Controller area network (CAN) modelling for automotive body control applications

This research details methods to improve upon current worst-case message response time analysis of CAN networks. Also, through the development of a CAN network model, and using modern simulation software, methods were shown to provide more realistic analyses of both sporadic and periodic messages on CAN networks prior to implementation.

The utilization bound of non-preemptive rate-monotonic scheduling in controller area networks is 25%

Consider a distributed computer system comprising many computer nodes, each interconnected with a controller area network (CAN) bus. We prove that if priorities to message streams are assigned using rate-monotonic (RM) and if the requested capacity of the CAN bus does not exceed 25% then all deadlines are met.

Automotive can network response time analysis with variable jitter

Many methods to calculate message latencies for Controller Area Network (CAN) have previously been presented based upon the static worst-case behaviour of the system. With the use of modern simulation tools however, the behaviour of CAN networks can be simulated dynamically in order to find the likely worst-case response times for CAN messages. This paper shows the development of an automotive body control network model to be used as the basis for further simulations. A method to simulate the Worst-Case Response Time of this model is then presented, taking into account random queuing jitter.

A two-competitive approximate schedulability analysis of CAN

Consider the problem of deciding whether a set of n sporadic message streams meet deadlines on a Controller Area Network (CAN) bus for a specified priority assignment. It is assumed that message streams have implicit deadlines and no release jitter. An algorithm to solve this problem is well known but unfortunately it time complexity is non-polynomial. We present an algorithm with polynomial time-complexity for computing an upper bound on the response times. Clearly, if the upper bound on the response time does not exceed the deadline then all deadlines are met. The pessimism of our approach is proven: if the upper bound of the response time exceeds the deadline then the response time exceeds the deadline as well for a CAN network with half the speed.

Development of CAN-based distributed control system for variable rate technology in agricultural machinery

The number of electronic devices connected to agricultural machinery is increasing to support new agricultural practices tasks related to the Precision Agriculture such as spatial variability mapping and Variable Rate Technology (VRT). The Distributed Control System (DCS) is a suitable solution for decentralization of the data acquisition system and the Controller Area Network (CAN) is the major trend among the embedded communications protocols for agricultural machinery and vehicles. The application of soil correctives is a typical problem in Brazil. The efficiency of this correction process is highly dependent of the inputs way at soil and the occurrence of errors affects directly the agricultural yield. To handle this problem, this paper presents the development of a CAN-based distributed control system for a VRT system of soil corrective in agricultural machinery. The VRT system is composed by a tractor-implement that applies a desired rate of inputs according to the georeferenced prescription map of the farm field to support PA (Precision Agriculture). The performance evaluation of the CAN-based VRT system was done by experimental tests and analyzing the CAN messages transmitted in the operation of the entire system. The results of the control error according to the necessity of agricultural application allow conclude that the developed VRT system is suitable for the agricultural productions reaching an acceptable response time and application error. The CAN-Based DCS solution applied in the VRT system reduced the complexity of the control system, easing the installation and maintenance. The use of VRT system allowed applying only the required inputs, increasing the efficiency operation and minimizing the environmental impact.

RH6-B机器人的通信协议

RH6-B机器人控制器是基于CAN总线的控制器,具有CAN总线的接口。实现了多机器人监控系统,并开发了相应的协议和通信系统。该文主要介绍了它的系统结构、总线协议和相应的软件,并对性能进行了分析。

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.

Controlo e monitorização de um sistema de Auto-Pull

Esta dissertação descreve o estudo do controlo e da monitorização de um sistema de autopull, bem como o estudo da implementação de um destes sistemasnuma área de negócio. Inicialmente, de modo a percecionar as melhores opções a tomar para a realização deste projeto foram estudadas duas redes de comunicação locais, redes Ethernet e redes CAN, tendo-se optado pelas redes Ethernet, sendo as razões que determinaram esta escolha explanadas no desenvolvimento do relatório. Após ter sido selecionada a rede que foi utilizada, foram estudados os requisitos do sistema e procuradas no mercado soluções que os satisfaçam. Para a comunicação em tempo real foram utilizadas Web Sockets e para a utilização destas,foi necessário um servidor de Web Sockets, tendo a escolha recaídosobre onodejs. Posteriormente, foi elaborada uma interface gráfica que permitiu a criação de um sistema inteligente que auxilia os clientes do espaço a efetuarem pedidos bem como a chamarem os funcionários, não necessitando de passar os longos tempos de espera que normalmenteestão associados a estes espaços. Posto isto, foi realizado um website que deverá apresentar o espaço, os próximos eventos a realizar e outras informações importantes. Este sistema torna-se uma mais-valia para a divulgação da tecnologia implementada e para a divulgação dos espaços que eventualmente venham a adotar um sistema análogo. De seguida foi efetuado um plano de negócios, simulando um espaço físico que eventualmente implementasse esta tecnologia. Para tal, foi estudada a envolvente externa e interna em que este negócio estaria inserido, as políticas de marketing que deveriam ser seguidas e ainda um plano financeiro que descrevesse o investimento, as vendas esperadas e todos os restantes componentes económicos do projeto. Por último foram tecidas as principais conclusões inerentes ao projeto desenvolvido e analisadas as possibilidades de melhorias futuras.

Seasonal shelf-sea front mapping using satellite ocean colour and temperature to support development of a marine protected area network

Front detection and aggregation techniques were applied to 300m resolution MERIS satellite ocean colour data for the first time, to describe frequently occurring shelf-sea fronts near to the Scottish coast. Medium resolution (1km) thermal and colour data have previously been used to analyse the distribution of surface fronts, though these cannot capture smaller frontal zones or those in close proximity to the coast, particularly where the coastline is convoluted. Seasonal frequent front maps, derived from both chlorophyll and SST data, revealed a number of key frontal zones, a subset of which were based on new insights into the sediment and plankton dynamics provided exclusively by the higher-resolution chlorophyll fronts. The methodology is described for applying colour and thermal front data to the task of identifying zones of ecological importance that could assist the process of defining marine protected areas. Each key frontal zone is analysed to describe its spatial and temporal extent and variability, and possible mechanisms. It is hoped that these tools can provide guidance on the dynamic habitats of marine fauna towards aspects of marine spatial planning and conservation.

Seasonal shelf-sea front mapping using satellite ocean colour and temperature to support development of a marine protected area network

Front detection and aggregation techniques were applied to 300m resolution MERIS satellite ocean colour data for the first time, to describe frequently occurring shelf-sea fronts near to the Scottish coast. Medium resolution (1km) thermal and colour data have previously been used to analyse the distribution of surface fronts, though these cannot capture smaller frontal zones or those in close proximity to the coast, particularly where the coastline is convoluted. Seasonal frequent front maps, derived from both chlorophyll and SST data, revealed a number of key frontal zones, a subset of which were based on new insights into the sediment and plankton dynamics provided exclusively by the higher-resolution chlorophyll fronts. The methodology is described for applying colour and thermal front data to the task of identifying zones of ecological importance that could assist the process of defining marine protected areas. Each key frontal zone is analysed to describe its spatial and temporal extent and variability, and possible mechanisms. It is hoped that these tools can provide guidance on the dynamic habitats of marine fauna towards aspects of marine spatial planning and conservation.

Simultaneous Measurements of the Channel Response for Multiple Eavesdroppers Operating in the Vicinity of a Body Area Network at 2.45 GHz

Channel randomness can be exploited to generate secret keys. However, to ensure secrecy, it is necessary that the channel response of any eavesdropping party remain sufficiently de-correlated with that of the legitimate users'. In this paper, we investigate whether such de-correlation occurs for a body area network (BAN) operating in an indoor environment at 2.45 GHz. The hypothetical BAN configuration consisted of two legitimate transceivers, one situated on the user's left wrist and the other on the user's waist. The eavesdroppers were positioned in either a co-located or distributed manner in the area surrounding the BAN user. Using the simultaneous channel response measured at the legitimate BAN nodes and the eavesdropper positions for stationary and mobile scenarios, we analyze the localized correlation coefficient. This allows us to determine if it is possible to generate secret keys in the presence of multiple eavesdroppers in an indoor environment. Our experimental results show that although channel reciprocity was observed for both the stationary and the mobile scenarios, a higher de-correlation between the legitimate users' channels was observed for the stationary case. This indicates that mobile scenarios are better suited for secret key generation.

Outermost european regions of the atlantic area network

This paper is part of the results from the project "Implementation Strategies and Development of an Open and Distance Education System for the University of the Azores" funded by the European Social Fund. http://hdl.handle.net/10400.3/2327

Energy-efficient hybrid system for Wireless Body Area Network Applications

Wireless Body Area Networks (WBANs) consist of a number of miniaturized wearable or implanted sensor nodes that are employed to monitor vital parameters of a patient over long duration of time. These sensors capture physiological data and wirelessly transfer the collected data to a local base station in order to be further processed. Almost all of these body sensors are expected to have low data-rate and to run on a battery. Since recharging or replacing the battery is not a simple task specifically in the case of implanted devices such as pacemakers, extending the lifetime of sensor nodes in WBANs is one of the greatest challenges. To achieve this goal, WBAN systems employ low-power communication transceivers and low duty cycle Medium Access Control (MAC) protocols. Although, currently used MAC protocols are able to reduce the energy consumption of devices for transmission and reception, yet they are still unable to offer an ultimate energy self-sustaining solution for low-power MAC protocols. This paper proposes to utilize energy harvesting technologies in low-power MAC protocols. This novel approach can further reduce energy consumption of devices in WBAN systems.

Enhancement of a body area network to support smart health monitoring at the digital home

The deployment of home-based smart health services requires effective and reliable systems for personal and environmental data management. ooperation between Home Area Networks (HAN) and Body Area Networks (BAN) can provide smart systems with ad hoc reasoning information to support health care. This paper details the implementation of an architecture that integrates BAN, HAN and intelligent agents to manage physiological and environmental data to proactively detect risk situations at the digital home. The system monitors dynamic situations and timely adjusts its behavior to detect user risks concerning to health. Thus, this work provides a reasoning framework to infer appropriate solutions in cases of health risk episodes. Proposed smart health monitoring approach integrates complex reasoning according to home environment, user profile and physiological parameters defined by a scalable ontology. As a result, health care demands can be detected to activate adequate internal mechanisms and report public health services for requested actions.