Optimização de recursos para difusão em redes de próxima geração

Esta tese aborda o problema de optimização de recursos de rede, na entrega de Serviços de Comunicação em Grupo, em Redes de Próxima Geração que suportem tecnologias de difusão. De acordo com esta problemática, são feitas propostas que levam em atenção a evolução espectável das redes 3G em Redes Heterogéneas de Próxima Geração que incluam tecnologias de difusão tais como o DVB. A optimização de recursos em Comunicações em Grupo é apresentada como um desafio vertical que deve cruzar diversas camadas. As optimizações aqui propostas cobrem tanto a interface entre Aplicação e a Plataforma de Serviços para a disponibilização de serviços de comunicação em grupo, como as abstracções e mapeamentos feitos na interface entre a Rede Central e a Rede de Acesso Rádio. As optimizações propostas nesta tese, assumem que o caminho evolutivo na direcção de uma Rede de Próxima Geração é feito através do IP. Em primeiro lugar são endereçadas as optimizações entre a Aplicação e a Plataforma de Serviços que já podem ser integradas nas redes 3G existentes. Estas optimizações podem potenciar o desenvolvimento de novas e inovadoras aplicações, que através do uso de mecanismos de distribuição em difusão podem fazer um uso mais eficiente dos recursos de rede. De seguida são apresentadas optimizações ao nível da interface entre a Rede Central e a Rede de Acesso Rádio que abordam a heterogeneidade das redes futuras assim como a necessidade de suportar tecnologias de difusão. É ainda considerada a possibilidade de aumentar a qualidade de serviço de serviços de difusão através do mapeamento do IP multicast em portadoras unidireccionais. Por forma a validar todas estas optimizações, vários protótipos foram desenvolvidos com base num router avançado para redes de acesso de próxima geração. As funcionalidades e arquitectura de software desse router são também aqui apresentadas.

Acesso banda larga sem fios em ambientes heterogéneos de próxima geração

O acesso ubíquo à Internet é um dos principais desafios para os operadores de telecomunicações na próxima década. O número de utilizadores da Internet está a crescer exponencialmente e o paradigma de acesso "always connected, anytime, anywhere" é um requisito fundamental para as redes móveis de próxima geração. A tecnologia WiMAX, juntamente com o LTE, foi recentemente reconhecida pelo ITU como uma das tecnologias de acesso compatíveis com os requisitos do 4G. Ainda assim, esta tecnologia de acesso não está completamente preparada para ambientes de próxima geração, principalmente devido à falta de mecanismos de cross-layer para integração de QoS e mobilidade. Adicionalmente, para além das tecnologias WiMAX e LTE, as tecnologias de acesso rádio UMTS/HSPA e Wi-Fi continuarão a ter um impacto significativo nas comunicações móveis durante os próximos anos. Deste modo, é fundamental garantir a coexistência das várias tecnologias de acesso rádio em termos de QoS e mobilidade, permitindo assim a entrega de serviços multimédia de tempo real em redes móveis. Para garantir a entrega de serviços multimédia a utilizadores WiMAX, esta Tese propõe um gestor cross-layer WiMAX integrado com uma arquitectura de QoS fim-a-fim. A arquitectura apresentada permite o controlo de QoS e a comunicação bidireccional entre o sistema WiMAX e as entidades das camadas superiores. Para além disso, o gestor de cross-layer proposto é estendido com eventos e comandos genéricos e independentes da tecnologia para optimizar os procedimentos de mobilidade em ambientes WiMAX. Foram realizados testes para avaliar o desempenho dos procedimentos de QoS e mobilidade da arquitectura WiMAX definida, demonstrando que esta é perfeitamente capaz de entregar serviços de tempo real sem introduzir custos excessivos na rede. No seguimento das extensões de QoS e mobilidade apresentadas para a tecnologia WiMAX, o âmbito desta Tese foi alargado para ambientes de acesso sem-fios heterogéneos. Neste sentido, é proposta uma arquitectura de mobilidade transparente com suporte de QoS para redes de acesso multitecnologia. A arquitectura apresentada integra uma versão estendida do IEEE 802.21 com suporte de QoS, bem como um gestor de mobilidade avançado integrado com os protocolos de gestão de mobilidade do nível IP. Finalmente, para completar o trabalho desenvolvido no âmbito desta Tese, é proposta uma extensão aos procedimentos de decisão de mobilidade em ambientes heterogéneos para incorporar a informação de contexto da rede e do terminal. Para validar e avaliar as optimizações propostas, foram desenvolvidos testes de desempenho num demonstrador inter-tecnologia, composta pelas redes de acesso WiMAX, Wi-Fi e UMTS/HSPA.

Formação de professores de ciências para o uso de tecnologias

Na atualidade, torna-se premente que os alunos exerçam um papel ativo face a problemáticas de cariz científico e tecnológico na sociedade em que se inserem. Neste contexto, tem sido recomendada a promoção da Educação em Ciências, com orientação Ciência-Tecnologia-Sociedade (CTS) para o desenvolvimento da Literacia científica dos alunos, em particular, do Ensino Básico (EB). As Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) têm-se assumido, cada vez mais, como recursos privilegiados para os alunos aprenderem ciências. Portanto, é fundamental que os professores de Ciências do EB considerem os aspetos pedagógico-didáticos relacionados com a integração das TIC no processo de ensino e aprendizagem (E/A) das Ciências. No entanto, vários estudos têm revelado que a maioria dos professores parece não integrar as TIC no processo de E/A, o que se relaciona, entre outros obstáculos, com a falta de formação a este nível. Por outro lado, em Portugal, são escassos os estudos relacionados com a formação de professores de Ciências do EB para o uso de TIC no processo de E/A, com orientação CTS. O presente estudo tem como finalidade a criação de uma proposta de esquema referencial para o desenvolvimento de programas de formação (PF) de professores de Ciências do EB com orientação CTS (inicial, contínua e pós-graduada), com vista ao desenvolvimento de “competências TIC” destes (futuros) profissionais. Para tal, procurou-se responder a duas questões de investigação: Que componentes curriculares privilegiar em PF de professores do EB, que contribuam para o desenvolvimento de competências de integração das tecnologias no processo de E/A, em geral, e das Ciências, em particular?; e Qual o contributo de um PF na promoção de práticas pedagógico-didáticas com orientação CTS de Professores de Ciências do EB? O estudo organizou-se em duas fases. A Fase I designou-se “Formação de Professores do Ensino Básico em Tecnologia Educativa”, decorreu entre janeiro de 2009 e novembro de 2009, e teve um caráter exploratório com vista a descrever estratégias para a promoção do desenvolvimento pessoal, social e profissional, em particular, na dimensão do Conhecimento Pedagógico Tecnológico de Conteúdo (CPTC), de estudantes/professores do EB (inicial, contínua e pós-graduada). O CPTC representa o conhecimento de professores do EB para integrar as TIC no processo de E/A das Ciências, de acordo com a Perspetiva de Ensino por Pesquisa (EPP). A recolha de dados envolveu: a análise documental de vinte e três unidades curriculares (UC) de Tecnologia Educativa (TE) de Cursos de Educação Básica (1.º Ciclo de Bolonha), de dezassete Instituições de Ensino Superior Público Português; e o inquérito por entrevista a quatro Investigadores Portugueses em TE. A análise de conteúdo do corpus recolhido possibilitou a identificação dos componentes curriculares a privilegiar em PF de professores do EB neste âmbito, tais como: i) a “competência digital” de “pesquisa, seleção e organização de informação”; ii) a “competência pedagógica com TIC” de “planificação e/ou implementação de atividades de E/A”; iii) a “competência pedagógica com TIC de nível avançado” de reflexão crítica; iv) o conteúdo curricular centrado na colaboração online; v) a estratégia/atividade de E/A de trabalho de projeto; vi) o cenário de E/A misto (b-learning); vii) as ferramentas da web 2.0 (ex. Blog); e viii) a avaliação formativa de portefólios digitais desenvolvidos pelos estudantes/professores do EB em formação. A Fase II denominou-se “Formação de Professores de Ciências do Ensino Básico com Orientação CTS”, decorreu entre dezembro de 2009 e maio de 2011, e teve um caráter interventivo, com o intuito de conceber, produzir, implementar e avaliar um PF com esta orientação. O PF foi integrado nas UC de “TIC e Educação em Ciências” (TIC_EC) e de “Didática das Ciências Integradas II” (DCI_II) do Mestrado em Didática, área de especialização das Ciências, da Universidade de Aveiro (no 2.º semestre do ano letivo 2009/2010). O Mestrando dirigiu-se a um público profissionalizado, em particular, Educadores de Infância, Professores do 1.º CEB e Professores de Matemática e Ciências Naturais do 2.º CEB. A avaliação do PF foi contínua durante todo o seu processo de desenvolvimento, o que implicou a recolha das perceções dos principais envolvidos (os dois Docentes de DCI_II e de TIC_EC, os nove Mestrandos, um especialista externo em TE e a Investigadora do estudo). Para tal recorreu-se ao inquérito por questionário e por entrevista, à observação participante da Investigadora e à análise dos portefólios digitais desenvolvidos pelos Mestrandos durante o PF. A avaliação final do PF ocorreu no final do mesmo e dez meses após a formação ter terminado (maio de 2011). A análise de conteúdo do corpus recolhido permitiu demonstrar que o PF foi exequível e eficaz no contexto em que se projetou, o que se comprova na evidência de práticas pedagógico-didáticas de utilização das TIC no processo de E/A das Ciências, com orientação CTS, por parte de Mestrandos envolvidos no PF. O esquema referencial resultante do estudo integra a “estratégia de investigação conduzida pelo professor”, pressupõe a sinergia entre as áreas científicas da Didática das Ciências (DC) e da TE, e implica a integração da dimensão do CPTC ao nível da formação de professores de Ciências do EB (inicial, contínua e pós-graduada). Neste âmbito, sugere-se o desenvolvimento de projetos CTS pelos (futuros) profissionais, com recurso às TIC, e tendo em conta a perspetiva de EPP. Considera-se que estudos desta natureza poderão ser um contributo para impulsionar a Educação em Ciências com orientação CTS recorrendo às potencialidades educativas das tecnologias, em particular no EB. Assim, preconiza-se a necessidade de se investir na transferência, expansão e avaliação do referencial a outros contextos de formação de professores de Ciências.

Characterisation of gas and particle emissions from wildfires

Os incêndios florestais são uma importante fonte de emissão de compostos gasosos e de aerossóis. Em Portugal, onde a maioria dos incêndios ocorre no norte e centro do país, os incêndios destroem todos os anos milhares de hectares, com importantes perdas em termos económicos, de vidas humanas e qualidade ambiental. As emissões podem alterar consideravelmente a química da atmosfera, degradar a qualidade do ar e alterar o clima. Contudo, a informação sobre as caraterísticas das emissões dos incêndios florestais nos países do Mediterrâneo é limitada. Tanto a nível nacional como internacional, existe um interesse crescente na elaboração de inventários de emissões e de regulamentos sobre as emissões de carbono para a atmosfera. Do ponto de vista atmosférico da monitorização atmosférica, os incêndios são considerados um desafio, dada a sua variabilidade temporal e espacial, sendo de esperar um aumento da sua frequência, dimensão e severidade, e também porque as estimativas de emissões dependem das caraterísticas dos biocombustíveis e da fase de combustão. O objetivo deste estudo foi quantificar e caraterizar as emissões de gases e aerossóis de alguns dos mais representativos incêndios florestais que ocorreram no centro de Portugal nos verões de 2009 e de 2010. Efetuou-se a colheita de amostras de gases e de duas frações de partículas (PM2.5 e PM2.5-10) nas plumas de fumo em sacos Tedlar e em filtros de quartzo acoplados a um amostrador de elevado volume, respetivamente. Os hidrocarbonetos totais (THC) e óxidos de carbono (CO e CO2) nas amostras gasosas foram analisados em instrumentos automáticos de ionização de chama e detetores não dispersivos de infravermelhos, respetivamente. Para algumas amostras, foram também quantificados alguns compostos de carbonilo após reamostragem do gás dos sacos Tedlar em cartuchos de sílica gel revestidos com 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNPH), seguida de análise por cromatografia líquida de alta resolução. Nas partículas, analisou-se o carbono orgânico e elementar (técnica termo-óptica), iões solúveis em água (cromatografia iónica) e elementos (espectrometria de massa com plasma acoplado por indução ou análise instrumental por ativação com neutrões). A especiação orgânica foi obtida por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa após extração com recurso a vários solventes e separação dos extratos orgânicos em diversas classes de diferentes polaridades através do fracionamento com sílica gel. Os fatores de emissão do CO e do CO2 situaram-se nas gamas 52-482 e 822-1690 g kg-1 (base seca), mostrando, respetivamente, correlação negativa e positiva com a eficiência de combustão. Os fatores de emissão dos THC apresentaram valores mais elevados durante a fase de combustão latente sem chama, oscilando entre 0.33 e 334 g kg-1 (base seca). O composto orgânico volátil oxigenado mais abundante foi o acetaldeído com fatores de emissão que variaram desde 1.0 até 3.2 g kg-1 (base seca), seguido pelo formaldeído e o propionaldeído. Observou-se que as emissões destes compostos são promovidas durante a fase de combustão latente sem chama. Os fatores de emissão de PM2.5 e PM10 registaram valores entre 0.50-68 e 0.86-72 g kg-1 (base seca), respetivamente. A emissão de partículas finas e grosseiras é também promovida em condições de combustão lenta. As PM2.5 representaram cerca de 90% da massa de partículas PM10. A fração carbonosa das partículas amostradas em qualquer dos incêndios foi claramente dominada pelo carbono orgânico. Foi obtida uma ampla gama de rácios entre o carbono orgânico e o carbono elementar, dependendo das condições de combustão. Contudo, todos os rácios refletiram uma maior proporção de carbono orgânico em relação ao carbono elementar, típica das emissões de queima de biomassa. Os iões solúveis em água obtidos nas partículas da pluma de fumo contribuíram com valores até 3.9% da massa de partículas PM2.5 e 2.8% da massa de partículas de PM2.5-10. O potássio contribuiu com valores até 15 g mg-1 PM2.5 e 22 g mg-1 PM2.5-10, embora em massa absoluta estivesse maioritariamente presente nas partículas finas. Os rácios entre potássio e carbono elementar e entre potássio e carbono orgânico obtidos nas partículas da pluma de fumo enquadram-se na gama de valores relatados na literatura para emissões de queima de biomassa. Os elementos detetados nas amostras representaram, em média, valores até 1.2% e 12% da massa de PM2.5 e PM2.5-10, respetivamente. Partículas resultantes de uma combustão mais completa (valores elevados de CO2 e baixos de CO) foram caraterizadas por um elevado teor de constituintes inorgânicos e um menor conteúdo de matéria orgânica. Observou-se que a matéria orgânica particulada é composta principalmente por componentes fenólicos e produtos derivados, séries de compostos homólogos (alcanos, alcenos, ácidos alcanóicos e alcanóis), açúcares, biomarcadores esteróides e terpenóides, e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. O reteno, um biomarcador das emissões da queima de coníferas, foi o hidrocarboneto aromático dominante nas amostras das plumas de fumo amostradas durante a campanha que decorreu em 2009, devido ao predomínio de amostras colhidas em incêndios em florestas de pinheiros. O principal açúcar anidro, e sempre um dos compostos mais abundantes, foi o levoglucosano. O rácio levoglucosano/OC obtido nas partículas das plumas de fumo, em média, registaram valores desde 5.8 a 23 mg g-1 OC. Os rácios levoglucosano/manosano e levoglucosano/(manosano+galactosano) revelaram o predomínio de amostras provenientes da queima de coníferas. Tendo em conta que a estimativa das emissões dos incêndios florestais requer um conhecimento de fatores de emissão apropriados para cada biocombustível, a base de dados abrangente obtida neste estudo é potencialmente útil para atualizar os inventários de emissões. Tem vindo a ser observado que a fase de combustão latente sem chama, a qual pode ocorrer simultaneamente com a fase de chama e durar várias horas ou dias, pode contribuir para uma quantidade considerável de poluentes atmosféricos, pelo que os fatores de emissão correspondentes devem ser considerados no cálculo das emissões globais de incêndios florestais. Devido à falta de informação detalhada sobre perfis químicos de emissão, a base de dados obtida neste estudo pode também ser útil para a aplicação de modelos no recetor no sul da Europa.

Apropriação do português por adultos eslavófonos: o tempo e o aspeto

As alterações no panorama social português que ocorreram no virar do milénio, marcadas pela chegada massiva de imigrantes provenientes de países que não tinham laços históricos e linguísticos com Portugal – com destaque para as comunidades do Leste europeu –, vieram colocar novos desafios à sociedade e à escola portuguesas. Com o propósito de caracterizar o perfil de apropriação da Língua Portuguesa (LP) de aprendentes adultos eslavófonos residentes em Portugal, foram recolhidos 87 questionários e testes linguísticos junto de adultos falantes de línguas eslavas que frequentavam cursos de LP em contexto formal/ não formal. Complementarmente, foram realizadas 17 entrevistas a aprendentes e professores. A análise de dados, de carácter quantitativo e qualitativo, centrou-se em três eixos fundamentais: a) o perfil de apropriação da LP; b) a gestão dos repertórios linguísticos; e c) as dificuldades manifestadas na apropriação, compreensão e uso do sistema temporal-aspetual em LP. Para cada um destes eixos, salientamos as seguintes conclusões: a) o contexto formal/ não formal é aquele que é considerado o mais eficaz; a apropriação da LP decorre ainda em contexto de autoaprendizagem e em contexto informal. A expressão oral afigura-se como uma competência de intervenção prioritária para este público. b) os repertórios linguísticos dos informantes deste estudo são limitados em número e diversidade de línguas, estando quase circunscritos às línguas eslavas, com amplo destaque para o Russo. A influência das Línguas Maternas na apropriação da LP é percecionada, de uma forma geral, como negativa, e é reduzida a adoção de estratégias de rentabilização interlinguística. c) as principais dificuldades no que se refere ao Tempo e Aspeto prendem- -se com o modo conjuntivo, os tempos compostos, os valores secundários de alguns tempos verbais, o pretérito perfeito composto do indicativo, a distinção entre o pretérito perfeito simples e o pretérito imperfeito do indicativo e a distinção entre os verbos ‘ser’ e ‘estar’. De uma forma global, apontam-se como pistas de intervenção a criação de cursos de LP de nível mais avançado, uma maior rentabilização do capital linguístico presente em sala de aula e a frequência, por parte dos docentes, de formação em línguas eslavas. A nível de recursos didáticos, sugere-se a elaboração de materiais bilingues para autoaprendizagem e de materiais de apoio ao professor. Seria igualmente útil a promoção de mais oportunidades de interação entre imigrantes e nativos.

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.

Navigation in dynamic environments taking advantage of moving agents

Esta tese propõe uma forma diferente de navegação de robôs em ambientes dinâmicos, onde o robô tira partido do movimento de pedestres, com o objetivo de melhorar as suas capacidades de navegação. A ideia principal é que, ao invés de tratar as pessoas como obstáculos dinâmicos que devem ser evitados, elas devem ser tratadas como agentes especiais com conhecimento avançado em navegação em ambientes dinâmicos. Para se beneficiar do movimento de pedestres, este trabalho propõe que um robô os selecione e siga, de modo que possa mover-se por caminhos ótimos, desviar-se de obstáculos não detetados, melhorar a navegação em ambientes densamente populados e aumentar a sua aceitação por outros humanos. Para atingir estes objetivos, novos métodos são desenvolvidos na área da seleção de líderes, onde duas técnicas são exploradas. A primeira usa métodos de previsão de movimento, enquanto a segunda usa técnicas de aprendizagem por máquina, para avaliar a qualidade de candidatos a líder, onde o treino é feito com exemplos reais. Os métodos de seleção de líder são integrados com algoritmos de planeamento de movimento e experiências são realizadas para validar as técnicas propostas.