Road traffic information platform for energy and emissions savings

Apesar das recentes inova����es tecnol��gicas, o setor dos transportes continua a exercer impactes significativos sobre a economia e o ambiente. Com efeito, o sucesso na redu����o das emiss��es neste setor tem sido inferior ao desej��vel. Isto deve-se a diferentes fatores como a dispers��o urbana e a exist��ncia de diversos obst��culos �� penetra����o no mercado de tecnologias mais limpas. Consequentemente, a estrat��gia ���Europa 2020��� evidencia a necessidade de melhorar a efici��ncia no uso das atuais infraestruturas rodovi��rias. Neste contexto, surge como principal objetivo deste trabalho, a melhoria da compreens��o de como uma escolha de rota adequada pode contribuir para a redu����o de emiss��es sob diferentes circunst��ncias espaciais e temporais. Simultaneamente, pretende-se avaliar diferentes estrat��gias de gest��o de tr��fego, nomeadamente o seu potencial ao n��vel do desempenho e da efici��ncia energ��tica e ambiental. A integra����o de m��todos emp��ricos e anal��ticos para avalia����o do impacto de diferentes estrat��gias de otimiza����o de tr��fego nas emiss��es de CO2 e de poluentes locais constitui uma das principais contribui����es deste trabalho. Esta tese divide-se em duas componentes principais. A primeira, predominantemente emp��rica, baseou-se na utiliza����o de ve��culos equipados com um dispositivo GPS data logger para recolha de dados de din��mica de circula����o necess��rios ao c��lculo de emiss��es. Foram percorridos aproximadamente 13200 km em v��rias rotas com escalas e caracter��sticas distintas: ��rea urbana (Aveiro), ��rea metropolitana (Hampton Roads, VA) e um corredor interurbano (Porto-Aveiro). A segunda parte, predominantemente anal��tica, baseou-se na aplica����o de uma plataforma integrada de simula����o de tr��fego e emiss��es. Com base nesta plataforma, foram desenvolvidas fun����es de desempenho associadas a v��rios segmentos das redes estudadas, que por sua vez foram aplicadas em modelos de aloca����o de tr��fego. Os resultados de ambas as perspetivas demonstraram que o consumo de combust��vel e emiss��es podem ser significativamente minimizados atrav��s de escolhas apropriadas de rota e sistemas avan��ados de gest��o de tr��fego. Empiricamente demonstrou-se que a sele����o de uma rota adequada pode contribuir para uma redu����o significativa de emiss��es. Foram identificadas redu����es potenciais de emiss��es de CO2 at�� 25% e de poluentes locais at�� 60%. Atrav��s da aplica����o de modelos de tr��fego demonstrou-se que �� poss��vel reduzir significativamente os custos ambientais relacionados com o tr��fego (at�� 30%), atrav��s da altera����o da distribui����o dos fluxos ao longo de um corredor com quatro rotas alternativas. Contudo, apesar dos resultados positivos relativamente ao potencial para a redu����o de emiss��es com base em sele����es de rotas adequadas, foram identificadas algumas situa����es de compromisso e/ou condicionantes que devem ser consideradas em futuros sistemas de eco navega����o. Entre essas condicionantes importa salientar que: i) a minimiza����o de diferentes poluentes pode implicar diferentes estrat��gias de navega����o, ii) a minimiza����o da emiss��o de poluentes, frequentemente envolve a escolha de rotas urbanas (em ��reas densamente povoadas), iii) para n��veis mais elevados de penetra����o de dispositivos de eco-navega����o, os impactos ambientais em todo o sistema podem ser maiores do que se os condutores fossem orientados por dispositivos tradicionais focados na minimiza����o do tempo de viagem. Com este trabalho demonstrou-se que as estrat��gias de gest��o de tr��fego com o intuito da minimiza����o das emiss��es de CO2 s��o compat��veis com a minimiza����o do tempo de viagem. Por outro lado, a minimiza����o de poluentes locais pode levar a um aumento consider��vel do tempo de viagem. No entanto, dada a tend��ncia de redu����o nos fatores de emiss��o dos poluentes locais, �� expect��vel que estes objetivos contradit��rios tendam a ser minimizados a m��dio prazo. Afigura-se um elevado potencial de aplica����o da metodologia desenvolvida, seja atrav��s da utiliza����o de dispositivos m��veis, sistemas de comunica����o entre infraestruturas e ve��culos e outros sistemas avan��ados de gest��o de tr��fego.

Algoritmos inteligentes de baixa complexidade

A dom��tica �� uma ��rea com grande interesse e margem de explora����o, que pretende alcan��ar a gest��o autom��tica e aut��noma de recursos habitacionais, proporcionando um maior conforto aos utilizadores. Para al��m disso, cada vez mais se procuram incluir benef��cios econ��micos e ambientais neste conceito, por forma a garantir um futuro sustent��vel. O aquecimento de ��gua (por meios el��tricos) �� um dos fatores que mais contribui para o consumo de energia total de uma resid��ncia. Neste enquadramento surge o tema ���algoritmos inteligentes de baixa complexidade���, com origem numa parceria entre o Departamento de Eletr��nica, Telecomunica����es e Inform��tica (DETI) da Universidade de Aveiro e a Bosch Termotecnologia SA, que visa o desenvolvimento de algoritmos ditos ���inteligentes���, isto ��, com alguma capacidade de aprendizagem e funcionamento aut��nomo. Os algoritmos devem ser adaptados a unidades de processamento de 8 bits para equipar pequenos aparelhos dom��sticos, mais propriamente tanques de aquecimento el��trico de ��gua. Uma por����o do desafio est��, por isso, relacionada com as restri����es computacionais de microcontroladores de 8 bits. No caso espec��fico deste trabalho, foi determinada a exist��ncia de sensores de temperatura da ��gua no tanque como a ��nica fonte de informa����o externa aos algoritmos, juntamente com par��metros pr��-definidos pelo utilizador que estabelecem os limiares de temperatura m��xima e m��nima da ��gua. Partindo deste princ��pio, os algoritmos desenvolvidos baseiam-se no perfil de consumo de ��gua quente, observado ao longo de cada semana, para tentar prever futuras tiragens de ��gua e, consequentemente, agir de forma adequada, adiantando ou adiando o aquecimento da ��gua do tanque. O objetivo �� alcan��ar uma gest��o vantajosa entre a economia de energia e o conforto do utilizador (��gua quente), isto sem que exista necessidade de interven����o direta por parte do utilizador final. A solu����o prevista inclui tamb��m o desenvolvimento de um simulador que permite observar, avaliar e comparar o desempenho dos algoritmos desenvolvidos.

Seamless integration of heterogeneous networks in multicast environments

Nowadays, communication environments are already characterized by a myriad of competing and complementary technologies that aim to provide an ubiquitous connectivity service. Next Generation Networks need to hide this heterogeneity by providing a new abstraction level, while simultaneously be aware of the underlying technologies to deliver richer service experiences to the end-user. Moreover, the increasing interest for group-based multimedia services followed by their ever growing resource demands and network dynamics, has been boosting the research towards more scalable and exible network control approaches. The work developed in this Thesis enables such abstraction and exploits the prevailing heterogeneity in favor of a context-aware network management and adaptation. In this scope, we introduce a novel hierarchical control framework with self-management capabilities that enables the concept of Abstract Multiparty Trees (AMTs) to ease the control of multiparty content distribution throughout heterogeneous networks. A thorough evaluation of the proposed multiparty transport control framework was performed in the scope of this Thesis, assessing its bene ts in terms of network selection, delivery tree recon guration and resource savings. Moreover, we developed an analytical study to highlight the scalability of the AMT concept as well as its exibility in large scale networks and group sizes. To prove the feasibility and easy deployment characteristic of the proposed control framework, we implemented a proof-of-concept demonstrator that comprehends the main control procedures conceptually introduced. Its outcomes highlight a good performance of the multiparty content distribution tree control, including its local and global recon guration. In order to endow the AMT concept with the ability to guarantee the best service experience by the end-user, we integrate in the control framework two additional QoE enhancement approaches. The rst employs the concept of Network Coding to improve the robustness of the multiparty content delivery, aiming at mitigating the impact of possible packet losses in the end-user service perception. The second approach relies on a machine learning scheme to autonomously determine at each node the expected QoE towards a certain destination. This knowledge is then used by di erent QoE-aware network management schemes that, jointly, maximize the overall users' QoE. The performance and scalability of the control procedures developed, aided by the context and QoE-aware mechanisms, show the advantages of the AMT concept and the proposed hierarchical control strategy for the multiparty content distribution with enhanced service experience. Moreover we also prove the feasibility of the solution in a practical environment, and provide future research directions that bene t the evolved control framework and make it commercially feasible.