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.

The analysis of political will and its role in leadership: a study of portuguese mayors

This thesis analyses the concept of Political Will, suggests its operationalization and establishes a typological theory that provides the necessary support for the diverse strategies of action of a leader. It claims that political leadership styles articulate a choice of action that results from the Political Will of a leader, which is determined by his intention and his discerned possibilities to act. One main research question guided our research: How does a political leader select and change his leadership style? The most illustrative literature on political leadership is reviewed and the characteristics of democratic governance are analyzed. This is followed by an overview of the most noteworthy theories on the theme and a claim for the need of concept coherence, given the multiplicity of the existent standpoints. After that, we concentrate on leadership styles, with a focus on the local governance context. Human action and intentionality are addressed with particular attention, as well as the motivational drivers for action, in order to advance a conceptualization of Political Will through two dimensions: intention and possibility. This analysis led to a number of relevant propositions: (1) Political Will ‘exists’ when the agent has the intent and the possibility to act; (2) these two dimensions ‘translate’ simultaneously what the agent believes he must do and can do; (3) Intention and possibility reflect diverse but limited worldviews; (4) political leadership styles result from the agent’s Political Will; (5) different combinations of the expected and actual worldviews result in different leadership styles; and (6) political leadership styles can change accordingly to several strategies which allow conformity or reflect reaction to worldviews. We suggested the operationalization of the two dimensions of Political Will through the analytical tool of Grid-group Theory, which provided the identification of the heuristic devices that allowed further comprehension on the subjectivity of the agent’s choice. Four standard property spaces – representing four types of leadership styles – result from a preliminary approach to this process. Afterwards, and because these dimensions operate simultaneously, we advance on the analysis and suggest some plausible heuristical conflicts to happen and describe which consequences, strategies and type migrations are conceivable. An inclusive and more complete set of resulting property spaces renders fourteen different types of leadership styles and sixty different predictable causal paths that result from the expected migration strategies. Case-studies were conducted as plausibility probes designed to provide improvements to our theoretical claims and addressed the cases we selected for research purposes: Portuguese Mayors. The findings from five case studies are discussed and the probable impact and congruence of each with the theoretical claims are assessed. The communalities of the causal mechanisms related to the function of intention and possibility as the dimensions of Political Will and their role in explaining different leadership styles are, finally, addressed. To conclude, we advance some repercussions, mainly in the public policies field of research, and suggest a number of different and necessary paths for further work.

A saúde mental dos sem abrigo: comunidades de inserção

Pretendemos com este estudo caracterizar os sem abrigo, as suas redes e relações sociais, bem como os modelos de intervenção, de forma a que se possa ter um maior conhecimento acerca desta problemática. Para a consecução destes propósitos, foram delineados os seguintes objectivos: caracterizar a população sem abrigo em termos de variáveis sócio-demográficas; identificar a sua rede social de apoio; caracterizar as dimensões sociais associadas à vinculação adulta nos sem abrigo; caracterizar a incidência de psicopatologia nesta população; analisar o seu bem estar psicológico; caracterizar os acontecimentos de vida stressantes que contribuem para a emergência desta problemática. Para atingir estes objectivos foram realizados dois estudos, um de carácter quantitativo e um segundo de carácter qualitativo. Participaram 225 indivíduos (105 sem abrigo e 120 pessoas carenciadas) garantindo a homogeneidade nas variáveis sexo e idade. A média de idades da amostra total (n= 225) é de 38 anos, sendo que a maioria dos sujeitos desta investigação pertence ao sexo masculino (78,5%). O grupo dos sem abrigo foi recolhido em duas comunidades de inserção, na zona centro do país, sendo importante destacar que todos nesta fase têm apoio residencial, satisfação das necessidades básicas, acompanhamento social e psicológico, bem como, projectos de inserção em curso. O protocolo de recolha de informação inclui dados pessoais, a versão portuguesa da (ASQ)-Questionário de Estilos de Vinculação nos Sem Abrigo (QEVSA), da escala de ocorrência de acontecimentos de vida stressantes relacionados com o surgimento do primeiro episódio de sem abrigo (EAVSSA), do Questionário de Morbilidade Psiquiátrica em Adultos (QMPA), do Medical Outcomes Study’s social support scale (MOS-SSS-P), a escala de medida de manifestação de bem-estar psicológico (EMMBEP), o programa de intervenção da CINO e uma entrevista estruturada utilizada no estudo qualitativo. Os principais resultados são: a) o perfil de sem abrigo encontrado é maioritariamente homem, em média com 39 anos, solteiro ou divorciado, com 1 filho, 2.º ciclo de escolaridade, desempregado e português; b) maioria viveu na rua mais de um ano, está na instituição há menos de meio ano, não teve nos últimos seis meses consumo de substâncias (álcool e drogas), frequenta consultas (saúde mental e toxicodependência), toma medicação (terapêutica de substituição e neurolépticos), afirma não ter comportamentos de risco, e na maioria têm patologia infecciosa (HIV ou hepatite c), tendo cerca de 40% estado detidos; c) a problemática dos sem abrigo é um fenómeno multicausal apontando como principais factores o conflito familiar, o desemprego e problemas de saúde; d) em termos de vinculação população sem abrigo parece corresponder a indivíduos com vinculação insegura, denotando uma falta de confiança generalizada; e) em termos de bem estar psicológico a média foi significativamente superior no grupo de pessoas carenciadas, quando comparado com o grupo dos sem abrigo; f) no que toca à saúde mental constatamos que 80% dos sem abrigo e 42.5% das pessoas carenciadas são portadores de transtorno mental; g) no que concerne ao apoio social os sem abrigo referem menor suporte social (apoio emocional, afectivo, instrumental e menor interacção social positiva) que as pessoas carenciadas; h) os sem abrigo têm menos familiares e amigos íntimos; i) os resultados do estudo qualitativo indicam que o programa de intervenção da CINO, parece contribuir para a emergência de uma rede social estável, activa, acessível e integrada que se constitui como um sistema salutogénico para o indivíduo, diminuindo o uso dos serviços. Parece ainda eficaz aos olhos dos próprios e destacam como factor fundamental a sua participação activa no mesmo, a importância de rotinas organizadoras, de espaços de terapia de grupo e a existência de equipa multidisciplinar. Destacam ainda como positivo o facto de existir um primeiro período de regime fechado como estratégia de prevenção de recaída, um programa faseado de aquisição de responsabilidades e autonomia, acesso a emprego no exterior da comunidade e o follow-up pós autonomização. Como implicação deste trabalho salienta-se a produção de conhecimentos acerca da realidade dos sem abrigo na região centro do país e de estratégias de intervenção.

Estímulo à participação dos alunos - práticas de ensino auto reflexivas

Um dos objetivos centrais da escola atual é o de desenvolver nos alunos competências que lhes permitam adaptar-se à sociedade em constante transformação e não apenas a veiculação de conteúdos académicos. No entanto, vários estudos mostram que existem dificuldades na transferência das aprendizagens da sala de aula para o mundo real. Uma das razões apontadas é o facto de os conhecimentos de sala de aula não serem bem integrados com os conhecimentos anteriores do aluno. Para que ocorram aprendizagens significativas, torna-se, portanto, necessário que o professor leve em consideração, no planeamento de estratégias de ensino, os conhecimentos anteriores e expectativas dos alunos, as suas questões e ideias. Para que tal aconteça, é essencial que os alunos interajam com o professor, agindo como parceiros no processo de ensino e de aprendizagem, exprimindo as suas ideias, dúvidas e expectativas. Assim sendo, nesta investigação procurou-se aumentar a participação dos alunos através da criação de momentos que lhes permitissem explorar as suas ideias e escrever as suas questões. As ‘produções’ orais e escritas dos alunos foram objeto de reflexão e análise pela professora-investigadora, e levadas em consideração no planeamento das aulas subsequentes. Os dados foram recolhidos através de observação participante e não-participante, de anotações do investigador, de questões e respostas escritas pelos alunos, e da gravação áudio das interações orais das aulas. O método de investigação adotado foi o estudo de caso, sendo a investigação de carácter qualitativo. Pese as limitações do estudo no que diz respeito à dimensão da amostra, os resultados apontam no sentido de que as estratégias aplicadas estimularam a participação dos alunos. A comparação entre o número de questões escritas pelos alunos e o número de intervenções orais em algumas das aulas lecionadas revelou que o número de alunos que escreveram questões foi superior ao número de alunos que intervieram oralmente. Constatou-se, ainda, que nas aulas em que não existiu um momento exclusivamente dedicado a esta atividade, o número de questões escritas pelos alunos foi menor do que o obtido nas aulas em que aquele tempo foi disponibilizado. Estes dados sugerem que a criação de momentos de escrita de questões permite aumentar a participação dos alunos, o que foi já anteriormente defendido por vários autores. Também os momentos de trabalho em grupo constituíram um espaço importante para a exploração das ideias dos alunos, o que se tornou visível pela grande atividade dentro dos grupos, com apresentação de argumentos, construção conjunta de conhecimentos e, sobretudo, pela variedade de propostas que surgiram como forma de dar resposta a questões idênticas das fichas de trabalho. De facto, constatou-se que um maior número de alunos participava nas discussões em turma, quando estas se seguiam aos momentos de trabalho em grupo, do que quando eram realizadas após a exposição dos temas programáticos. Em suma, o que estas constatações sugerem é que a inclusão de momentos de trabalho autónomo, com a possibilidade de trocar ideias com os colegas, pode contribuir para aumentar a motivação dos alunos para intervir na aula. A recolha de questões forneceu informação acerca de falhas no conhecimento e dúvidas implícitas e explicitas na expressão escrita dos alunos, o que corrobora os resultados encontrados por outros estudos. Da mesma forma, a análise do discurso oral dos alunos e das suas respostas escritas constituiu uma fonte de informação importante relativamente àqueles aspetos. A reflexão sobre estas permitiu à professora-investigadora fazer ajustes e planear estratégias adequadas à melhoraria dos aspetos em que foram identificados problemas. O uso das ‘produções’ escritas e orais dos alunos para discussão em aulas posteriores constituiu uma forma de promover interações aluno-aluno, permitiu aceder às dúvidas de outros alunos, que se identificaram com as ideias expressas nas questões escritas, respostas escritas e manifestações orais dos seus colegas, e ajudou a integrar os alunos na gestão do processo de ensino e aprendizagem. No que diz respeito à tentativa de estimular os alunos a reformularem as suas respostas, o pedido explícito de reformulação parece aumentar a predisposição dos alunos para fazerem alterações, quando comparado com os casos em que esse pedido não existiu. Estes resultados sugerem que esta estratégia tem a potencialidade de favorecer a reflexão dos alunos sobre as suas próprias ideias. No final da dissertação, apresentam-se as limitações deste estudo e propõem-se sugestões para melhorar e aprofundar as estratégias implementadas.

Optimisation of viscoelastic treatments using genetic algorithms

Viscoelastic treatments are one of the most efficient treatments, as far as passive damping is concerned, particularly in the case of thin and light structures. In this type of treatment, part of the strain energy generated in the viscoelastic material is dissipated to the surroundings, in the form of heat. A layer of viscoelastic material is applied to a structure in an unconstrained or constrained configuration, the latter proving to be the most efficient arrangement. This is due to the fact that the relative movement of both the host and constraining layers cause the viscoelastic material to be subjected to a relatively high strain energy. There are studies, however, that claim that the partial application of the viscoelastic material is just as efficient, in terms of economic costs or any other form of treatment application costs. The application of patches of material in specific and selected areas of the structure, thus minimising the extension of damping material, results in an equally efficient treatment. Since the damping mechanism of a viscoelastic material is based on the dissipation of part of the strain energy, the efficiency of the partial treatment can be correlated to the modal strain energy of the structure. Even though the results obtained with this approach in various studies are considered very satisfactory, an optimisation procedure is deemed necessary. In order to obtain optimum solutions, however, time consuming numerical simulations are required. The optimisation process to use the minimum amount of viscoelastic material is based on an evolutionary geometry re-design and calculation of the modal damping, making this procedure computationally costly. To avert this disadvantage, this study uses adaptive layerwise finite elements and applies Genetic Algorithms in the optimisation process.

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.