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.

Polioxometalatos: dos agregados moleculares a redes e materiais

Esta dissertação teve como objectivo principal a preparação de novos materiais luminescentes contendo lantanopolioxometalatos. Foram utilizados polioxometalatos (POMs) do tipo Keggin, Wells-Dawson e [Ln(M5O18)2]9- com M (VI) = W, Mo contendo diferentes iões lantanídeo. Foram sintetizados materiais híbridos orgânico-inorgânicos com base em lantanopolioxometalatos e ligandos orgânicos. O efeito da coordenação destes ligandos orgânicos na luminescência dos iões lantanídeo (efeito de antena) foi investigado para os ácidos picolínico e 3-hidroxipicolínico. Os estudos de fotoluminescência destes materiais permitiram mostrar a existência de um processo de sensitização da emissão dos iões lantanídeo através de fenómenos de transferência de energia dos ligandos e do POM para o centro emissor. No caso particular dos materiais híbridos contendo POMs do tipo Wells-Dawson, a introdução do ligando orgânico levou à intensificação da absorção de energia através do POM, a qual era praticamente inexistente nos correspondentes lantanopolioxometalatos. Prepararam-se nanocompósitos do tipo “core/shell” contendo POMs e híbridos orgânico-inorgânicos como núcleo rodeados por uma camada de sílica. Os nanocompósitos preparados apresentam uma estrutura “core/shell” bem definida com um diâmetro médio de aproximadamente 35 nm. As técnicas de microscopia electrónica, nomeadamente o mapeamento por EDX, permitiram confirmar a presença dos POMs no núcleo das nanopartículas de sílica. A biofuncionalização destes nanocompósitos com um anticorpo foi estudada, com vista à potencial aplicação destes sistemas como biomarcadores ópticos. Os estudos de microscopia de fluorescência permitiram observar a emissão do Eu3+ presente nas nanopartículas biofuncionalizadas com o anticorpo, utilizando excitação na zona do ultravioleta. Estes resultados reforçam a viabilidade da aplicação destes sistemas como marcadores celulares em alternativa a “quantum dots” e corantes orgânicos. No âmbito dos nanomateriais, foi também preparado um material constituído por partículas de Na9[Eu(W5O18)2] de dimensões nanométricas, utilizando micelas invertidas como nanoreactores, de forma a limitar o tamanho das partículas. Foi realizada a preparação de novos materiais lamelares luminescentes por intercalação de POMs e respectivos materiais híbridos em argilas aniónicas de zinco e alumínio. A intercalação foi realizada através de um método de troca aniónica directa usando uma argila contendo nitrato como anião precursor. O estudo por difracção de raios-X revelou-se uma técnica fundamental na caracterização destes materiais, nomeadamente através da determinação da altura de galeria. A partir deste parâmetro foi possível verificar a orientação da espécie intercalada na argila. No caso da intercalação do anião do tipo Keggin, o estudo por RMN de 31P MAS permitiu identificar a espécie intercalada na argila. As propriedades de luminescência foram estudadas para a generalidade dos novos materiais preparados.

Aplicações das redes de Bragg na biomecânica

O presente trabalho tem como objectivo o estudo, desenvolvimento e aplicações na área da biomecânica de sensores intrínsecos baseados em redes de Bragg em fibras ópticas (FBG). As aplicações são feitas em modelos biomecânicos in vitro tais como: implantes de anca, prótese de joelho, placas de osteossíntese e implantes dentários. A optimização do desenvolvimento de próteses e respectivos elementos de fixação é actualmente dependente da geração e validação experimental de seus modelos computacionais. A validação destes modelos é normalmente feita utilizando-se dados de ensaios não invasivos e invasivos em modelos sintéticos. Em ensaios in vitro os sensores convencionais têm um princípio de funcionamento eléctrico e apresentam por vezes dimensões inadequadas. Existem situações exploradas no presente trabalho, tais como sensoriamento de superfícies irregulares e junções ou ainda análises de deformações internas, onde é recomendável a utilização de sensores FBG, pois apresentam dimensões reduzidas e flexibilidade o que permite efectuar medidas localizadas. O desenvolvimento de um protocolo de utilização de FBG e a sua aplicação no contexto apresentado demonstrou-se mais adequado, pela precisão e segurança futura oferecidas. Foi desenvolvida uma metodologia experimental para medidas de deformações utilizando FBG ao longo de uma placa de osteossíntese metálica aparafusada a um fémur sintético fracturado. Foi efectuada a monitorização da cura do cimento ósseo utilizado como fixador do prato tibial na artroplastia total do joelho através da medida da sua contracção e temperatura. Foi também desenvolvido um sistema refrigerador com resposta às leituras de temperatura com vista a evitar a necrose do osso. Foram efectuados estudos de deformação nesse cimento após a sua cura, como resultado da aplicação de cargas mecânicas estáticas. Foram efectuados estudos da cura de cimento ósseo aplicado a próteses de anca e também de deformações nestas próteses. Foi ainda efectuado o estudo comparativo de vários implantes dentários através da medida da distribuição de deformações como resposta a excitações mecânicas impulsivas. Para a desmodulação das FBG foram inicialmente utilizados sistemas comerciais. Entretanto algumas aplicações não puderam ser implementadas com estes sistemas comerciais devido à baixa reflectividade das FBG utilizadas, mas fundamentalmente devido à necessidade de executar testes com uma taxa de aquisição maior do que os 5 Hz disponíveis (cerca de 15 kHz). Por estes motivos foi desenvolvido um sistema optoelectrónico completo de desmodulação de FBG baseado num filtro sintonizável e que tem como característica principal a alta taxa de aquisição (até 1,2 MHz) mas também se destaca pela facilidade na reconfiguração dos parâmetros de leitura, pela apresentação duma interface de utilizador amigável e pela capacidade de operar com até 5 FBG na mesma fibra óptica.

Estudo e aplicação de amplificadores ópticos para suporte a redes banda larga

Esta tese tem como foco principal a análise dos principais tipos de amplificação óptica e algumas de suas aplicações em sistemas de comunicação óptica. Para cada uma das tecnologias abordadas, procurou-se definir o estado da arte bem como identificar as oportunidades de desenvolvimento científico relacionadas. Os amplificadores para os quais foi dirigido alguma atenção neste documento foram os amplificadores em fibra dopada com Érbio (EDFA), os amplificadores a semicondutor (SOA) e os amplificadores de Raman (RA). Este trabalho iniciou-se com o estudo e análise dos EDFA’s. Dado o interesse científico e económico que estes amplificadores têm merecido, apenas poucos nichos de investigação estão ainda em aberto. Dentro destes, focá-mo-nos na análise de diferentes perfis de fibra óptica dopada de forma a conseguir uma optimização do desempenho dessas fibras como sistemas de amplificação. Considerando a fase anterior do trabalho como uma base de modelização para sistemas de amplificação com base em fibra e dopantes, evoluiu-se para amplificadores dopados mas em guias de onda (EDWA). Este tipo de amplificador tenta reduzir o volume físico destes dispositivos, mantendo as suas características principais. Para se ter uma forma de comparação de desempenho deste tipo de amplificador com os amplificadores em fibra, foram desenvolvidos modelos de caixa preta (BBM) e os seus parâmetros afinados por forma a termos uma boa modelização e posterior uso deste tipo de amplificiadores em setups de simulação mais complexos. Depois de modelizados e compreendidos os processo em amplificadores dopados, e com vista a adquirir uma visão global comparativa, foi imperativo passar pelo estudo dos processos de amplificação paramétrica de Raman. Esse tipo de amplificação, sendo inerente, ocorre em todas as bandas de propagação em fibra e é bastante flexível. Estes amplificadores foram inicialmente modelizados, e algumas de suas aplicações em redes passivas de acesso foram estudadas. Em especial uma série de requisitos, como por exemplo, a gama de comprimentos de onda sobre os quais existem amplificação e os altos débitos de perdas de inserção, nos levaram à investigação de um processo de amplificação que se ajustasse a eles, especialmente para buscar maiores capacidades de amplificação (nomeadamente longos alcances – superiores a 100 km – e altas razões de divisão – 1:512). Outro processo investigado foi a possibilidade de flexibilização dos parâmetros de comprimento de onda de ganho sem ter que mudar as caractísticas da bomba e se possível, mantendo toda a referenciação no transmissor. Este processo baseou-se na técnica de clamping de ganho já bastante estudada, mas com algumas modificações importantes, nomeadamente a nível do esquema (reflexão apenas num dos extremos) e da modelização do processo. O processo resultante foi inovador pelo recurso a espalhamentos de Rayleigh e Raman e o uso de um reflector de apenas um dos lados para obtenção de laser. Este processo foi modelizado através das equações de propagação e optimizado, tendo sido demonstrado experimentalmente e validado para diferentes tipos de fibras. Nesta linha, e dada a versatilidade do modelo desenvolvido, foi apresentada uma aplicação mais avançada para este tipo de amplificadores. Fazendo uso da sua resposta ultra rápida, foi proposto e analisado um regenerador 2R e analisada por simulação a sua gama de aplicação tendo em vista a sua aplicação sistémica. A parte final deste trabalho concentrou-se nos amplificadores a semiconductor (SOA). Para este tipo de amplificador, os esforços foram postos mais a nível de aplicação do que a nível de sua modelização. As aplicações principais para estes amplificadores foram baseadas em clamping óptico do ganho, visando a combinação de funções lógicas essenciais para a concepção de um latch óptico com base em componentes discretos. Assim, com base num chip de ganho, foi obtido uma porta lógica NOT, a qual foi caracterizada e demonstrada experimentalmente. Esta foi ainda introduzida num esquema de latching de forma a produzir um bi-estável totalmente óptico, o qual também foi demonstrado e caracterizado. Este trabalho é finalizado com uma conclusão geral relatando os subsistemas de amplificação e suas aplicacações.

Competências na utilização das ferramentas/serviços Web 2.0

A evolução da sociedade e da tecnologia sustenta a globalização da sociedade atual e exige aos cidadãos novas literacias. A educação na sociedade do conhecimento é indissociável das Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC), tanto como elemento mediador como potenciador das aprendizagens. A Web 2.0, entendida como Web social, potencia o acesso à informação, faculta aos docentes a oportunidade de desenvolver os seus conhecimentos e competências, e oferece oportunidades de construção de situações inovadoras de educação no seu percurso profissional, promovendo condições de aprendizagem ao longo da vida. O presente estudo, formalmente integrado no Programa Doutoral em Multimédia em Educação da Universidade de Aveiro, valoriza o levantamento da perceção da necessidade de envolvimento dos docentes em processos informais de aprendizagem ao longo da vida, na promoção do seu desenvolvimento profissional, salientando o papel das redes sociais neste contexto. Adotou-se como metodologia de investigação o survey, com o objetivo de realizar o levantamento das competências de utilização da Web 2.0 pelos professores do ensino básico e secundário, das escolas do ensino público do concelho de Aveiro, no contexto da aprendizagem informal. Através do survey procurou-se caracterizar o contexto profissional em que estes professores estão inseridos, considerando essencialmente duas dimensões: i) equipamentos e recursos e ii) atitude geral da escola face à integração das TIC nas rotinas profissionais. Centrou-se na obtenção de dados que permitissem a descrição de: i) competências TIC dos professores e a identificação dos seus percursos formativos e necessidades de formação; ii) hábitos e finalidades de utilização das tecnologias digitais em contexto profissional e de desenvolvimento profissional; e, ainda, iii) utilização de redes sociais/comunidades educativas, vantagens e condicionantes identificadas e importância para o desenvolvimento profissional; e, finalmente, iv) levantamento da opinião dos professores acerca das suas perceções de impactes associados à integração da utilização das redes nas suas práticas profissionais, nomeadamente nas práticas educativas. Os dados obtidos foram analisados, numa perspetiva qualitativa e exploratória, em função das frequências relativas de resposta e comparando os diferentes grupos de docentes identificados – professores de escolas básicas e professores de escolas secundárias; professores membros e não membros de redes. Os resultados apontam para uma melhoria das competências dos professores na utilização das TIC, sobretudo ao nível das competências básicas, face a outros estudos anteriores realizados em Portugal, como por exemplo Paiva (2002), Barbosa (2009) e Brito (2010). Uma grande parte dos docentes utiliza redes sociais/comunidades educativas, tendo-se identificado prioritariamente uma utilização de cariz genérico e tendencialmente pouco frequente, em detrimento de uma utilização de redes de cariz mais profissional. Os professores, no geral, e os utilizadores de redes, em particular, reconhecem o potencial educativo destas ferramentas/serviços Web 2.0. As conclusões apontam para a necessidade das escolas assumirem o incentivo e a adoção de estratégias que possam impulsionar o desenvolvimento de competências de utilização das TIC/ferramentas e serviços Web 2.0 que garantam equidade no acesso a redes sociais/comunidades educativas pelos professores. Esta recomendação pretende constituir uma via para as escolas promoverem a criação de redes sociais/comunidades educativas e fomentarem, pela sua utilização, o desenvolvimento de hábitos de trabalho colaborativo e de partilha entre os seus professores, contribuindo desta forma para potenciar as competências dos professores no acompanhamento da evolução tecnológica e no acesso a outras oportunidades de desenvolvimento profissional ao longo da vida. Isto é, “equipar” os professores para melhor poderem enfrentar os desafios do Século XXI para a educação, na preparação dos jovens para a sociedade global do conhecimento.

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.

Técnicas de monitorização em redes ópticas de próxima geração

In this work several techniques to monitor the performance of optical networks were developed. These techniques are dedicated either to the measurement of the data signal parameters (optical signal to noise ratio and dispersion) or to the detection of physical failures on the network infrastructure. The optical signal to noise ratio of the transmitted signal was successfully monitored using methods based on the presence of Bragg gratings imprinted on high birefringent fibres that allowed the distinction of the signal from the noise due to its polarization properties. The monitoring of the signal group-velocity dispersion was also possible. In this case, a method based on the analysis of the electric spectrum of the signal was applied. It was experimentally demonstrated that this technique is applicable on both amplitude and phase modulated signals. It was also developed a technique to monitor the physical infrastructure of an optical access network. Once again, the application of Bragg gratings (this time imprinted on standard single mode fibres) was the basis of the developed method.

Estudo da degradação do tempo de vida das fibras óticas e o seu impacte no desempenho das redes de comunicações

Este trabalho focou-se no estudo do impacte das condições ambientais, de instalação e de utilização na degradação da fibra ótica, que frequentemente resultam na redução do desempenho das fibras óticas. Entre este fatores, foram estudados os efeitos de ambientes agressivos para o revestimento da fibra, nomeadamente no tempo de vida e resistência. Foi também estudado o efeito da propagação de sinais óticos de elevadas potências em curvaturas apertadas e a sua influência na degradação do desempenho da fibra ótica. Ainda neste âmbito, foi também estudado o desempenho de fibras óticas insensíveis a curvtura e fibras dopadas com Érbio, sendo analisada a dinâmica do efeito rastilho nestas fibras. Como parte integrante das redes óticas, os conetores óticos são de extrema importância na sua estrutura. O seu desempenho será refletido na qualidade do serviço da rede, e por isso é determinante estudar os fatores que contribuem para a sua degradação e mau funcionamento. Assim, este trabalho apresenta um estudo do comportamento de conetores óticos perante situações de mau manuseamento (como são limpeza insuficiente e degradação física da face final). Em adição foi também dado ênfase à reutilização de fibra danificada pelo efeito rastilho no desenvolvimento de sensores, passíveis de serem utilizados na monitorização de índice de refração, pressão hidrostática, tensão ou alta temperatura. Este procedimento surge como uma solução de baixo custo para o desenvolvimento de sensores em fibra ótica a partir de fibra danificada e inutilizável para as suas habituais aplicações em transmissão e/ou reflexão de sinais óticos.