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.

O primeiro ensino clínico no percurso formativo do estudante de enfermagem

A formação do estudante de enfermagem em ensino clínico reveste-se de uma importância singular pelo contacto e vivência de situações em contexto, por lhe proporcionar a aquisição, o desenvolvimento e a consolidação de conhecimentos e competências em vários domínios, assim como de socialização com a profissão. O primeiro ensino clínico pelas actividades em contexto com os profissionais de saúde e os utentes é um período de transição particularmente marcante em termos formativos. Nele frequentemente acontece a ruptura nas suas concepções de formação e de aprendizagem, tornando-se num momento de confronto com uma formação que prepara para a incerteza e imprevisibilidade. Nesta investigação pretendemos compreender o que acontece neste período de aprendizagem, partindo da seguinte questão central de investigação: Que significado tem o primeiro ensino clínico no percurso formativo do estudante de enfermagem? O estudo desta questão exigiu o recurso a uma metodologia de natureza qualitativa baseada na estratégia estudo de caso na sua vertente multicasos. Seleccionámos três casos de estudo respectivamente do 1º, do 2º e 3º anos do Curso de Licenciatura em Enfermagem de três planos de estudos de Escolas Superiores de Enfermagem. O caso é constituído por um grupo de estudantes no primeiro ensino clínico hospitalar, enfermeiros e docentes que os orientam. Desenvolvemos uma etnometodologia em que privilegiámos a observação no terreno com participação directa do investigador, recolha documental, entrevistas etnográficas e semi-estruturadas aos vários intervenientes. A análise da informação reunida processou-se pela análise de conteúdo dos dados obtidos num percurso recursivo entre as várias fontes com apoio do programa informático Nvivo 7. Concluímos que o primeiro ensino clínico: é um período de formação estruturante, com forte impacto pela transição que se opera na postura do estudante perante a aprendizagem, pelas propriedades (trans)formativas que as vivências em contexto encerram, independentemente do ano do Curso em que este acontece; a preparação prévia dos estudantes modeliza os domínios da aprendizagem e a profundidade em que ocorre; aprendem de um modo fragmentado sem conseguirem integrar os vários domínios do conhecimento na acção; os estudantes do 1º ano dão mais significado à destreza e rapidez na realização de intervenções prescritas e à aplicação dos princípios teóricos aprendidos; a orientação dos enfermeiros, tutores e docentes é fundamental na mobilização, para a acção, dos conhecimentos teóricos ou na sua aquisição; a vivência das situações em contexto e o ambiente relacional estão entre os factores mais influentes; a prática orientada com atenção individualizada, questionamento, análise e reflexão em díade supervisor-aluno, são fundamentais no desenvolvimento do pensamento crítico; ser supervisor deve ser assumido pelo docente e pelo enfermeiro ou tutor como um trabalho de articulação e proximidade com e no contexto onde o ensino clínico decorre; a resposta adequada às funções específicas de supervisão exige participação activa de equipas de enfermagem mais preparadas e hierarquicamente apoiadas; o docente pelo conhecimento dos estudantes, dos fins e objectivos da formação, pelos desafios e exigência que coloca tem um papel insubstituível. No percurso da investigação novas questões emergiram nomeadamente no que se prende com: os modelos de articulação entre instituições de saúde e escolares; com a formação dos supervisores e; o papel dos pares no início da aprendizagem dos estudantes em contexto clínico.

Enhanced ethernet switching technology for adaptive hard real-time applications: Tecnologia de comutação ethernet melhorada para aplicações adaptativas e críticas de tempo-real

Os Sistemas Embarcados Distribuídos (SEDs) estão, hoje em dia, muito difundidos em vastas áreas, desde a automação industrial, a automóveis, aviões, até à distribuição de energia e protecção do meio ambiente. Estes sistemas são, essencialmente, caracterizados pela integração distribuída de aplicações embarcadas, autónomas mas cooperantes, explorando potenciais vantagens em termos de modularidade, facilidade de manutenção, custos de instalação, tolerância a falhas, entre outros. Contudo, o ambiente operacional onde se inserem estes tipos de sistemas pode impor restrições temporais rigorosas, exigindo que o sistema de comunicação subjacente consiga transmitir mensagens com garantias temporais. Contudo, os SEDs apresentam uma crescente complexidade, uma vez que integram subsistemas cada vez mais heterogéneos, quer ao nível do tráfego gerado, quer dos seus requisitos temporais. Em particular, estes subsistemas operam de forma esporádica, isto é, suportam mudanças operacionais de acordo com estímulos exteriores. Estes subsistemas também se reconfiguram dinamicamente de acordo com a actualização dos seus requisitos e, ainda, têm lidar com um número variável de solicitações de outros subsistemas. Assim sendo, o nível de utilização de recursos pode variar e, desta forma, as políticas de alocação estática tornam-se muito ineficientes. Consequentemente, é necessário um sistema de comunicação capaz de suportar com eficácia reconfigurações e adaptações dinâmicas. A tecnologia Ethernet comutada tem vindo a emergir como uma solução sólida para fornecer comunicações de tempo-real no âmbito dos SEDs, como comprovado pelo número de protocolos de tempo-real que foram desenvolvidos na última década. No entanto, nenhum dos protocolos existentes reúne as características necessárias para fornecer uma eficiente utilização da largura de banda e, simultaneamente, para respeitar os requisitos impostos pelos SEDs. Nomeadamente, a capacidade para controlar e policiar tráfego de forma robusta, conjugada com suporte à reconfiguração e adaptação dinâmica, não comprometendo as garantias de tempo-real. Esta dissertação defende a tese de que, pelo melhoramento dos comutadores Ethernet para disponibilizarem mecanismos de reconfiguração e isolamento de tráfego, é possível suportar aplicações de tempo-real críticas, que são adaptáveis ao ambiente onde estão inseridas.Em particular, é mostrado que as técnicas de projecto, baseadas em componentes e apoiadas no escalonamento hierárquico de servidores de tráfego, podem ser integradas nos comutadores Ethernet para alcançar as propriedades desejadas. Como suporte, é fornecida, também, uma solução para instanciar uma hierarquia reconfigurável de servidores de tráfego dentro do comutador, bem como a análise adequada ao modelo de escalonamento. Esta última fornece um limite superior para o tempo de resposta que os pacotes podem sofrer dentro dos servidores de tráfego, com base unicamente no conhecimento de um dado servidor e na hierarquia actual, isto é, sem o conhecimento das especifidades do tráfego dentro dos outros servidores. Finalmente, no âmbito do projecto HaRTES foi construído um protótipo do comutador Ethernet, o qual é baseado no paradigma “Flexible Time-Triggered”, que permite uma junção flexível de uma fase síncrona para o tráfego controlado pelo comutador e uma fase assíncrona que implementa a estrutura hierárquica de servidores referidos anteriormente. Além disso, as várias experiências práticas realizadas permitiram validar as propriedades desejadas e, consequentemente, a tese que fundamenta esta dissertação.

Relação supervisiva e desenvolvimento da identidade profissional: acompanhamento das práticas clínicas dos estudantes de enfermagem

Este estudo centrou-se num Curso de Licenciatura em Enfermagem e teve como objetivo compreender a influência da relação supervisiva no desenvolvimento da identidade profissional dos estudantes. Os eixos estruturantes que suportam esta investigação e que concorrem para a definição do seu objeto de estudo articulam-se em torno da relação supervisiva, do desenvolvimento de competências profissionais e do desenvolvimento da identidade pessoal e profissional em contexto clínico. A formação desenvolvida através da prática clínica destina-se a preparar indivíduos de acordo com a atual realidade socioprofissional, onde os sujeitos, independentemente da singularidade de cada um, desenvolvem saberes adquiridos em sala de aula. Quando comparada com o espaço escolar, a aprendizagem em contexto clínico é condicionada por fatores que se caraterizam por maior imprevisibilidade e obriga frequentemente o estudante a confrontar-se com situações únicas e impares. A identidade dos estudantes torna-se assim construída e vivida a partir de um conjunto de dimensões que ocorrem no decurso das vivências clínicas. Metodologicamente optou-se por um estudo etnográfico no âmbito do paradigma qualitativo, numa abordagem longitudinal segundo a lógica do estudo de caso. A natureza dos dados a recolher englobou ainda o recurso a procedimentos de natureza quantitativa. Como técnica de recolha de dados recorremos à observação participante, entrevistas semiestruturadas e questionários. O estudo desenvolveu-se numa Escola Superior de Enfermagem da Zona Norte do país e fizeram parte da população 69 estudantes de uma turma de segundo ano, quatro tutores e um professor. O plano de estudo da referida escola está organizado de forma a que a aprendizagem dos estudantes seja progressivamente integradora de saberes interligando a componente teórica com a componente prática. Assim, os ensinos clínicos estão distribuídos entre o 2º e o 4º ano. Da análise e discussão dos dados e subsequentes conclusões ressalta que, quer a relação supervisiva, quer os contextos clínicos, foram influenciadores do desenvolvimento de competências profissionais, bem como da identidade pessoal e profissional dos estudantes. Verificamos que os dois contextos clínicos estudados – medicina e cirurgia – favoreceram o desenvolvimento de competências distintas, no entanto complementares. Tornou-se visível que, os supervisores do contexto de medicina, possuidores de uma visão holística da profissão de enfermagem, promoveram nos estudantes uma visão integradora do doente, resultante de uma contínua atitude reflexiva sobre a Pessoa Humana. Por sua vez, no contexto de cirurgia, caraterizada por intervenções mais invasivas e mais centradas no tratar, as competências mais valorizadas pelos tutores, embora que de uma forma não verbalmente assumida, foram do domínio técnicocientífico, com especial relevo pelas competências instrumentais.