Designing real-time systems based on mono-master Profibus-DP networks

Profibus networks are widely used as the communication infrastructure for supporting distributed computer-controlled applications. Most of the times, these applications impose strict real-time requirements. Profibus-DP has gradually become the preferred Profibus application profile. It is usually implemented as a mono-master Profibus network, and is optimised for speed and efficiency. The aim of this paper is to analyse the real-time behaviour of this class of Profibus networks. Importantly, we develop a new methodology for evaluating the worst-case message response time in systems where high-priority and cyclic low-priority Profibus traffic coexist. The proposed analysis constitutes a powerful tool to guarantee prior to runtime the real-time behaviour of a distributed computer-controlled system based on a Profibus network, where the realtime traffic is supported either by high-priority or by cyclic poll Profibus messages.

A pseudo-medium-wide 8-competitive interface for two-level compositional real-time scheduling of constrained- deadline sporadic tasks on a uniprocessor

Compositional real-time scheduling clearly requires that ”normal” real-time scheduling challenges are addressed but challenges intrinsic to compositionality must be addressed as well, in particular: (i) how should interfaces be described? and (ii) how should numerical values be assigned to parameters constituting the interfaces? The real-time systems community has traditionally used narrow interfaces for describing a component (for example, a utilization/bandwidthlike metric and the distribution of this bandwidth in time). In this paper, we introduce the concept of competitive ratio of an interface and show that typical narrow interfaces cause poor performance for scheduling constrained-deadline sporadic tasks (competitive ratio is infinite). Therefore, we explore more expressive interfaces; in particular a class called medium-wide interfaces. For this class, we propose an interface type and show how the parameters of the interface should be selected. We also prove that this interface is 8-competitive.

On a reliable handoff procedure for supporting mobility in wireless sensor networks

Wireless sensor network (WSN) applications such as patients’ health monitoring in hospitals, location-aware ambient intelligence, industrial monitoring /maintenance or homeland security require the support of mobile nodes or node groups. In many of these applications, the lack of network connectivity is not admissible or should at least be time bounded, i.e. mobile nodes cannot be disconnected from the rest of the WSN for an undefined period of time. In this context, we aim at reliable and real-time mobility support in WSNs, for which appropriate handoff and rerouting decisions are mandatory. This paper1 drafts a mechanism and correspondent heuristics for taking reliable handoff decisions in WSNs. Fuzzy logic is used to incorporate the inherent imprecision and uncertainty of the physical quantities at stake.

Using remote experimentation in a large undergraduate course: initial findings

The use of remote labs in undergraduate courses has been reported in literature several times since the mid 90's. Nevertheless, very few articles present results about the correspondent learning gains obtained by students, and in what conditions those systems can be more efficient, thus suggesting a lack of data concerning their pedagogical effectiveness. This paper addresses such a gap by presenting some initial findings concerning the use of a remote lab (VISIR), in a large undergraduate course on Physics, with over 550 students enrolled.

Using VISIR in a large undergraduate course: preliminary assessment results

The use of remote labs in undergraduate courses has been reported in literature several times since the mid 90's. Nevertheless, very few articles present results about the learning gains obtained by students using them, especially with a large number of students, thus suggesting a lack of data concerning their pedagogical effectiveness. This paper addresses such a gap by presenting some preliminary results concerning the use of a remote laboratory, known as VISIR, in a large undergraduate course on Applied Physics, with over 500 students enrolled.

Sistema de Torre de Refrigeração

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química

Evaluating the combination of relaxation and argumentation in ontology matching negotiation

No decorrer dos últimos anos, os agentes (inteligentes) de software foram empregues como um método para colmatar as dificuldades associadas com a gestão, partilha e reutilização de um crescente volume de informação, enquanto as ontologias foram utilizadas para modelar essa mesma informação num formato semanticamente explícito e rico. À medida que a popularidade da Web Semântica aumenta e cada vez informação é partilhada sob a forma de ontologias, o problema de integração desta informação amplifica-se. Em semelhante contexto, não é expectável que dois agentes que pretendam cooperar utilizem a mesma ontologia para descrever a sua conceptualização do mundo. Inclusive pode revelar-se necessário que agentes interajam sem terem conhecimento prévio das ontologias utilizadas pelos restantes, sendo necessário que as conciliem em tempo de execução num processo comummente designado por Mapeamento de Ontologias [1]. O processo de mapeamento de ontologias é normalmente oferecido como um serviço aos agentes de negócio, podendo ser requisitado sempre que seja necessário produzir um alinhamento. No entanto, tendo em conta que cada agente tem as suas próprias necessidades e objetivos, assim como a própria natureza subjetiva das ontologias que utilizam, é possível que tenham diferentes interesses relativamente ao processo de alinhamento e que, inclusive, recorram aos serviços de mapeamento que considerem mais convenientes [1]. Diferentes matchers podem produzir resultados distintos e até mesmo contraditórios, criando-se assim conflitos entre os agentes. É necessário que se proceda então a uma tentativa de resolução dos conflitos existentes através de um processo de negociação, de tal forma que os agentes possam chegar a um consenso relativamente às correspondências que devem ser utilizadas na tradução de mensagens a trocar. A resolução de conflitos é considerada uma métrica de grande importância no que diz respeito ao processo de negociação [2]: considera-se que existe uma maior confiança associada a um alinhamento quanto menor o número de conflitos por resolver no processo de negociação que o gerou. Desta forma, um alinhamento com um número elevado de conflitos por resolver apresenta uma confiança menor que o mesmo alinhamento associado a um número elevado de conflitos resolvidos. O processo de negociação para que dois ou mais agentes gerem e concordem com um alinhamento é denominado de Negociação de Mapeamentos de Ontologias. À data existem duas abordagens propostas na literatura: (i) baseadas em Argumentação (e.g. [3] [4]) e (ii) baseadas em Relaxamento [5] [6]. Cada uma das propostas expostas apresenta um número de vantagens e limitações. Foram propostas várias formas de combinação das duas técnicas [2], com o objetivo de beneficiar das vantagens oferecidas e colmatar as suas limitações. No entanto, à data, não são conhecidas experiências documentadas que possam provar tal afirmação e, como tal, não é possível atestar que tais combinações tragam, de facto, o benefício que pretendem. O trabalho aqui apresentado pretende providenciar tais experiências e verificar se a afirmação de melhorias em relação aos resultados das técnicas individuais se mantém. Com o objetivo de permitir a combinação e de colmatar as falhas identificadas, foi proposta uma nova abordagem baseada em Relaxamento, que é posteriormente combinada com as abordagens baseadas em Argumentação. Os seus resultados, juntamente com os da combinação, são aqui apresentados e discutidos, sendo possível identificar diferenças nos resultados gerados por combinações diferentes e possíveis contextos de utilização.

Fast mobility support in low-power wireless networks: smart-HOP over RPL/6LoWPAN

With the emergence of low-power wireless hardware new ways of communication were needed. In order to standardize the communication between these low powered devices the Internet Engineering Task Force (IETF) released the 6LoWPAN stand- ard that acts as an additional layer for making the IPv6 link layer suitable for the lower-power and lossy networks. In the same way, IPv6 Routing Protocol for Low- Power and Lossy Networks (RPL) has been proposed by the IETF Routing Over Low power and Lossy networks (ROLL) Working Group as a standard routing protocol for IPv6 routing in low-power wireless sensor networks. The research performed in this thesis uses these technologies to implement a mobility process. Mobility management is a fundamental yet challenging area in low-power wireless networks. There are applications that require mobile nodes to exchange data with a xed infrastructure with quality-of-service guarantees. A prime example of these applications is the monitoring of patients in real-time. In these scenarios, broadcast- ing data to all access points (APs) within range may not be a valid option due to the energy consumption, data storage and complexity requirements. An alternative and e cient option is to allow mobile nodes to perform hand-o s. Hand-o mechanisms have been well studied in cellular and ad-hoc networks. However, low-power wireless networks pose a new set of challenges. On one hand, simpler radios and constrained resources ask for simpler hand-o schemes. On the other hand, the shorter coverage and higher variability of low-power links require a careful tuning of the hand-o parameters. In this work, we tackle the problem of integrating smart-HOP within a standard protocol, speci cally RPL. The simulation results in Cooja indicate that the pro- posed scheme minimizes the hand-o delay and the total network overhead. The standard RPL protocol is simply unable to provide a reliable mobility support sim- ilar to other COTS technologies. Instead, they support joining and leaving of nodes, with very low responsiveness in the existence of physical mobility.

Aplicação da metodologia de “lean management” no processo de desenvolvimento de produto

O presente trabalho de dissertação teve como objetivo a implementação de metodologias de Lean Management e avaliação do seu impacto no processo de Desenvolvimento de Produto. A abordagem utilizada consistiu em efetuar uma revisão da literatura e levantamento do Estado da Arte para obter a fundamentação teórica necessária à implementação de metodologias Lean. Prosseguiu com o levantamento da situação inicial da organização em estudo ao nível das atividades de desenvolvimento de produto, práticas de gestão documental e operacional e ainda de atividades de suporte através da realização de inquéritos e medições experimentais. Este conhecimento permitiu criar um modelo de referência para a implementação de Lean Management nesta área específica do desenvolvimento de produto. Após implementado, este modelo foi validado pela sua experimentação prática e recolha de indicadores. A implementação deste modelo de referência permitiu introduzir na Unidade de Desenvolvimento de Produto e Sistemas (DPS) da organização INEGI, as bases do pensamento Lean, contribuindo para a criação de um ambiente de Respeito pela Humanidade e de Melhoria Contínua. Neste ambiente foi possível obter ganhos qualitativos e quantitativos nas várias áreas em estudo, contribuindo de forma global para um aumento da eficiência e eficácia da DPS. Prevê-se que este aumento de eficiência represente um aumento da capacidade instalada na Organização, pela redução anual de 2290 horas de desperdício (6.5% da capacidade total da unidade) e pela redução significativa em custos operacionais. Algumas das implementações de melhoria propostas no decorrer deste trabalho, após verificado o seu sucesso, extravasaram a unidade em estudo e foram aplicadas transversalmente à da organização. Foram também obtidos ganhos qualitativos, tais como a normalização de práticas de gestão documental e a centralização e agilização de fluxos de informação. Isso permitiu um aumento de qualidade dos serviços prestados pela redução de correções e retrabalho. Adicionalmente, com o desenvolvimento de uma nova ferramenta que permite a monitorização do estado atual dos projetos a nível da sua percentagem de execução (cumprimento de objetivos), prazos e custos, bem como a estimação das datas de conclusão dos projetos possibilitando o replaneamento do projeto bem como a detecção atempada de desvios. A ferramenta permite também a criação de um histórico que identifica o esforço horário associado à realização das atividades/tarefas das várias áreas de Desenvolvimento de Produto e desta forma pode ser usada como suporte à orçamentação futura de atividades similares. No decorrer do projeto, foram também criados os mecanismos que permitem o cálculo de indicadores das competências técnicas e motivações intrínsecas individuais da equipa DPS. Estes indicadores podem ser usados na definição por parte dos gestores dos projetos da composição das equipas de trabalho, dos executantes de tarefas individuais do projeto e dos destinatários de ações de formação. Com esta informação é expectável que se consiga um maior aproveitamento do potencial humano e como consequência um aumento do desempenho e da satisfação pessoal dos recursos humanos da organização. Este caso de estudo veio demonstrar que o potencial de melhoria dos processos associados ao desenvolvimento de produto através de metodologias de Lean Management é muito significativo, e que estes resultam em ganhos visíveis para a organização bem como para os seus elementos individualmente.

Sequencing cutting patterns with colored interval graphs

The problem addressed here originates in the industry of flat glass cutting and wood panel sawing, where smaller items are cut from larger items accordingly to predefined cutting patterns. In this type of industry the smaller pieces that are cut from the patterns are piled around the machine in stacks according to the size of the pieces, which are moved to the warehouse only when all items of the same size have been cut. If the cutting machine can process only one pattern at a time, and the workspace is limited, it is desirable to set the sequence in which the cutting patterns are processed in a way to minimize the maximum number of open stacks around the machine. This problem is known in literature as the minimization of open stacks (MOSP). To find the best sequence of the cutting patterns, we propose an integer programming model, based on interval graphs, that searches for an appropriate edge completion of the given graph of the problem, while defining a suitable coloring of its vertices.

Tolerância a falhas em sistemas de tempo-real distribuídos e embebidos

Este documento descreve um modelo de tolerância a falhas para sistemas de tempo-real distribuídos. A sugestão deste modelo tem como propósito a apresentação de uma solu-ção fiável, flexível e adaptável às necessidades dos sistemas de tempo-real distribuídos. A tolerância a falhas é um aspeto extremamente importante na construção de sistemas de tempo-real e a sua aplicação traz inúmeros benefícios. Um design orientado para a to-lerância a falhas contribui para um melhor desempenho do sistema através do melhora-mento de aspetos chave como a segurança, a confiabilidade e a disponibilidade dos sis-temas. O trabalho desenvolvido centra-se na prevenção, deteção e tolerância a falhas de tipo ló-gicas (software) e físicas (hardware) e assenta numa arquitetura maioritariamente basea-da no tempo, conjugada com técnicas de redundância. O modelo preocupa-se com a efi-ciência e os custos de execução. Para isso utilizam-se também técnicas tradicionais de to-lerância a falhas, como a redundância e a migração, no sentido de não prejudicar o tempo de execução do serviço, ou seja, diminuindo o tempo de recuperação das réplicas, em ca-so de ocorrência de falhas. Neste trabalho são propostas heurísticas de baixa complexida-de para tempo-de-execução, a fim de se determinar para onde replicar os componentes que constituem o software de tempo-real e de negociá-los num mecanismo de coordena-ção por licitações. Este trabalho adapta e estende alguns algoritmos que fornecem solu-ções ainda que interrompidos. Estes algoritmos são referidos em trabalhos de investiga-ção relacionados, e são utilizados para formação de coligações entre nós coadjuvantes. O modelo proposto colmata as falhas através de técnicas de replicação ativa, tanto virtual como física, com blocos de execução concorrentes. Tenta-se melhorar ou manter a sua qualidade produzida, praticamente sem introduzir overhead de informação significativo no sistema. O modelo certifica-se que as máquinas escolhidas, para as quais os agentes migrarão, melhoram iterativamente os níveis de qualidade de serviço fornecida aos com-ponentes, em função das disponibilidades das respetivas máquinas. Caso a nova configu-ração de qualidade seja rentável para a qualidade geral do serviço, é feito um esforço no sentido de receber novos componentes em detrimento da qualidade dos já hospedados localmente. Os nós que cooperam na coligação maximizam o número de execuções para-lelas entre componentes paralelos que compõem o serviço, com o intuito de reduzir atra-sos de execução. O desenvolvimento desta tese conduziu ao modelo proposto e aos resultados apresenta-dos e foi genuinamente suportado por levantamentos bibliográficos de trabalhos de in-vestigação e desenvolvimento, literaturas e preliminares matemáticos. O trabalho tem também como base uma lista de referências bibliográficas.

Estudo da turvação em rede de abastecimento de água a alta pressão no grande porto

A turvação é uma das principais preocupações das empresas de rede de distribuição de água potável. Para se saber a sua origem existem diversos mecanismos, sugeridos em bibliografia, que explicam a formação de depósitos de partículas nas tubagens, que se acumulam em camadas sobrepostas, criando entre si forças de coesão. A turvação pode surgir se o caudal ou a velocidade na tubagem aumentar, por alguma razão, pois um aumento da tensão de corte sobre o depósito, pode superar as forças de coesão levando à sua ressuspensão. Esta explicação é traduzida matematicamente pelo modelo PODDS (Prediction of Discolouration in Drinking Water Distribtuion System). O modelo PODDS foi compilado em EPANET recentemente por uma equipa de investigadores da Universidade de Sheffield e foi utilizado para fazer o estudo num ramal da empresa AdDP - Águas do Douro e Paiva, SA. Os resultados das simulações permitirão prever o caudal mínimo teórico a utilizar no ramal que origina o valor limite de turvação. Foram realizados ensaios de variação do caudal no ramal de Jovim-Ramalde para a calibração do modelo. Os parâmetros obtidos foram: Cmáx igual a 100 NTUm, b e n igual a 1, k é igual -1 NTUm3/N, e por fim, P igual a 0,0001 NTUm3/N.s. Após calibração do modelo realizaram-se simulações com atualização das forças de coesão para conhecer o caudal que provocaria a mobilização das partículas até uma turvação de 4 NTU e concluiu-se que o valor seria de 4,32 m3/s. O tempo necessário para regressar a valores inferiores a 1 NTU também foi determinado e 4 horas e 8 minutos foi o valor alcançado. Por fim realizou-se um estudo da influência da temperatura neste modelo e o resultado mostrou que este parâmetro é pouco influente para a gama de temperaturas considerada.

Selective recognition in potentiometric transduction of amoxicillin by molecularly imprinted materials

The indiscriminate use of antibiotics in food-producing animals has received increasing attention as a contributory factor in the international emergence of antibiotic-resistant bacteria (Woodward in Pesticide, veterinary and other residues in food, CRC Press, Boca Raton, 2004). Numerous analytical methods for quantifying antibacterial residues in edible animal products have been developed over years (Woodward in Pesticide, veterinary and other residues in food, CRC Press, Boca Raton, 2004; Botsoglou and Fletouris in Handbook of food analysis, residues and other food component analysis, Marcel Dekker, Ghent, 2004). Being Amoxicillin (AMOX) one of those critical veterinary drugs, efforts have been made to develop simple and expeditious methods for its control in food samples. In literature, only one AMOX-selective electrode has been reported so far. In that work, phosphotungstate:amoxycillinium ion exchanger was used as electroactive material (Shoukry et al. in Electroanalysis 6:914–917, 1994). Designing new materials based on molecularly imprinted polymers (MIPs) which are complementary to the size and charge of AMOX could lead to very selective interactions, thus enhancing the selectivity of the sensing unit. AMOX-selective electrodes used imprinted polymers as electroactive materials having AMOX as target molecule to design a biomimetic imprinted cavity. Poly(vinyl chloride), sensors of methacrylic acid displayed Nernstian slopes (60.7 mV/decade) and low detection limits (2.9 × 10−5 mol/L). The potentiometric responses were not affected by pH within 4–5 and showed good selectivity. The electrodes were applied successfully to the analysis of real samples.

Industrie 4.0 Framework, Challenges and Perspectives

The world is increasingly in a global community. The rapid technological development of communication and information technologies allows the transmission of knowledge in real-time. In this context, it is imperative that the most developed countries are able to develop their own strategies to stimulate the industrial sector to keep up-to-date and being competitive in a dynamic and volatile global market so as to maintain its competitive capacities and by consequence, permits the maintenance of a pacific social state to meet the human and social needs of the nation. The path traced of competitiveness through technological differentiation in industrialization allows a wider and innovative field of research. Already we are facing a new phase of organization and industrial technology that begins to change the way we relate with the industry, society and the human interaction in the world of work in current standards. This Thesis, develop an analysis of Industrie 4.0 Framework, Challenges and Perspectives. Also, an analysis of German reality in facing to approach the future challenge in this theme, the competition expected to win in future global markets, points of domestic concerns felt in its industrial fabric household face this challenge and proposes recommendations for a more effective implementation of its own strategy. The methods of research consisted of a comprehensive review and strategically analysis of existing global literature on the topic, either directly or indirectly, in parallel with the analysis of questionnaires and data analysis performed by entities representing the industry at national and world global placement. The results found by this multilevel analysis, allowed concluding that this is a theme that is only in the beginning for construction the platform to engage the future Internet of Things in the industrial environment Industrie 4.0. This dissertation allows stimulate the need of achievements of more strategically and operational approach within the society itself as a whole to clarify the existing weaknesses in this area, so that the National Strategy can be implemented with effective approaches and planned actions for a direct training plan in a more efficiently path in education for the theme.

Children’s Indoor Exposures to (Ultra)Fine Particles in an Urban Area: Comparison Between School and Home Environments

Due to their detrimental effects on human health, scientific interest in ultrafine particles (UFP), has been increasing but available information is far from comprehensive. Children, who represent one of the most susceptible subpopulation, spend the majority of time in schools and homes. Thus, the aim of this study is to (1) assess indoor levels of particle number concentrations (PNC) in ultrafine and fine (20–1000 nm) range at school and home environments and (2) compare indoor respective dose rates for 3- to 5-yr-old children. Indoor particle number concentrations in range of 20–1000 nm were consecutively measured during 56 d at two preschools (S1 and S2) and three homes (H1–H3) situated in Porto, Portugal. At both preschools different indoor microenvironments, such as classrooms and canteens, were evaluated. The results showed that total mean indoor PNC as determined for all indoor microenvironments were significantly higher at S1 than S2. At homes, indoor levels of PNC with means ranging between 1.09 × 104 and 1.24 × 104 particles/cm3 were 10–70% lower than total indoor means of preschools (1.32 × 104 to 1.84 × 104 particles/cm3). Nevertheless, estimated dose rates of particles were 1.3- to 2.1-fold higher at homes than preschools, mainly due to longer period of time spent at home. Daily activity patterns of 3- to 5-yr-old children significantly influenced overall dose rates of particles. Therefore, future studies focusing on health effects of airborne pollutants always need to account for children’s exposures in different microenvironments such as homes, schools, and transportation modes in order to obtain an accurate representation of children overall exposure.