Communication middleware for the future mobile internet

A evolução constante em novas tecnologias que providenciam suporte à forma como os nossos dispositivos se ligam, bem como a forma como utilizamos diferentes capacidades e serviços on-line, criou um conjunto sem precedentes de novos desafios que motivam o desenvolvimento de uma recente área de investigação, denominada de Internet Futura. Nesta nova área de investigação, novos aspectos arquiteturais estão ser desenvolvidos, os quais, através da re-estruturação de componentes nucleares subjacentesa que compõem a Internet, progride-a de uma forma capaz de não são fazer face a estes novos desafios, mas também de a preparar para os desafios de amanhã. Aspectos chave pertencendo a este conjunto de desafios são os ambientes de rede heterogéneos compostos por diferentes tipos de redes de acesso, a cada vez maior mudança do tráfego peer-to-peer (P2P) como o tipo de tráfego mais utilizado na Internet, a orquestração de cenários da Internet das Coisas (IoT) que exploram mecanismos de interação Maquinaa-Maquina (M2M), e a utilização de mechanismos centrados na informação (ICN). Esta tese apresenta uma nova arquitetura capaz de simultaneamente fazer face a estes desafios, evoluindo os procedimentos de conectividade e entidades envolvidas, através da adição de uma camada de middleware, que age como um mecanismo de gestão de controlo avançado. Este mecanismo de gestão de controlo aproxima as entidades de alto nível (tais como serviços, aplicações, entidades de gestão de mobilidade, operações de encaminhamento, etc.) com as componentes das camadas de baixo nível (por exemplo, camadas de ligação, sensores e atuadores), permitindo uma otimização conjunta dos procedimentos de ligação subjacentes. Os resultados obtidos não só sublinham a flexibilidade dos mecanismos que compoem a arquitetura, mas também a sua capacidade de providenciar aumentos de performance quando comparados com outras soluÇÕes de funcionamento especÍfico, enquanto permite um maior leque de cenáios e aplicações.

Architecture for real-time coordination of multiple autonomous mobile units

Interest on using teams of mobile robots has been growing, due to their potential to cooperate for diverse purposes, such as rescue, de-mining, surveillance or even games such as robotic soccer. These applications require a real-time middleware and wireless communication protocol that can support an efficient and timely fusion of the perception data from different robots as well as the development of coordinated behaviours. Coordinating several autonomous robots towards achieving a common goal is currently a topic of high interest, which can be found in many application domains. Despite these different application domains, the technical problem of building an infrastructure to support the integration of the distributed perception and subsequent coordinated action is similar. This problem becomes tougher with stronger system dynamics, e.g., when the robots move faster or interact with fast objects, leading to tighter real-time constraints. This thesis work addressed computing architectures and wireless communication protocols to support efficient information sharing and coordination strategies taking into account the real-time nature of robot activities. The thesis makes two main claims. Firstly, we claim that despite the use of a wireless communication protocol that includes arbitration mechanisms, the self-organization of the team communications in a dynamic round that also accounts for variable team membership, effectively reduces collisions within the team, independently of its current composition, significantly improving the quality of the communications. We will validate this claim in terms of packet losses and communication latency. We show how such self-organization of the communications can be achieved in an efficient way with the Reconfigurable and Adaptive TDMA protocol. Secondly, we claim that the development of distributed perception, cooperation and coordinated action for teams of mobile robots can be simplified by using a shared memory middleware that replicates in each cooperating robot all necessary remote data, the Real-Time Database (RTDB) middleware. These remote data copies, which are updated in the background by the selforganizing communications protocol, are extended with age information automatically computed by the middleware and are locally accessible through fast primitives. We validate our claim showing a parsimonious use of the communication medium, improved timing information with respect to the shared data and the simplicity of use and effectiveness of the proposed middleware shown in several use cases, reinforced with a reasonable impact in the Middle Size League of RoboCup.

Exercit@rt mobile : monitorização da reabilitação respiratória na DPOC

A prevalência estimada da Doença Pulmonar Obstrutiva Crónica (DPOC) em Portugal é de 14,2% para indivíduos com idade superior a 45 anos (cerca de 800.000 indivíduos), sendo mais prevalente no sexo masculino (Observatório Nacional das Doenças Respiratórias, 2014). Com o aparecimento de soluções baseadas em novas modalidades de eHealth e mHealth surgiram novas formas de acompanhamento e monitorização das doenças crónicas, nomeadamente da DPOC. É neste contexto que foi desenvolvida a aplicação mobile Exercit@rt, em parceria com a Escola Superior de Saúde da Universidade de Aveiro e em continuidade com outros estudos do MCMM anteriormente desenvolvidos. A aplicação permite monitorizar, em tempo real, através da utilização de um oxímetro Bluetooth, os níveis de batimento cardíaco e saturação de oxigénio dos pacientes com DPOC. Com esta aplicação os pacientes podem realizar diversos exercícios de fisioterapia respiratória assim como atividades físicas de vida diária que podem ser monitorizadas, georreferenciadas e avaliadas. Para além do desenvolvimento da aplicação mobile, a presente investigação integrou ainda uma etapa de validação que contou com a participação de dez pacientes com doenças do foro respiratório – cinco utilizadores que utilizam/têm smartphone (UTS) e cinco utilizadores não utilizam/não têm smartphone (NUNTS). A cada um destes foram propostas tarefas a realizar na aplicação mobile, estando previsto que a aplicação estivesse apta para qualquer participante. A totalidade dos participantes reconheceu a utilidade da aplicação no controlo da sua doença.

Novo roteiro para a Arte Nova em Aveiro e Ílhavo: proposta de uma aplicação mobile

A presente investigação tem como objeto de estudo a Arte Nova nas cidades de Aveiro e Ílhavo, traduzindo-se posteriormente na criação de uma aplicação mobile de um roteiro diferenciador referente ao património Arte Nova localizado nas duas cidades. Existe em Aveiro, uma tomada de consciência notória relativa ao património que se enquadra no espírito e nas características do estilo Arte Nova. Isso em muito se deve à originalidade e diversidade de interpretações que a caracterizam localmente. No entanto, apesar dos melhoramentos efetuados na comunicação deste património, especialmente depois da reabilitação do edifício Mário Belmonte Pessoa e da sua transformação em Museu Arte Nova, o roteiro atual não contempla todos os artefactos do estilo existentes na cidade e exclui aqueles que se encontram fora do centro urbano da cidade de Aveiro. Em Ílhavo a realidade é completamente díspar da encontrada na cidade vizinha, Aveiro, não existindo grande decoro pelo tratamento da informação referente ao estilo Arte Nova, apenas algumas referencias breves em guias culturais e um roteiro limitado no site da Câmara Municipal de Ílhavo. Paralelamente a isto, a região de Aveiro tornou-se numa das regiões com o espólio mais significativo do país. Dada à sua importância cultural e local, o roteiro diferenciador que propomos nesta investigação irá intervir de forma a melhorar o que já existe, passando pelo aprofundamento de conhecimentos sobre o tema, catalogação, cruzamento e agrupamento de toda a informação dos artefactos que se encontrem dispersos pelas duas cidades, de forma a tornar mais fácil a procura e o acesso à informação. Numa primeira fase, a investigação irá focar-se nos conteúdos afetos a cada um dos artefactos, sendo estes metodologicamente trabalhados através do método triangular de Francisco Providência, a interpretação autoral (autoria) que se traduz na evolução dos edifícios (tecnologia) e a relevância da sua história (programa) para o património nacional. Posteriormente, os conteúdos anteriormente referidos serão adaptados a uma aplicação mobile que facilitará o acesso à informação previamente selecionada referente a cada artefacto, apresentando uma breve história sobre as manifestações da Arte Nova nas cidades de Aveiro e Ílhavo. Esta aplicação mobile permitirá perceber a evolução dos edifícios desde a sua construção até à atualidade, ao nível de recuperação estrutural ou da falta de reabilitação e recuperação dos mesmos. Contribuirá para conhecer se os edifícios mantiveram (ou não) as suas características originais relativas ao desenho e tecnologia, para tal fará valerse de tecnologias como Realidade Aumentada, assim como os princípios de elaboração e leitura de QR codes, para facilitar o acesso, localização e compreensão dessa mesma informação, permitindo ainda que o seu utilizador embarque numa viagem no tempo e experiencie o roteiro de uma forma diferente. Paralelamente, pretende-se que este roteiro funcione como um roteiro único do património Arte Nova nas duas cidades, com o intuito de se expandir a outras cidades e se tornar num roteiro único do património Arte Nova na região de Aveiro. A diversidade do património Arte Nova nesta região assenta no cunho pessoal e social que os proprietários atribuíram aos seus artefactos, assim como na formação e a capacidade artística fortemente influenciada pela técnica pessoal, temperamento e sensibilidade dos seus autores, fazendo destes artefactos autênticas obras de arte, que merecem o seu estudo. Constatou-se, ao nível dos resultados que o protótipo da aplicação mobile, se adequaram ao que foi anunciado, a nível investigativo, e por isso, interessou a este estudo confirmar a demonstração do que foi enunciado. No entanto, concluiu-se que o respetivo protótipo necessita de ser ‘afinado’ em estudos futuros. Independentemente, das fragilidades encontradas, considera-se que este protótipo de aplicação mobile poderá servir como meio de excelência para a integração de conteúdos que vão mais além do que a visualização dos artefactos. Assim, contribui-se para o adensamento e acesso ao conhecimento sobre a história da Arte Nova em Portugal.