Cooperative framework for open real-time systems

Actualmente, os sistemas embebidos estão presentes em toda a parte. Embora grande parte da população que os utiliza não tenha a noção da sua presença, na realidade, se repentinamente estes sistemas deixassem de existir, a sociedade iria sentir a sua falta. A sua utilização massiva deve-se ao facto de estarem practicamente incorporados em quase os todos dispositivos electrónicos de consumo, telecomunicações, automação industrial e automóvel. Influenciada por este crescimento, a comunidade científica foi confrontada com novos problemas distribuídos por vários domínios científicos, dos quais são destacados a gestão da qualidade de serviço e gestão de recursos - domínio encarregue de resolver problemas relacionados com a alocação óptima de recursos físicos, tais como rede, memória e CPU. Existe na literatura um vasto conjunto de modelos que propõem soluções para vários problemas apresentados no contexto destes domínios científicos. No entanto, não é possível encontrar modelos que lidem com a gestão de recursos em ambientes de execução cooperativos e abertos com restrições temporais utilizando coligações entre diferentes nós, de forma a satisfazer os requisitos não funcionais das aplicações. Devido ao facto de estes sistemas serem dinâmicos por natureza, apresentam a característica de não ser possível conhecer, a priori, a quantidade de recursos necessários que uma aplicação irá requerer do sistema no qual irá ser executada. Este conhecimento só é adquirido aquando da execução da aplicação. De modo a garantir uma gestão eficiente dos recursos disponíveis, em sistemas que apresentam um grande dinamismo na execução de tarefas com e sem restrições temporais, é necessário garantir dois aspectos fundamentais. O primeiro está relacionado com a obtenção de garantias na execução de tarefas de tempo-real. Estas devem sempre ser executadas dentro da janela temporal requirida. O segundo aspecto refere a necessidade de garantir que todos os recursos necessários à execução das tarefas são fornecidos, com o objectivo de manter os níveis de performance quer das aplicações, quer do próprio sistema. Tendo em conta os dois aspectos acima mencionados, o projecto CooperatES foi especificado com o objectivo de permitir a dispositivos com poucos recursos uma execução colectiva de serviços com os seus vizinhos, de modo a cumprir com as complexas restrições de qualidade de serviço impostas pelos utilizadores ou pelas aplicações. Decorrendo no contexto do projecto CooperatES, o trabalho resultante desta tese tem como principal objectivo avaliar a practicabilidade dos conceitos principais propostos no âmbito do projecto. O trabalho em causa implicou a escolha e análise de uma plataforma, a análise de requisitos, a implementação e avaliação de uma framework que permite a execução cooperativa de aplicações e serviços que apresentem requisitos de qualidade de serviço. Do trabalho desenvolvido resultaram as seguintes contribuições: Análise das plataformas de código aberto que possam ser utilizadas na implementação dos conceitos relacionados com o projecto CooperatES; Critérios que influenciaram a escolha da plataforma Android e um estudo focado na análise da plataforma sob uma perspectiva de sistemas de tempo-real; Experiências na implementação dos conceitos do projecto na plataforma Android; Avaliação da practicabilidade dos conceitos propostos no projecto CooperatES; Proposta de extensões que permitam incorporar características de sistemas de tempo real abertos na plataforma Android.

Normalização de equipamento médico, requisitos técnicos e metrológicos

Os hospitais necessitam de desenvolver programas de gestão de equipamentos médicos, onde contenha informação pertinente e uma metodologia de planeamento eficaz, para a aquisição do equipamento médico novo, assim como otimizar o controlo metrológico destes equipamentos. Para tal foi fornecida informação sobre os aspetos mais relevantes a ter em conta na compra do equipamento médico, como as especificações e funcionalidades necessárias, normas a que o equipamento deve obedecer, garantias, manutenção e calibração/verificação quando aplicável. A escolha dos equipamentos médicos incidiu sobre os esfigmomanómetros e os monitores de sinais vitais. Estudou-se o funcionamento destes equipamentos e prosseguiu-se depois para a realização de entrevistas aos seus utilizadores, com o intuito de perceber a satisfação, os critérios e as necessidades relativas aos equipamentos existentes na ULSM. Em seguida foram realizadas as fichas de normalização onde se definiram as características físicas, fisiológicas e tecnológicas associadas a ambos os tipos de dispositivos médicos. Posteriormente estudaram-se as normas com as quais os equipamentos devem estar em conformidade para garantir o bom funcionamento. Por fim pesquisou-se quais os requisitos metrológicos, técnicos e os procedimentos de verificação a que os equipamentos devem obedecer. Este documento irá servir como suporte para a aquisição e controlo dos equipamentos médicos aqui estudados, melhorando a sua gestão, manutenção e controlo metrológico.

Diagnóstico de higiene e segurança no trabalho: proposta de medidas correctivas

O trabalho que é de seguida apresentado foi desenvolvido durante o estágio efectuado no Instituto de Desenvolvimento e Inovação Tecnológica (IDIT), tendo em vista a realização de um projecto de fim de Mestrado em Engenharia Química no ramo de Tecnologias de Protecção Ambiental. O projecto teve como principal objectivo a elaboração de um diagnóstico de Segurança, Higiene e Saúde no Trabalho tendo por base as medições de factores de riscos, efectuadas numa empresa pertencente ao sector da alimentação, e o seu respectivo enquadramento legal. A realização deste trabalho consistiu na avaliação de factores físicos e químicos presentes em todas as actividades industriais, que podem constituir riscos para a higiene, saúde e segurança dos trabalhadores. Os factores considerados neste estudo foram: o ruído, a iluminância, as vibrações, o ambiente térmico e os contaminantes químicos. Ao longo do trabalho são apresentados os resultados obtidos nas avaliações efectuadas e a sua análise, que permitiu o conhecimento das condições de trabalho, para as diversas actividades desempenhadas na empresa, revelando as não concordâncias dos factores estudados. Segundo os resultados obtidos conclui-se que a empresa apresenta condições de Higiene, Saúde e Segurança bastantes satisfatórias, apresentando apenas algumas não conformidades, particularmente nos níveis de pressão sonora. No entanto, estas não conformidades podem ser contornadas com a aplicação de medidas correctivas previstas no enquadramento legal que abrange cada factor avaliado. A escassez de tempo não permitiu a elaboração de um diagnóstico de HST completo, uma vez que, uma análise de risco completa necessita de um estudo mais aprofundado na área e uma prática considerável, que não foi possível adquirir até então.

Food consumption, physical activity and socio-economic status related to BMI, waist circumference and waist-to-height ratio in adolescents

Objective: To examine the association between obesity and food group intakes, physical activity and socio-economic status in adolescents. Design: A cross-sectional study was carried out in 2008. Cole’s cut-off points were used to categorize BMI. Abdominal obesity was defined by a waist circumference at or above the 90th percentile, as well as a waist-to-height ratio at or above 0?500. Diet was evaluated using an FFQ, and the food group consumption was categorized using sex-specific tertiles of each food group amount. Physical activity was assessed via a self-report questionnaire. Socio-economic status was assessed referring to parental education and employment status. Data were analysed separately for girls and boys and the associations among food consumption, physical activity, socio-economic status and BMI, waist circumference and waist-to-height ratio were evaluated using logistic regression analysis, adjusting the results for potential confounders. Setting: Public schools in the Azorean Archipelago, Portugal. Subjects: Adolescents (n 1209) aged 15–18 years. Results: After adjustment, in boys, higher intake of ready-to-eat cereals was a negative predictor while vegetables were a positive predictor of overweight/ obesity and abdominal obesity. Active boys had lower odds of abdominal obesity compared with inactive boys. Boys whose mother showed a low education level had higher odds of abdominal obesity compared with boys whose mother presented a high education level. Concerning girls, higher intake of sweets and pastries was a negative predictor of overweight/obesity and abdominal obesity. Girls in tertile 2 of milk intake had lower odds of abdominal obesity than those in tertile 1. Girls whose father had no relationship with employment displayed higher odds of abdominal obesity compared with girls whose father had high employment status. Conclusions: We have found that different measures of obesity have distinct associations with food group intakes, physical activity and socio-economic status.

Relationship of milk intake and physical activity to abdominal obesity among adolescents

Background: Diet and physical activity (PA) are recognized as important factors to prevent abdominal obesity (AO), which is strongly associated with chronic diseases. Some studies have reported an inverse association between milk consumption and AO. Objective: This study examined the association between milk intake, PA and AO in adolescents. Methods: A cross-sectional study was conducted with 1209 adolescents, aged 15–18 from the Azorean Archipelago, Portugal in 2008. AO was defined by a waist circumference at or above the 90th percentile. Adolescent food intake was measured using a semi-quantitative food frequency questionnaire, and milk intake was categorized as ‘low milk intake’ (<2 servings per day) or ‘high milk intake’ ( 2 servings per day). PA was assessed via a self-report questionnaire, and participants were divided into active (>10 points) and low-active groups ( 10 points) on the basis of their reported PA. They were then divided into four smaller groups, according to milk intake and PA: (i) low milk intake/low active; (ii) low milk intake/active; (iii) high milk intake/low active and (iv) high milk intake/active. The association between milk intake, PA and AO was evaluated using logistic regression analysis, and the results were adjusted for demographic, body mass index, pubertal stage and dietary confounders. Results: In this study, the majority of adolescents consumed semi-skimmed or skimmed milk (92.3%). The group of adolescents with high level of milk intake and active had a lower proportion of AO than did other groups (low milk intake/low active: 34.2%; low milk intake/active: 26.9%; high milk intake/low active: 25.7%; high milk intake/active: 21.9%, P = 0.008). After adjusting for confounders, low-active and active adolescents with high levels of milk intake were less likely to have AO, compared with low-active adolescents with low milk intake (high milk intake/low active, odds ratio [OR] = 0.412, 95% confidence intervals [CI]: 0.201– 0.845; high milk intake/active adolescents, OR = 0.445, 95% CI: 0.235–0.845).Conclusion: High milk intake seems to have a protective effect on AO, regardless of PA level

Sistema pericial para suporte à decisão na alocação de recursos de emergência

O panorama atual da emergência e socorro de primeira linha em Portugal, carateriza-se por uma grande aposta ao longo dos últimos anos num incremento contínuo da qualidade e da eficiência que estes serviços prestam às populações locais. Com vista à prossecução do objetivo de melhoria contínua dos serviços, foram realizados ao longo dos últimos anos investimentos avultados ao nível dos recursos técnicos e ao nível da contratação e formação de recursos humanos altamente qualificados. Atualmente as instituições que prestam socorro e emergência de primeira linha estão bem dotadas ao nível físico e ao nível humano dos recursos necessários para fazerem face aos mais diversos tipos de ocorrências. Contudo, ao nível dos sistemas de informação de apoio à emergência e socorro de primeira linha, verifica-se uma inadequação (e por vezes inexistência) de sistemas informáticos capazes de suportar convenientemente o atual contexto de exigência e complexidade da emergência e socorro. Foi feita ao longo dos últimos anos, uma forte aposta na melhoria dos recursos físicos e dos recursos humanos encarregues da resposta àsemergência de primeira linha, mas descurou-se a área da gestão e análise da informação sobre as ocorrências, assim como, o delinear de possíveis estratégias de prevenção que uma análise sistematizada da informação sobre as ocorrências possibilita. Nas instituições de emergência e socorro de primeira linha em Portugal (bombeiros, proteção civil municipal, PSP, GNR, polícia municipal), prevalecem ainda hoje os sistemas informáticos apenas para o registo das ocorrências à posteriori e a total inexistência de sistemas de registo de informação e de apoio à decisão na alocação de recursos que operem em tempo real. A generalidade dos sistemas informáticos atualmente existentes nas instituições são unicamente de sistemas de backoffice, que não aproveitam a todas as potencialidades da informação operacional neles armazenada. Verificou-se também, que a geo-localização por via informática dos recursos físicos e de pontos de interesse relevantes em situações críticas é inexistente a este nível. Neste contexto, consideramos ser possível e importante alinhar o nível dos sistemas informáticos das instituições encarregues da emergência e socorro de primeira linha, com o nível dos recursos físicos e humanos que já dispõem atualmente. Dado que a emergência e socorro de primeira linha é um domínio claramente elegível para a aplicação de tecnologias provenientes dos domínios da inteligência artificial (nomeadamente sistemas periciais para apoio à decisão) e da geo-localização, decidimos no âmbito desta tese desenvolver um sistema informático capaz de colmatar muitas das lacunas por nós identificadas ao nível dos sistemas informáticos destas instituições. Pretendemos colocar as suas plataformas informáticas num nível similar ao dos seus recursos físicos e humanos. Assim, foram por nós identificadas duas áreas chave onde a implementação de sistemas informáticos adequados às reais necessidades das instituições podem ter um impacto muito proporcionar uma melhor gestão e otimização dos recursos físicos e humanos. As duas áreas chave por nós identificadas são o suporte à decisão na alocação dos recursos físicos e a geolocalização dos recursos físicos, das ocorrências e dos pontos de interesse. Procurando fornecer uma resposta válida e adequada a estas duas necessidades prementes, foi desenvolvido no âmbito desta tese o sistema CRITICAL DECISIONS. O sistema CRITICAL DECISIONS incorpora um conjunto de funcionalidades típicas de um sistema pericial, para o apoio na decisão de alocação de recursos físicos às ocorrências. A inferência automática dos recursos físicos, assenta num conjunto de regra de inferência armazenadas numa base de conhecimento, em constante crescimento e atualização, com base nas respostas bem sucedidas a ocorrências passadas. Para suprimir as carências aos nível da geo-localização dos recursos físicos, das ocorrências e dos pontos de interesse, o sistema CRITICAL DECISIONS incorpora também um conjunto de funcionalidades de geo-localização. Estas permitem a geo-localização de todos os recursos físicos da instituição, a geo-localização dos locais e as áreas das várias ocorrências, assim como, dos vários tipos de pontos de interesse. O sistema CRITICAL DECISIONS visa ainda suprimir um conjunto de outras carências por nós identificadas, ao nível da gestão documental (planos de emergência, plantas dos edifícios) , da comunicação, da partilha de informação entre as instituições de socorro e emergência locais, da contabilização dos tempos de serviço, entre outros. O sistema CRITICAL DECISIONS é o culminar de um esforço colaborativo e contínuo com várias instituições, responsáveis pela emergência e socorro de primeira linha a nível local. Esperamos com o sistema CRITICAL DECISIONS, dotar estas instituições de uma plataforma informática atual, inovadora, evolutiva, com baixos custos de implementação e de operação, capaz de proporcionar melhorias contínuas e significativas ao nível da qualidade da resposta às ocorrências, das capacidades de prevenção e de uma melhor otimização de todos os tipos de recursos que têm ao dispor.

A study on security grade assignment model for mobile users in urban computing

The relation between the information/knowledge expression and the physical expression can be involved as one of items for an ambient intelligent computing [2],[3]. Moreover, because there are so many contexts around user/spaces during a user movement, all appplcation which are using AmI for users are based on the relation between user devices and environments. In these situations, it is possible that the AmI may output the wrong result from unreliable contexts by attackers. Recently, establishing a server have been utilizes, so finding secure contexts and make contexts of higher security level for save communication have been given importance. Attackers try to put their devices on the expected path of all users in order to obtain users informationillegally or they may try to broadcast their SPAMS to users. This paper is an extensionof [11] which studies the Security Grade Assignment Model (SGAM) to set Cyber-Society Organization (CSO).

On the adaptation of broadcast transactions in token-passing fieldbus networks with heterogeneous transmission media

Broadcast networks that are characterised by having different physical layers (PhL) demand some kind of traffic adaptation between segments, in order to avoid traffic congestion in linking devices. In many LANs, this problem is solved by the actual linking devices, which use some kind of flow control mechanism that either tell transmitting stations to pause (the transmission) or just discard frames. In this paper, we address the case of token-passing fieldbus networks operating in a broadcast fashion and involving message transactions over heterogeneous (wired or wireless) physical layers. For the addressed case, real-time and reliability requirements demand a different solution to the traffic adaptation problem. Our approach relies on the insertion of an appropriate idle time before a station issuing a request frame. In this way, we guarantee that the linking devices’ queues do not increase in a way that the timeliness properties of the overall system turn out to be unsuitable for the targeted applications.

Taxonomy of fundamental concepts of localization in cyber-physical and sensor networks

Localization is a fundamental task in Cyber-Physical Systems (CPS), where data is tightly coupled with the environment and the location where it is generated. The research literature on localization has reached a critical mass, and several surveys have also emerged. This review paper contributes on the state-of-the-art with the proposal of a new and holistic taxonomy of the fundamental concepts of localization in CPS, based on a comprehensive analysis of previous research works and surveys. The main objective is to pave the way towards a deep understanding of the main localization techniques, and unify their descriptions. Furthermore, this review paper provides a complete overview on the most relevant localization and geolocation techniques. Also, we present the most important metrics for measuring the accuracy of localization approaches, which is meant to be the gap between the real location and its estimate. Finally, we present open issues and research challenges pertaining to localization. We believe that this review paper will represent an important and complete reference of localization techniques in CPS for researchers and practitioners and will provide them with an added value as compared to previous surveys.

A general overview on hybrid and electric vehicles

The economical and environment impacts of fossil energies increased the interest for hybrid, battery and fuel-cell electric vehicles. Several demanding engineering challenges must be faced, motivated by different physical domains integration. This paper aims to present an overview on hybrid (HEV) and electric vehicles (EV) basic structures and features. In addition, it will try to point out some of the most relevant challenges to overcome for HEV and EV may be a solid option for the mobility issue. New developments in energy storage devices and energy management systems (EMS) are crucial to achieve this goal.

Scalable data acquisition for densely instrumented cyber-physical systems

Consider the problem of designing an algorithm for acquiring sensor readings. Consider specifically the problem of obtaining an approximate representation of sensor readings where (i) sensor readings originate from different sensor nodes, (ii) the number of sensor nodes is very large, (iii) all sensor nodes are deployed in a small area (dense network) and (iv) all sensor nodes communicate over a communication medium where at most one node can transmit at a time (a single broadcast domain). We present an efficient algorithm for this problem, and our novel algorithm has two desired properties: (i) it obtains an interpolation based on all sensor readings and (ii) it is scalable, that is, its time-complexity is independent of the number of sensor nodes. Achieving these two properties is possible thanks to the close interlinking of the information processing algorithm, the communication system and a model of the physical world.

Real-time communications over wired/wireless PROFIBUS networks supporting inter-cell mobility

PROFIBUS is an international standard (IEC 61158, EN 50170) for factory-floor communications, with several thousands of installations worldwide. Taking into account the increasing need for mobile devices in industrial environments, one obvious solution is to extend traditional wired PROFIBUS networks with wireless capabilities. In this paper, we outline the major aspects of a hybrid wired/wireless PROFIBUS-based architecture, where most of the design options were made in order to guarantee the real-time behaviour of the overall network. We also introduce the timing unpredictability problems resulting from the co-existence of heterogeneous physical media in the same network. However, the major focus of this paper is on how to guarantee real-time communications in such a hybrid network, where nodes (and whole segments) can move between different radio cells (inter-cell mobility). Assuming a simple mobility management mechanism based on mobile nodes performing periodic radio channel assessment and switching, we propose a methodology to compute values for specific parameters that enable an optimal (minimum) and bounded duration of the handoff procedure.

Highly scalable aggregate computations in cyber-physical systems: physical environment meets communication protocols

In this paper, we focus on large-scale and dense Cyber- Physical Systems, and discuss methods that tightly integrate communication and computing with the underlying physical environment. We present Physical Dynamic Priority Dominance ((PD)2) protocol that exemplifies a key mechanism to devise low time-complexity communication protocols for large-scale networked sensor systems. We show that using this mechanism, one can compute aggregate quantities such as the maximum or minimum of sensor readings in a time-complexity that is equivalent to essentially one message exchange. We also illustrate the use of this mechanism in a more complex task of computing the interpolation of smooth as well as non-smooth sensor data in very low timecomplexity.

How a cyber-physical system can efficiently obtain a snapshot of physical information even in the presence of sensor faults

We present a distributed algorithm for cyber-physical systems to obtain a snapshot of sensor data. The snapshot is an approximate representation of sensor data; it is an interpolation as a function of space coordinates. The new algorithm exploits a prioritized medium access control (MAC) protocol to efficiently transmit information of the sensor data. It scales to a very large number of sensors and it is able to operate in the presence of sensor faults.