Relatório de Estágio na Inficon AG e na PT Inovação & Sistemas

This document focuses the projects developed during two independent internships, which were carried out at Inficon AG and PT Inovação & Sistemas. Since the research areas of both internships are unrelated, individual abstracts are presented.

Sincronização em OFDM

Esta dissertação apresenta o trabalho sobre sincronização de receção para sistemas OFDM. Tendo como objetivo a integração da arquitetura desenvolvida no projeto de investigação \CROWN - Co-operative Radio over Fibre for Wireless Networks" atualmente em curso no Instituto de Telecomunicações. Esta arquitetura de receção foi implementada numa plataforma de desenvolvimento baseada em dispositivos programáveis FPGA, recorrendo as ferramentas de desenvolvimento MatLab, System Generator e ISE. O sistema implementado tem a particularidade de ter um princípio de funcionamento assíncrono e recorre aos algoritmos de Van de Beek [1] e Carlos Ribeiro [2] para proceder a estimação e consequente sincronização. Ambos os algoritmos foram utilizados para estimação do CFO, tendo o algoritmo de Van de Beek sido também utilizado para estimação do início de trama. Foram realizadas análises do desempenho do sistema para diferentes condições, sendo o objectivo de analisar o desempenho dos estimadores implementados. A performance foi então analisada de acordo com BER resultante e do erro de estimação do início de trama e do valor do CFO. Para além da análise individual dos resultados, e também feita uma comparação da precisão de ambos os estimadores.

Condução autónoma – desenvolvimento de um robô para navegação num ambiente rodoviário à escala

Desde sempre que a tecnologia tem procurado ajudar, complementar ou mesmo substituir o ser humano em todas as suas tarefas e necessidades mais tediosas e/ou perigosas. A indústria automóvel é das que mais investe na investigação e desenvolvimento desta área, procurando desenvolver viaturas inteligentes, baseados em condução autónoma que ajudem o ser humano enquanto condutor, seja ao nível do conforto como da segurança. Em Portugal, no Festival Nacional de Robótica, existe uma prova onde se aplicam conceitos de decisão, controlo e visão para a condução autónoma num ambiente à escala. É com este conceito em mente que se executa este projeto, com a intenção de construir um veículo à escala, com direção de Ackerman, com a capacidade de se conduzir sem a intervenção ou controlo humano, que possa ser também utilizado na referida prova de competição. O projeto criado é baseado num sistema de controlo de baixo nível, responsável por controlar a velocidade, direção e travagem do veículo, sob comando de um sistema de alto nível baseado em visão computacional. O sistema desenvolvido foi testado, com sucesso, numa fase preliminar na prova a que se destinava. A versão atual do veículo inclui duas câmaras (uma delas móvel) para aquisição de informação múltipla, e codificadores nas rodas para um controlo mais preciso da velocidade do veículo.

Sistema de carga bidirecional para veículo elétrico

As preocupações com o elevado consumo de combustíveis fósseis e a crescente poluição atmosférica conduziram ao desenvolvimento dos veículos elétricos e dos veículos elétricos híbridos. O crescimento do parque automóvel elétrico levou à necessidade de considerar a sua integração na rede eléctrica, ao nível dos impactos estimados, mas também na sua potencial contribuição para uma gestão inteligente do sistema, funcionando como um buffer da energia produzida, permitindo desacoplar a produção do consumo, e assim melhor a eficiência global. Neste trabalho foi efetuado um estudo relacionado com a ligação bidirecional entre os veículos eléctricos e a rede eléctrica que permitirá o uso das baterias instaladas nos veículos participar nesse apoio à rede, debruçando-se primeiramente sobre o desenvolvimento das baterias que permanecem como elos mais fracos. Utilizando diferentes ferramentas de simulação e de análise de resultados foi depois efetuado um estudo sobre dois sistemas alternativos capazes de implementar o conceito V2G respeitando as restrições do ponto de vista normativo. Os resultados obtidos a partir de uma simulação coordenada entre os programas Simulink/Matlab e PSIM permitiram demostram o bom funcionamento dos 2 sistemas propostos, permitindo ficar com a convicção que o conversor multinível será capaz de proporcionar os resultados desejados com um menor tempo de resposta.

Modelação e análise de um sistema flexível de produção

A modelação dos sistemas industriais apresenta para as organizações uma vantagem estratégica no domínio do estudo dos seus processos produtivos. Através da modelação será possível aumentar o conhecimento sobre os sistemas podendo permitir, quando possível, melhorias na gestão e planeamento da produção. Este conhecimento poderá permitir também um aumento da eficiência dos processos produtivos, através da melhoria ou eliminação das principais perdas detetadas no processo. Este trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento e validação de uma ferramenta de modelação, previsão e análise para sistemas produtivos industriais, tendo em vista o aumento do conhecimento sobre estes. Para a execução e desenvolvimento deste trabalho, foram utilizadas e desenvolvidas várias ferramentas, conceitos, metodologias e fundamentos teóricos conhecidos da bibliografia, como OEE (Overall Equipment Effectiveness), RdP (Redes de Petri), Séries Temporais, Kmeans, ou SPC (Statistical Process Control). A ferramenta de modelação, previsão e análise desenvolvida e descrita neste trabalho, mostrou-se capaz de auxiliar na deteção e interpretação das causas que influenciam os resultados do sistema produtivo e originam perdas, demonstrando as vantagens esperadas. Estes resultados foram baseados em dados reais de um sistema produtivo.

Estudo do potencial de poupança energético associado a um parque informático distribuído

A crescente evolução da utilização das Tecnologias de Informação (TI), nomeadamente em instituições e empresas, faz com que exista um aumento no consumo da energia elétrica e elevados custos de manutenção associados. Com esta situação, existe cada vez mais a preocupação em arranjar formas/técnicas de baixar este consumo, isto é, a necessidade de gerir estes consumos de forma a que se consiga baixar a fatura energética. O presente trabalho tem como objetivo estudar possibilidades de eficiência energética associado a um parque informático distribuído, nomeadamente estudar o que pode ser feito para reduzir consumos num edifício escolar, utilizando como caso de estudo uma escola do Instituto Politécnico de Leiria. Esta dissertação apresenta diferentes propostas de modo a que se consigam reduzir os consumos energéticos, nomeadamente com a substituição de equipamentos por outros mais eficientes. Numa parte inicial, o trabalho abrange uma visão global sobre técnicas que têm vindo a ser desenvolvidas para melhorar a eficiência energética em sistemas computacionais. Efetuaram-se medições de consumos, tanto em equipamentos como em sala, durante um período experimental, de modo a obter conclusões sobre os valores obtidos com a substituição dos equipamentos existentes por equipamentos eficientes.

Diagnóstico de consumos anómalos de energia: abordagem por classificação

Durante o período de funcionamento de uma instalação eléctrica podem ocorrer várias anomalias. Enquanto muitas delas apenas são identificadas tardiamente, outras acabam por nunca serem identificadas como um potencial problema. A identificação atempada dessas anomalias permite a realização de um diagnóstico que leve à correcção das suas causas evitando assim os desperdícios e prejuízos inerentes. A identificação de um consumo anómalo pode ser realizada, de forma automática ou semi automática através de sistemas de apoio que permitam sinalizar falhas ou comportamentos anormais. O trabalho apresentado nesta dissertação pretende possibilitar esta sinalização apenas através da análise dos dados de consumo medidos em tempo real e comparados com dados históricos através de uma abordagem baseada em classificação, recorrendo a métodos de clustering. Foram testadas diferentes abordagens em três casos distintos, dois relativos a consumidores residenciais para os quais existiam registos de consumo durante um período alargado, e um relativo a uma instalação desportiva, para a qual é possível aceder em tempo real ao sistema de gestão de consumos via web. O sistema implementado proporciona vários tipos de informação ao utilizador, permitindo visualizar graficamente a existência de uma potencial anomalia quando a disparidade entre a classificação do consumo no instante e a classe do consumo de referência for significativa.

Codificação compatível de vídeo 3D com o algoritmo HEVC

Esta dissertação apresenta um trabalho sobre codificação de vídeo 3D compatível com vídeo 2D. Tem por base o desenvolvimento de um método para melhorar, no descodificador, a reconstrução de uma vista subamostrada resultante de uma transmissão simulcast usando a norma de codificação de vídeo H.265 (informalmente denominada de High Efficiency Video Coding (HEVC)). Apesar de manter a compatibilidade com vídeo 2D a transmissão simulcast normalmente requer uma taxa de transmissão elevada. Na ausência de ferramentas de codificação 3D adequadas é possível reduzir a taxa de transmissão utilizando compressão assimétrica do vídeo, onde a vista base é codificada com a resolução espacial original, enquanto que a vista auxiliar é codificada com uma resolução espacial menor, sendo sobreamostrada no descodificador. O método desenvolvido visa melhorar a vista auxiliar sobreamostrada no descodificador utilizando informação dos detalhes da vista base, ou seja, as componentes de alta frequência. Este processo depende de transformadas Afim para realizar um mapeamento geométrico entre a informação de alta frequência da vista base de resolução completa e a vista auxiliar de menor resolução. Adicionalmente, de modo a manter a continuidade do conteúdo da imagem entre regiões, evitando artefatos de blocos, o mapeamento utiliza uma malha de triangulação da vista auxiliar aplicado à imagem de detalhes obtida a partir da vista base. A técnica proposta é comparada com um método de estimação de disparidade por correspondência de blocos, sendo que os resultados mostram que para algumas sequências a técnica desenvolvida melhora não só a qualidade objetiva (PSNR) até 2.2 dB, mas também a qualidade subjetiva, para a mesma taxa de compressão global.

Improving minimum rate predictors algorithm for compression of volumetric medical images

Medical imaging technologies are experiencing a growth in terms of usage and image resolution, namely in diagnostics systems that require a large set of images, like CT or MRI. Furthermore, legal restrictions impose that these scans must be archived for several years. These facts led to the increase of storage costs in medical image databases and institutions. Thus, a demand for more efficient compression tools, used for archiving and communication, is arising. Currently, the DICOM standard, that makes recommendations for medical communications and imaging compression, recommends lossless encoders such as JPEG, RLE, JPEG-LS and JPEG2000. However, none of these encoders include inter-slice prediction in their algorithms. This dissertation presents the research work on medical image compression, using the MRP encoder. MRP is one of the most efficient lossless image compression algorithm. Several processing techniques are proposed to adapt the input medical images to the encoder characteristics. Two of these techniques, namely changing the alignment of slices for compression and a pixel-wise difference predictor, increased the compression efficiency of MRP, by up to 27.9%. Inter-slice prediction support was also added to MRP, using uni and bi-directional techniques. Also, the pixel-wise difference predictor was added to the algorithm. Overall, the compression efficiency of MRP was improved by 46.1%. Thus, these techniques allow for compression ratio savings of 57.1%, compared to DICOM encoders, and 33.2%, compared to HEVC RExt Random Access. This makes MRP the most efficient of the encoders under study.

Soluções de controlo de dispositivos para automação residencial

Nos últimos anos temos assistido ao aparecimento de novos dispositivos inteligentes e sistemas de automação residencial. Com o objetivo de conectar e controlar equi- pamentos eletrónicos, dentro de uma habitação, existe a necessidade de desenvolver soluções integradas de controlo remoto. Os smartphones, apresentam todas as carac- terísticas, poder computacional e portabilidade, ideais para controlo e monitorização deste tipo de dispositivos. Quando se considera o desenvolvimento de um produto novo e dependendo do problema, escolher a abordagem e tecnologias mais adequadas nem sempre é fácil. Este projeto apresenta um conjunto de tecnologias e soluções de controlo baseadas em arquiteturas móveis. Para prova de conceito, e baseado num sistema real (IVIT), é proposta uma solução inovadora usando um smartphone. O IVIT, desenvolve uma tecnologia para aplicar num reservatório de aquecimento de água de inércia variável, com funcionalidades de monitorização, controlo e operação colaborativa do sistema de aquecimento. Os resultados obtidos comprovaram que o desempenho da aplicação ultrapassou as expectativas e que a solução proposta é uma alternativa viável para o controlo de dispositivos para automação residencial usando smartphones.

Desenvolvimento de aplicações que marcam presença na web

O principal objectivo deste relatório é documentar a experiência como estagiário na empresa The Silver Factory – Marketing, Design e Gestão Comercial, Lda, no âmbito da unidade curricular de Estágio do Mestrado em Engenharia-Informática – Computação Móvel (MEI-CM). Sendo este estágio uma parte integrante para a obtenção do grau de Mestre, foram postos em prática conhecimentos adquiridos ao longo do meu percurso universitário (Licenciatura e 1º ano de Mestrado) de modo a concluir com sucesso todos os projetos que me foram propostos. Durante este estágio trabalhei na área da comunicação online, através do desenvolvimento de websites e auxiliando na gestão do alojamento dos clientes. O principal objetivo foi desenvolver um backoffice e os seus respetivos componentes. Dos vários componentes desenvolvidos os mais importantes foram o Content Management System que permite fazer a gestão do conteúdo apresentado em frontend, e o Projetct Management Tool, que permite a uma empresa gerir os seus clientes, e os projetos que desenvolve para os mesmos, com a possibilidade de visualização do progresso de desenvolvimento desses projetos utilizando um gráfico de Gantt interativo.

SDN: os novos desafios na gestão de redes de comunicação

Com a evolução da Informática e com o aparecimento de novos dispositivos com acesso à Internet, o número destes dispositivos subiu acentuadamente, logo, o fluxo de tráfego na rede também. Apesar deste aumento de fluxo, os utilizadores desejam, cada vez mais, que o seu acesso à Internet e os conteúdos que utilizam sejam rápidos e que haja inovações nos serviços das operadoras a que estão associados. Por isso, é importante simplificar a rede tradicional. Esta simplificação leva à programação de redes que, por sua vez, está diretamente relacionada com o SDN. Também a virtualização de redes está relacionada com este tema da programação de redes, visto terem surgido duas abordagens que são convergentes e que se podem complementar: SDN e NFV. Tendo em conta a vantagem e o potencial do SDN, a sua utilização na gestão de serviços de comunicação veio a revelar-se muito útil para colmatar alguns dos problemas até aí encontrados. Por isso propõe-se a criação de uma solução de apoio ao desenvolvimento e teste de redes e serviços de comunicação antes de estes serem colocados em produção. A automatização de processos ou utilização de ferramentas de apoio à evolução e otimização da rede fazem com que a mesma se torne mais rápida, intuitiva e menos suscetível a falhas. Estes fatores levam a que novos serviços possam ser criados e colocados mais rapidamente em produção, como é desejo de consumidores e operadoras de telecomunicação. Assim, tanto os recursos humanos como os recursos materiais serão muito mais bem aproveitados. Tudo isto, tendencialmente, levará a uma melhoria dos resultados financeiros das operadoras.

CUDA-MMP - Codificação de imagens com sistemas com múltiplos núcleos

Hoje em dia, a área de codificação de dados é transversal a diversos tipos de engenharias devido à sua grande importância. Com o aumento exponencial na criação de dados digitais, o campo da compressão de dados ganhou uma grande visibilidade nesta área. São constantemente desenvolvidos e melhorados algoritmos de compressão por forma a obter a maior compressão de dados possível seja com ou sem perda de dados, permitindo sustentar o rápido e constante crescimento dos mesmos. Um dos grandes problemas deste tipo de algoritmos deve-se ao grande poder computacional que por vezes é necessário para obter uma boa taxa de compressão mantendo a qualidade dos dados quando descompactados. Este documento descreve uma estratégia para tentar reduzir o impacto do poder computacional necessário à codificação de imagens utilizando uma implementação heterogénea. O objetivo é tentar efetuar a paralelização das secções que requerem elevado poder computacional reduzindo assim o tempo necessário à compressão de dados. Este documento baseia-se na implementação desta estratégia para o algoritmo de codificação de imagens MMP-Intra. Utilizando inicialmente uma análise teórica, demonstramos que é viável efetuar a paralelização do algoritmo, sendo possível obter elevados ganhos de desempenho. Por forma a provar que o algoritmo MMP-Intra era paralelizavel e identificar os ganhos reais foi desenvolvido um protótipo inicial, o qual obteve um desempenho muito inferiore ao do algoritmo original, necessitando de muito mais tempo para obter os mesmo resultados. Utilizando um processo de otimização iterativo o protótipo passou por várias etapas de refinação. O protótipo refinado final obteve resultados muito superiores ao algoritmo sequencial no qual o mesmo foi baseado chegando a obter desempenhos quatro vezes superior ao original.

Microsoft dynamics NAV for healthCare

Tem-se verificado um crescente aumento da esperança média de vida e paralelamente um crescente aumento no número de doentes internados. Esta situação alerta-nos para o fato de que os sistemas de informação têm de acompanhar esta evolução, para assim adquirirem sensibilidade na tomada de decisões, quando confrontados com realidades de negócio. Outro fator relevante é que as clínicas e hospitais necessitam de sistemas de informação inovadores e economicamente fiáveis para o controlo de custos e ganhos. O projeto consistiu no desenvolvimento de um módulo designado de Gestão Hospitalar NAV para Internamento, no âmbito da área de negócio da Saúde, desenvolvido em Microsoft Dynamics NAV (MS Dynamics NAV). Sendo o MS Dynamics NAV bastante versátil, verificou-se que é possível acrescentar funcionalidades para adaptar o sistema standard às necessidades do negócio, neste caso específico do internamento na área da saúde com foco no processo administrativo e alguns processos do corpo clínico. Este módulo da Gestão Hospitalar NAV para internamento vai permitir que o administrativo possa registar novos doentes, que efetue admissões de internamento e possa gerir alguns processos do doente durante o seu internamento até ao momento da alta, como por exemplo a gestão de camas, registos de visitas aos doentes e a faturação. Neste módulo também é disponibilizado a gestão de armazém; este processo permite fazer as compras aos fornecedores para repor stocks em falta e repor o stock em falta nos pisos de internamento. Como complemento, este módulo vai permitir ao médico inserir registos clínicos aos doentes internados e dar a alta médica, para assim fechar o processo do doente no internamento.

Contributions to HEVC Prediction for Medical Image Compression

Medical imaging technology and applications are continuously evolving, dealing with images of increasing spatial and temporal resolutions, which allow easier and more accurate medical diagnosis. However, this increase in resolution demands a growing amount of data to be stored and transmitted. Despite the high coding efficiency achieved by the most recent image and video coding standards in lossy compression, they are not well suited for quality-critical medical image compression where either near-lossless or lossless coding is required. In this dissertation, two different approaches to improve lossless coding of volumetric medical images, such as Magnetic Resonance and Computed Tomography, were studied and implemented using the latest standard High Efficiency Video Encoder (HEVC). In a first approach, the use of geometric transformations to perform inter-slice prediction was investigated. For the second approach, a pixel-wise prediction technique, based on Least-Squares prediction, that exploits inter-slice redundancy was proposed to extend the current HEVC lossless tools. Experimental results show a bitrate reduction between 45% and 49%, when compared with DICOM recommended encoders, and 13.7% when compared with standard HEVC.