On the application of contextual IoT service discovery in Information Centric Networks

The continuous flow of technological developments in communications and electronic industries has led to the growing expansion of the Internet of Things (IoT). By leveraging the capabilities of smart networked devices and integrating them into existing industrial, leisure and communication applications, the IoT is expected to positively impact both economy and society, reducing the gap between the physical and digital worlds. Therefore, several efforts have been dedicated to the development of networking solutions addressing the diversity of challenges associated with such a vision. In this context, the integration of Information Centric Networking (ICN) concepts into the core of IoT is a research area gaining momentum and involving both research and industry actors. The massive amount of heterogeneous devices, as well as the data they produce, is a significant challenge for a wide-scale adoption of the IoT. In this paper we propose a service discovery mechanism, based on Named Data Networking (NDN), that leverages the use of a semantic matching mechanism for achieving a flexible discovery process. The development of appropriate service discovery mechanisms enriched with semantic capabilities for understanding and processing context information is a key feature for turning raw data into useful knowledge and ensuring the interoperability among different devices and applications. We assessed the performance of our solution through the implementation and deployment of a proof-of-concept prototype. Obtained results illustrate the potential of integrating semantic and ICN mechanisms to enable a flexible service discovery in IoT scenarios.

A telematic platform towards regional connected healthcare

As tecnologias de informação e comunicação na área da saúde não são só um instrumento para a boa gestão de informação, mas antes um fator estratégico para uma prestação de cuidados mais eficiente e segura. As tecnologias de informação são um pilar para que os sistemas de saúde evoluam em direção a um modelo centrado no cidadão, no qual um conjunto abrangente de informação do doente deve estar automaticamente disponível para as equipas que lhe prestam cuidados, independentemente de onde foi gerada (local geográfico ou sistema). Este tipo de utilização segura e agregada da informação clínica é posta em causa pela fragmentação generalizada das implementações de sistemas de informação em saúde. Várias aproximações têm sido propostas para colmatar as limitações decorrentes das chamadas “ilhas de informação” na saúde, desde a centralização total (um sistema único), à utilização de redes descentralizadas de troca de mensagens clínicas. Neste trabalho, propomos a utilização de uma camada de unificação baseada em serviços, através da federação de fontes de informação heterogéneas. Este agregador de informação clínica fornece a base necessária para desenvolver aplicações com uma lógica regional, que demostrámos com a implementação de um sistema de registo de saúde eletrónico virtual. Ao contrário dos métodos baseados em mensagens clínicas ponto-a-ponto, populares na integração de sistemas em saúde, desenvolvemos um middleware segundo os padrões de arquitetura J2EE, no qual a informação federada é expressa como um modelo de objetos, acessível através de interfaces de programação. A arquitetura proposta foi instanciada na Rede Telemática de Saúde, uma plataforma instalada na região de Aveiro que liga oito instituições parceiras (dois hospitais e seis centros de saúde), cobrindo ~350.000 cidadãos, utilizada por ~350 profissionais registados e que permite acesso a mais de 19.000.000 de episódios. Para além da plataforma colaborativa regional para a saúde (RTSys), introduzimos uma segunda linha de investigação, procurando fazer a ponte entre as redes para a prestação de cuidados e as redes para a computação científica. Neste segundo cenário, propomos a utilização dos modelos de computação Grid para viabilizar a utilização e integração massiva de informação biomédica. A arquitetura proposta (não implementada) permite o acesso a infraestruturas de e-Ciência existentes para criar repositórios de informação clínica para aplicações em saúde.

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.

O quadro interativo na aula de inglês : desenvolvimento de práticas comunicativas

Na sociedade da informação, o papel da escola como centro transmissor de conhecimentos está a perder relevância face ao crescente número de fontes de informação alternativas, ricas em conteúdos e de fácil acesso. A alteração de paradigmas cria a necessidade de se introduzirem nos contextos educacionais novas ferramentas e que se adequem estratégias que permitam motivar e ensinar os aprendentes a procurarem e a selecionarem essa informação, participando, desta forma, ativamente na construção do conhecimento. Neste contexto, consideramos que o quadro interativo, pela sua capacidade de funcionar como hub digital, permite integrar recursos dinâmicos e interativos facilitadores do acesso ao conhecimento e à informação. A dissertação que apresentamos, “O Quadro Interativo na aula de inglês: desenvolvimento de práticas comunicativas”, situa-se na área do Multimédia em Educação e, mais especificamente, no domínio da tecnologia e pedagogia em sala de aula. A investigação foi desenhada em torno de um projeto de implementação de quadros interativos (Inov@r com QI) em agrupamentos/escolas do interior do país, associado a um Centro de Formação. A partir de uma investigação qualitativa mista, baseada no tracer study (análise documental, entrevistas e questionários) e no estudo etnográfico (aulas observadas, entrevistas e questionários), procurámos evidenciar a forma como essa tecnologia levou à integração de recursos e à adoção de estratégias promotoras de um ensino e aprendizagem ativo, centrado no aprendente e criando dinâmicas de interação e comunicação facilitadoras do desenvolvimento da competência comunicativa. Os resultados obtidos revelam que a introdução do quadro interativo produz efeitos positivos no ensino e aprendizagem do inglês. A sua integração em contexto de sala de aula abre espaço a um conjunto de potencialidades pedagógicas, promove o uso de recursos digitais variados; leva a uma diversificação de abordagens metodológicas que promovem a interação, criando espaços que levam ao desenvolvimento da competência comunicativa. No entanto, para tornar a introdução do quadro interativo mais eficaz, como ferramenta educativa no processo de ensino e aprendizagem, devemos ter em conta que esse processo de introdução do quadro deve ser planeada e refletida, devendo ter em conta uma nova realidade de conceitos, a tecnologia e as literacias necessárias para uma implementação eficaz. Os docentes devem ser acompanhados, ter acesso a formação técnica e pedagógica; e a possibilidade de integrarem um espaço de colaboração e partilha, como forma mais eficaz de se libertarem de práticas centradas no docente e orientadas apenas para a aquisição de conteúdos. Assim será possível dar lugar a um discurso pedagógico que inclua os vários intervenientes no processo de aprendizagem e a construção de conhecimento, num espaço de interação suportado pela tecnologia

Street lighting mesh network protocol

The digital revolution of the 21st century contributed to stem the Internet of Things (IoT). Trillions of embedded devices using the Internet Protocol (IP), also called smart objects, will be an integral part of the Internet. In order to support such an extremely large address space, a new Internet Protocol, called Internet Protocol Version 6 (IPv6) is being adopted. The IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPAN) has accelerated the integration of WSNs into the Internet. At the same time, the Constrained Application Protocol (CoAP) has made it possible to provide resource constrained devices with RESTful Web services functionalities. This work builds upon previous experience in street lighting networks, for which a proprietary protocol, devised by the Lighting Living Lab, was implemented and used for several years. The proprietary protocol runs on a broad range of lighting control boards. In order to support heterogeneous applications with more demanding communication requirements and to improve the application development process, it was decided to port the Contiki OS to the four channel LED driver (4LD) board from Globaltronic. This thesis describes the work done to adapt the Contiki OS to support the Microchip TM PIC24FJ128GA308 microprocessor and presents an IP based solution to integrate sensors and actuators in smart lighting applications. Besides detailing the system’s architecture and implementation, this thesis presents multiple results showing that the performance of CoAP based resource retrievals in constrained nodes is adequate for supporting networking services in street lighting networks.

Photonic integrated circuits development: a universal transceiver for NG-PON2

In the last years there has been a clear evolution in the world of telecommunications, which goes from new services that need higher speeds and higher bandwidth, until a role of interactions between people and machines, named by Internet of Things (IoT). So, the only technology able to follow this growth is the optical communications. Currently the solution that enables to overcome the day-by-day needs, like collaborative job, audio and video communications and share of les is based on Gigabit-capable Passive Optical Network (G-PON) with the recently successor named Next Generation Passive Optical Network Phase 2 (NG-PON2). This technology is based on the multiplexing domain wavelength and due to its characteristics and performance becomes the more advantageous technology. A major focus of optical communications are Photonic Integrated Circuits (PICs). These can include various components into a single device, which simpli es the design of the optical system, reducing space and power consumption, and improves reliability. These characteristics make this type of devices useful for several applications, that justi es the investments in the development of the technology into a very high level of performance and reliability in terms of the building blocks. With the goal to develop the optical networks of future generations, this work presents the design and implementation of a PIC, which is intended to be a universal transceiver for applications for NG-PON2. The same PIC will be able to be used as an Optical Line Terminal (OLT) or an Optical Network Unit (ONU) and in both cases as transmitter and receiver. Initially a study is made of Passive Optical Network (PON) and its standards. Therefore it is done a theoretical overview that explores the materials used in the development and production of this PIC, which foundries are available, and focusing in SMART Photonics, the components used in the development of this chip. For the conceptualization of the project di erent architectures are designed and part of the laser cavity is simulated using Aspic™. Through the analysis of advantages and disadvantages of each one, it is chosen the best to be used in the implementation. Moreover, the architecture of the transceiver is simulated block by block through the VPItransmissionMaker™ and it is demonstrated its operating principle. Finally it is presented the PIC implementation.

Scalable semantic aware context storage

The number of connected devices collecting and distributing real-world information through various systems, is expected to soar in the coming years. As the number of such connected devices grows, it becomes increasingly difficult to store and share all these new sources of information. Several context representation schemes try to standardize this information, but none of them have been widely adopted. In previous work we addressed this challenge, however our solution had some drawbacks: poor semantic extraction and scalability. In this paper we discuss ways to efficiently deal with representation schemes' diversity and propose a novel d-dimension organization model. Our evaluation shows that d-dimension model improves scalability and semantic extraction.