INDEPTH: timeliness assessment of ethernet/IP-based systems

The continuous improvement of Ethernet technologies is boosting the eagerness of extending their use to cover factory-floor distributed real time applications. Indeed, it is remarkable the considerable amount of research work that has been devoted to the timing analysis of Ethernet-based technologies in the past few years. It happens, however, that the majority of those works are restricted to the analysis of sub-sets of the overall computing and communication system, thus without addressing timeliness in a holistic fashion. To this end, we address an approach, based on simulation, aiming at extracting temporal properties of commercial-off-the-shelf (COTS) Ethernet-based factory-floor distributed systems. This framework is applied to a specific COTS technology, Ethernet/IP. We reason about the modeling and simulation of Ethernet/IP-based systems, and on the use of statistical analysis techniques to provide useful results on timeliness. The approach is part of a wider framework related to the research project INDEPTH NDustrial-Ethernet ProTocols under Holistic analysis.

Partitioned scheduling of multimode systems on multiprocessor platforms: when to do the mode transition?

Systems composed of distinct operational modes are a common necessity for embedded applications with strict timing requirements. With the emergence of multi-core platforms protocols to handle these systems are required in order to provide this basic functionality.In this work a description on the problems of creating an effective mode-transition protocol are presented and it is proven that in some cases previous single-core protocols can not be extended to handle the mode-transition in multi-core.

Estimating the number of nodes in wireless sensor networks

We propose an efficient algorithm to estimate the number of live computer nodes in a network. This algorithm is fully distributed, and has a time-complexity which is independent of the number of computer nodes. The algorithm is designed to take advantage of a medium access control (MAC) protocol which is prioritized; that is, if two or more messages on different nodes contend for the medium, then the node contending with the highest priority will win, and all nodes will know the priority of the winner.

Exact analysis of TDMA with slot skipping

Consider a communication medium shared among a set of computer nodes; these computer nodes issue messages that are requested to be transmitted and they must finish their transmission before their respective deadlines. TDMA/SS is a protocol that solves this problem; it is a specific type of Time Division Multiple Access (TDMA) where a computer node is allowed to skip its time slot and then this time slot can be used by another computer node. We present an algorithm that computes exact queuing times for TDMA/SS in conjunction with Rate-Monotonic (RM) or Earliest- Deadline-First (EDF).

A simulation model for the IEEE 802.15.4 protocol: delay/throughput evaluation of the GTS mechanism

The IEEE 802.15.4 protocol has the ability to support time-sensitive Wireless Sensor Network (WSN) applications due to the Guaranteed Time Slot (GTS) Medium Access Control mechanism. Recently, several analytical and simulation models of the IEEE 802.15.4 protocol have been proposed. Nevertheless, currently available simulation models for this protocol are both inaccurate and incomplete, and in particular they do not support the GTS mechanism. In this paper, we propose an accurate OPNET simulation model, with focus on the implementation of the GTS mechanism. The motivation that has driven this work is the validation of the Network Calculus based analytical model of the GTS mechanism that has been previously proposed and to compare the performance evaluation of the protocol as given by the two alternative approaches. Therefore, in this paper we contribute an accurate OPNET model for the IEEE 802.15.4 protocol. Additionally, and probably more importantly, based on the simulation model we propose a novel methodology to tune the protocol parameters such that a better performance of the protocol can be guaranteed, both concerning maximizing the throughput of the allocated GTS as well as concerning minimizing frame delay.

Collision-free prioritized medium access in the presence of hidden nodes without relying on out-of-band signaling

Consider the problem of sharing a wireless channel between a set of computer nodes. Hidden nodes exist and there is no base station. Each computer node hosts a set of sporadic message streams where a message stream releases messages with real-time deadlines. We propose a collision-free wireless medium access control (MAC) protocol which implements staticpriority scheduling. The MAC protocol allows multiple masters and is fully distributed. It neither relies on synchronized clocks nor out-of-band signaling; it is an adaptation to a wireless channel of the dominance protocol used in the CAN bus. But unlike that protocol, our protocol does not require a node having the ability to receive an incoming bit from the channel while transmitting to the channel. Our protocol has the key feature of not only being prioritized and collision-free but also dealing successfully with hidden nodes. This key feature enables schedulability analysis of sporadic message streams in multihop networks.

Improvement of a filters method in a derivative free optimization

Constraints nonlinear optimization problems can be solved using penalty or barrier functions. This strategy, based on solving the problems without constraints obtained from the original problem, have shown to be e ective, particularly when used with direct search methods. An alternative to solve the previous problems is the lters method. The lters method introduced by Fletcher and Ley er in 2002, , has been widely used to solve problems of the type mentioned above. These methods use a strategy di erent from the barrier or penalty functions. The previous functions de ne a new one that combine the objective function and the constraints, while the lters method treat optimization problems as a bi-objective problems that minimize the objective function and a function that aggregates the constraints. Motivated by the work of Audet and Dennis in 2004, using lters method with derivative-free algorithms, the authors developed works where other direct search meth- ods were used, combining their potential with the lters method. More recently. In a new variant of these methods was presented, where it some alternative aggregation restrictions for the construction of lters were proposed. This paper presents a variant of the lters method, more robust than the previous ones, that has been implemented with a safeguard procedure where values of the function and constraints are interlinked and not treated completely independently.

Real time manufacturing systems simulator

A área da simulação computacional teve um rápido crescimento desde o seu apareciment, sendo actualmente uma das ciências de gestão e de investigação operacional mais utilizadas. O seu princípio baseia-se na replicação da operação de processos ou sistemas ao longo de períodos de tempo, tornando-se assim uma metodologia indispensável para a resolução de variados problemas do mundo real, independentemente da sua complexidade. Das inúmeras áreas de aplicação, nos mais diversos campos, a que mais se destaca é a utilização em sistemas de produção, onde o leque de aplicações disponível é muito vasto. A sua aplicação tem vindo a ser utilizada para solucionar problemas em sistemas de produção, uma vez que permite às empresas ajustar e planear de uma maneira rápida, eficaz e ponderada as suas operações e os seus sistemas, permitindo assim uma rápida adaptação das mesmas às constantes mudanças das necessidades da economia global. As aplicações e packages de simulação têm seguindo as tendências tecnológicas pelo que é notório o recurso a tecnologias orientadas a objectos para o desenvolvimento das mesmas. Este estudo baseou-se, numa primeira fase, na recolha de informação de suporte aos conceitos de modelação e simulação, bem como a respectiva aplicação a sistemas de produção em tempo real. Posteriormente centralizou-se no desenvolvimento de um protótipo de uma aplicação de simulação de ambientes de fabrico em tempo real. O desenvolvimento desta ferramenta teve em vista eventuais fins pedagógicos e uma utilização a nível académico, sendo esta capaz de simular um modelo de um sistema de produção, estando também dotada de animação. Sem deixar de parte a possibilidade de integração de outros módulos ou, até mesmo, em outras plataformas, houve ainda a preocupação acrescida de que a sua implementação recorresse a metodologias de desenvolvimento orientadas a objectos.

Sistema visual para Ground Truth de sistemas autónomos

Este trabalho visa contribuir para o desenvolvimento de um sistema de visão multi-câmara para determinação da localização, atitude e seguimento de múltiplos objectos, para ser utilizado na unidade de robótica do INESCTEC, e resulta da necessidade de ter informação externa exacta que sirva de referência no estudo, caracterização e desenvolvimento de algoritmos de localização, navegação e controlo de vários sistemas autónomos. Com base na caracterização dos veículos autónomos existentes na unidade de robótica do INESCTEC e na análise dos seus cenários de operação, foi efectuado o levantamento de requisitos para o sistema a desenvolver. Foram estudados os fundamentos teóricos, necessários ao desenvolvimento do sistema, em temas relacionados com visão computacional, métodos de estimação e associação de dados para problemas de seguimento de múltiplos objectos . Foi proposta uma arquitectura para o sistema global que endereça os vários requisitos identi cados, permitindo a utilização de múltiplas câmaras e suportando o seguimento de múltiplos objectos, com ou sem marcadores. Foram implementados e validados componentes da arquitectura proposta e integrados num sistema para validação, focando na localização e seguimento de múltiplos objectos com marcadores luminosos à base de Light-Emitting Diodes (LEDs). Nomeadamente, os módulos para a identi cação dos pontos de interesse na imagem, técnicas para agrupar os vários pontos de interesse de cada objecto e efectuar a correspondência das medidas obtidas pelas várias câmaras, método para a determinação da posição e atitude dos objectos, ltro para seguimento de múltiplos objectos. Foram realizados testes para validação e a nação do sistema implementado que demonstram que a solução encontrada vai de encontro aos requisitos, e foram identi cadas as linhas de trabalho para a continuação do desenvolvimento do sistema global.

Development of Biomimetic Robots in the EPS Engineering Programme Capstone Project

This paper proposes the development of biologically inspired robots as the capstone project of the European Project Semester (EPS) framework. EPS is a one semester student centred international programme offered by a group of European engineering schools (EPS Providers) as part of their student exchange programme portfolio. EPS is organized around a central module (the EPS project) and a set of complementary supportive modules. Project proposals refer to open multidisciplinary real world problems. Its purpose is to expose students to problems of a greater dimension and complexity than those faced throughout the degree programme as well as to put them in contact with the socalled real world, in opposition to the academic world. Students are organized in teams, grouping individuals from diverse academic backgrounds and nationalities, and each team is fully responsible for conducting its project. EPS provides an integrated framework for undertaking capstone projects, which is focused on multicultural and multidisciplinary teamwork, communication, problem-solving, creativity, leadership, entrepreneurship, ethical reasoning and global contextual analysis. The design and development of biologically inspired robots allows the students to fulfil the previously described requirements and objectives and, as a result, we recommend the adoption of these projects within the EPS project capstone module for the benefit of engineering students.

Fractional Analysis of the DNA Information

Proceedings of the 12th Conference on 'Dynamical Systems -Theory and Applications'

A Multidimensional scaling perspective of Rostow's forecasts with the Track-record (1960s-2011) of "pioneers" and "latecomers"

Proceedings of the 12th Conference on Dynamical Systems -Theory and Applications

Design a computer programming learning environment for Massive Open Online Courses

Teaching and learning computer programming is as challenging as difficult. Assessing the work of students and providing individualised feedback to all is time-consuming and error prone for teachers and frequently involves a time delay. The existent tools and specifications prove to be insufficient in complex evaluation domains where there is a greater need to practice. At the same time Massive Open Online Courses (MOOC) are appearing revealing a new way of learning, more dynamic and more accessible. However this new paradigm raises serious questions regarding the monitoring of student progress and its timely feedback. This paper provides a conceptual design model for a computer programming learning environment. This environment uses the portal interface design model gathering information from a network of services such as repositories and program evaluators. The design model includes also the integration with learning management systems, a central piece in the MOOC realm, endowing the model with characteristics such as scalability, collaboration and interoperability. This model is not limited to the domain of computer programming and can be adapted to any complex area that requires systematic evaluation with immediate feedback.

Estado da Arte da Computação Evolutiva Aplicada à Eletrónica

A Computação Evolutiva enquadra-se na área da Inteligência Artificial e é um ramo das ciências da computação que tem vindo a ser aplicado na resolução de problemas em diversas áreas da Engenharia. Este trabalho apresenta o estado da arte da Computação Evolutiva, assim como algumas das suas aplicações no ramo da eletrónica, denominada Eletrónica Evolutiva (ou Hardware Evolutivo), enfatizando a síntese de circuitos digitais combinatórios. Em primeiro lugar apresenta-se a Inteligência Artificial, passando à Computação Evolutiva, nas suas principais vertentes: os Algoritmos Evolutivos baseados no processo da evolução das espécies de Charles Darwin e a Inteligência dos Enxames baseada no comportamento coletivo de alguns animais. No que diz respeito aos Algoritmos Evolutivos, descrevem-se as estratégias evolutivas, a programação genética, a programação evolutiva e com maior ênfase, os Algoritmos Genéticos. Em relação à Inteligência dos Enxames, descreve-se a otimização por colônia de formigas e a otimização por enxame de partículas. Em simultâneo realizou-se também um estudo da Eletrónica Evolutiva, explicando sucintamente algumas das áreas de aplicação, entre elas: a robótica, as FPGA, o roteamento de placas de circuito impresso, a síntese de circuitos digitais e analógicos, as telecomunicações e os controladores. A título de concretizar o estudo efetuado, apresenta-se um caso de estudo da aplicação dos algoritmos genéticos na síntese de circuitos digitais combinatórios, com base na análise e comparação de três referências de autores distintos. Com este estudo foi possível comparar, não só os resultados obtidos por cada um dos autores, mas também a forma como os algoritmos genéticos foram implementados, nomeadamente no que diz respeito aos parâmetros, operadores genéticos utilizados, função de avaliação, implementação em hardware e tipo de codificação do circuito.

Multidimensional Scalling Analysis of the World Economy During the Period 1972-2012

The last 40 years of the world economy are analyzed by means of computer visualization methods. Multidimensional scaling and the hierarchical clustering tree techniques are used. The current Western downturn in favor of Asian partners may still be reversed in the coming decades.