individual layers, leading to architectural instantiations focused on user privacy. We also show how the different dimensions of privacy can provide insight into the relationships that exist in a layered network stack, providing a potential path towards designing and implementing future privacy-aware network architectures.

A construção da identidade em ambientes digitais: estudo de caso sobre a construção da identidade online no Sapo Campus e em ambientes informais

O reconhecimento da dimensão criativa, participativa e social da rede trouxe profundas alterações à forma como se percebem e compreendem as questões relacionadas com a identidade, a educação, a prática e o conhecimento. Num cenário caraterizado pela conectividade e pela facilidade de acesso a pessoas e conteúdos, a rede oferece aos indivíduos um espaço onde podem interagir, trabalhar na sua aprendizagem, trocar experiências e construir uma identidade e reputação acessíveis a toda a comunidade. Quando se torna praticamente impossível permanecer fora do mundo digital e, consequentemente, da produção de uma identidade online (Costa e Torres, 2011; Warburton, 2009), a presença construída pelo indivíduo na rede surge como um currículo vitae ativo e dinâmico, revelador não apenas das competências adquiridas e certificadas em contextos de aprendizagem formais como daquelas desenvolvidas pela interação com os pares, pela partilha e pela comunicação. Partindo da análise da utilização de uma plataforma suportada institucionalmente (i.e. SAPO Campus), o presente trabalho de investigação tem como principal objetivo a análise e caraterização da construção da identidade online de um grupo de alunos do Mestrado em Comunicação Multimédia da Universidade de Aveiro num espaço providenciado pela instituição de ensino que frequentam. Com recurso a inquéritos por questionário, entrevistas em profundidade (realizadas aos participantes no estudo e a profissionais da área da comunicação e gestão de carreiras) e observação direta (análise quantitativa e qualitativa dos conteúdos publicados pelos participantes no SAPO Campus e em duas redes informais), procurou-se ainda caraterizar e analisar a identidade construída em espaços formais e informais, e aferir a importância – para alunos, instituição e mercado – da identidade online enquanto espaço de manifestação e divulgação de competências. Ainda que circunscrita ao contexto específico do Mestrado em Comunicação Multimédia e mais especificamente aos alunos cuja identidade online foi objeto de estudo, análise dos dados permite avançar que, de facto, os alunos estão conscientes da sua própria identidade online bem como da relevância de construir uma identidade e reputação sólidas e autênticas, que reflitam as suas competências e capacidades enquanto aprendentes e profissionais. Assim, poder-se-á avançar que no SAPO Campus os alunos estão a construir uma identidade online mais formal e cuidada, editando e selecionando os conteúdos de acordo com o contexto. Neste espaço, a maioria das publicações está diretamente relacionada com os trabalhos de investigação dos participantes, que recorrem à sua partilha nas redes informais para aumentar a visibilidade e exposição dos conteúdos publicados. Os participantes no estudo revelaram ainda valorizar o sentimento de segurança providenciado pelas tecnologias institucionais, bem como a possibilidade de construir uma identidade numa plataforma associada à sua instituição de ensino. Do estudo efetuado resultou ainda uma proposta de um modelo para a análise da identidade online, que poderá ser utilizado na análise da presença dos indivíduos em ambientes online formais e informais. Apresentando a identidade online como uma realidade assente na representação digital, na gestão da privacidade e na reputação construída na rede, o modelo foi aplicado aos dados recolhidos pelo estudo, conduzindo ao desenho de duas grandes formas de estar na rede: identidade orientada pelo contexto, e identidade orientada pelo utilizador. Quando as caraterísticas dos mundos digitais alteram a forma de produção da identidade e num cenário onde a contextualização de dados e informação assume uma importância crescente, este estudo de caso poderá contribuir para o conhecimento dos processos de construção da identidade em espaços formais e informais, da forma como os indivíduos gerem e constroem a sua identidade online, e ainda sobre a importância e o impacto da construção de uma identidade online consciente e credível para a reputação dos indivíduos e das Instituições de Ensino Superior.