On the use of code mobility mechanisms in real-time systems

Applications with soft real-time requirements can benefit from code mobility mechanisms, as long as those mechanisms support the timing and Quality of Service requirements of applications. In this paper, a generic model for code mobility mechanisms is presented. The proposed model gives system designers the necessary tools to perform a statistical timing analysis on the execution of the mobility mechanisms that can be used to determine the impact of code mobility in distributed real-time applications.

Open-ZB: an open-source implementation of the IEEE 802.15.4/ZigBee protocol stack on TinyOS

The IEEE 802.15.4/ZigBee protocols are gaining increasing interests in both research and industrial communities as candidate technologies for Wireless Sensor Network (WSN) applications. In this paper, we present an open-source implementation of the IEEE 802.15.4/Zigbee protocol stack under the TinyOS operating system for the MICAz motes. This work has been driven by the need for an open-source implementation of the IEEE 802.15.4/ZigBee protocols, filling a gap between some newly released complex C implementations and black-box implementations from different manufacturers. In addition, we share our experience on the challenging problem that we have faced during the implementation of the protocol stack on the MICAz motes. We strongly believe that this open-source implementation will potentiate research works on the IEEE 802.15.4/Zigbee protocols allowing their demonstration and validation through experimentation.

Utilization of remote experimentation in mobile devices for education

In this paper the authors intend to demonstrate the utilization of remote experimentation (RE) using mobile computational devices in the Science areas of the elementary school, with the purpose to develop practices that will help in the assimilation process of the subjects taught in classroom seeking to interlink them with the daily students? activities. Allying mobility with RE we intend to minimize the space-temporal barrier giving more availability and speed in the information access. The implemented architecture utilizes technologies and freely distributed softwares with open code resources besides remote experiments developed in the Laboratory of Remote Experimentation (RExLab) of Federal University of Santa Catarina (UFSC), in Brazil, through the physical computation platform of the ?open hardware of construction of our own. The utilization of open code computational tools and the integration of hardware to the 3D virtual worlds, accessible through mobile devices, give to the project an innovative face with a high potential for reproducibility and reusability.

Reverse problem-based learning - a case study with a Braille machine

Engineering Education includes not only teaching theoretical fundamental concepts but also its verification during practical lessons in laboratories. The usual strategies to carry out this action are frequently based on Problem Based Learning, starting from a given state and proceeding forward to a target state. The possibility or the effectiveness of this procedure depends on previous states and if the present state was caused or resulted from earlier ones. This often happens in engineering education when the achieved results do not match the desired ones, e.g. when programming code is being developed or when the cause of the wrong behavior of an electronic circuit is being identified. It is thus important to also prepare students to proceed in the reverse way, i.e. given a start state generate the explanation or even the principles that underlie it. Later on, this sort of skills will be important. For instance, to a doctor making a patient?s story or to an engineer discovering the source of a malfunction. This learning methodology presents pedagogical advantages besides the enhanced preparation of students to their future work. The work presented on his document describes an automation project developed by a group of students in an engineering polytechnic school laboratory. The main objective was to improve the performance of a Braille machine. However, in a scenario of Reverse Problem-Based learning, students had first to discover and characterize the entire machine's function before being allowed (and being able) to propose a solution for the existing problem.

Schem@Doc: a web-based XML schema visualizer

XML Schema is one of the most used specifications for defining types of XML documents. It provides an extensive set of primitive data types, ways to extend and reuse definitions and an XML syntax that simplifies automatic manipulation. However, many features that make XML Schema Definitions (XSD) so interesting also make them rather cumbersome to read. Several tools to visualize and browse schema definitions have been proposed to cope with this issue. The novel approach proposed in this paper is to base XSD visualization and navigation on the XML document itself, using solely the web browser, without requiring a pre-processing step or an intermediate representation. We present the design and implementation of a web-based XML Schema browser called schem@Doc that operates over the XSD file itself. With this approach, XSD visualization is synchronized with the source file and always reflects its current state. This tool fits well in the schema development process and is easy to integrate in web repositories containing large numbers of XSD files.

Implementação de um Array de detetores de radiação ionizante

Atualmente, as radiações ionizantes desempenham um papel fundamental nas áreas de diagnóstico e terapia, estando omnipresentes em ambientes hospitalares. Contudo, devido aos efeitos biológicos adversos da radiação, torna-se essencial a protecção dos profissionais de saúde e pacientes. Consequentemente, um array de detetores capazes de produzir um sinal acústico, aquando da presença de radiação ionizante excedendo determinados valores limite e transmissão via wireless das leituras para um sistema central _e de grande interesse prático. Nesta dissertação, foi implementado um sistema capaz de alimentar um array de sensores de radiação para monitorização de diferentes espaços e transmissão das leituras efetuadas via wireless. A aquisição de dados foi realizada, recorrendo à utilização de um conversor analógico-digital. Vários testes de validação foram realizados, através de vários passos para alcançar a concretização do sistema final, nomeadamente testes relativos ao circuito de detecção, módulos de comunicação wireless, bem como o uso de diferentes ambientes de desenvolvimento integrados (IDE). Os resultados destes testes mostram a visualização e gravação adequadas dos dados relativos aos níveis de radiação, bem como a transmissão de dados de forma viável, permitindo a monitorização de espaços sujeitos à presença de radiação ionizante. Desta forma, um array de contadores Geiger-Müller, ligados a módulos wireless XBee open-source e uma placa Arduino, possibilitou a implementação de um sistema viável e de baixo custo para monitorização de radiação ionizante e registar esses mesmos dados para posterior análise.

Desenvolvimento de um Code Set para a escrita manual baseado na classificação internacional de funcionalidade versão crianças e jovens

Compreender a funcionalidade de uma criança é um desafio persistente em contextos de saúde e educação. Na tentativa de superar esse desafio, em 2007, a Organização Mundial de Saúde desenvolveu a Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde para Crianças e Jovens (CIF-CJ) como o primeiro sistema de classificação universal para documentar a saúde e funcionalidade da criança. Apesar de a CIF-CJ não ser um instrumento de avaliação e intervenção, tem, no entanto, a capacidade de servir de enquadramento para o desenvolvimento de ferramentas adaptadas às necessidades dos seus utilizadores. Considerando que no contexto escolar, a escrita manual encontra-se entre as atividades mais requeridas para a participação plena de uma criança, parece ser pertinente a definição de um conjunto de códigos destinados a caracterizar o perfil de funcionalidade de uma criança, no que se refere à escrita manual. O objetivo deste estudo foi, pois, o desenvolvimento de um conjunto preliminar de códigos baseado na CIF-CJ que possa vir a constituir um code set para a escrita manual. Dada a complexidade do tema e atendendo a que se pretende alcançar consenso entre os especialistas sobre quais as categorias da CIF-CJ que devem ser consideradas, optou-se pela utilização da técnica de Delphi. A escolha da metodologia seguiu a orientação dos procedimentos adotados pelo projeto Core Set CIF. De dezoito profissionais contactados, obtiveram-se respostas de sete terapeutas ocupacionais com experiência em pediatria, que participaram em todas as rondas. No total, três rondas de questionários foram realizadas para atingir um consenso, com um nível de concordância, previamente definido, de 70%. Deste estudo resultou um conjunto preliminar de códigos com 54 categorias da CIF-CJ (16 categorias de segundo nível, 14 categorias de terceiro nível e uma categoria de quarto nível), das quais 31 são categorias das funções do corpo, uma categoria das estruturas do corpo, 12 categorias de atividades e participação e 10 categorias de fatores ambientais. Este estudo é um primeiro passo para o desenvolvimento de um code set para a escrita manual baseado na CIF-CJ , sendo claramente necessário a realização de mais pesquisas no contexto do desenvolvimento e da validação deste code set.

Multi-elemental analysis of ready-to-eat “baby leaf” vegetables using microwave digestion and high-resolution continuum source atomic absorption spectrometry

The mineral content (phosphorous (P), potassium (K), sodium (Na), calcium (Ca), magnesium (Mg), iron (Fe), manganese (Mn), zinc (Zn) and copper (Cu)) of eight ready-to-eat baby leaf vegetables was determined. The samples were subjected to microwave-assisted digestion and the minerals were quantified by High-Resolution Continuum Source Atomic Absorption Spectrometry (HR-CS-AAS) with flame and electrothermal atomisation. The methods were optimised and validated producing low LOQs, good repeatability and linearity, and recoveries, ranging from 91% to 110% for the minerals analysed. Phosphorous was determined by a standard colorimetric method. The accuracy of the method was checked by analysing a certified reference material; results were in agreement with the quantified value. The samples had a high content of potassium and calcium, but the principal mineral was iron. The mineral content was stable during storage and baby leaf vegetables could represent a good source of minerals in a balanced diet. A linear discriminant analysis was performed to compare the mineral profile obtained and showed, as expected, that the mineral content was similar between samples from the same family. The Linear Discriminant Analysis was able to discriminate different samples based on their mineral profile.

Mitochondria are the main source and one of the targets of Pb (lead)-induced oxidative stress in the yeast Saccharomyces cerevisiae

The yeast Saccharomyces cerevisiae is a useful model organism for studying lead (Pb) toxicity. Yeast cells of a laboratory S. cerevisiae strain (WT strain) were incubated with Pb concentrations up to 1,000 μmol/l for 3 h. Cells exposed to Pb lost proliferation capacity without damage to the cell membrane, and they accumulated intracellular superoxide anion (O2 .−) and hydrogen peroxide (H2O2). The involvement of the mitochondrial electron transport chain (ETC) in the generation of reactive oxygen species (ROS) induced by Pb was evaluated. For this purpose, an isogenic derivative ρ0 strain, lacking mitochondrial DNA, was used. The ρ0 strain, without respiratory competence, displayed a lower intracellular ROS accumulation and a higher resistance to Pb compared to the WT strain. The kinetic study of ROS generation in yeast cells exposed to Pb showed that the production of O2 .− precedes the accumulation of H2O2, which is compatible with the leakage of electrons from the mitochondrial ETC. Yeast cells exposed to Pb displayed mutations at the mitochondrial DNA level. This is most likely a consequence of oxidative stress. In conclusion, mitochondria are an important source of Pb-induced ROS and, simultaneously, one of the targets of its toxicity.

Multidimensional scaling visualization of earthquake phenomena

Earthquakes are associated with negative events, such as large number of casualties, destruction of buildings and infrastructures, or emergence of tsunamis. In this paper, we apply the Multidimensional Scaling (MDS) analysis to earthquake data. MDS is a set of techniques that produce spatial or geometric representations of complex objects, such that, objects perceived to be similar/distinct in some sense are placed nearby/distant on the MDS maps. The interpretation of the charts is based on the resulting clusters since MDS produces a different locus for each similarity measure. In this study, over three million seismic occurrences, covering the period from January 1, 1904 up to March 14, 2012 are analyzed. The events, characterized by their magnitude and spatiotemporal distributions, are divided into groups, either according to the Flinn–Engdahl seismic regions of Earth or using a rectangular grid based in latitude and longitude coordinates. Space-time and Space-frequency correlation indices are proposed to quantify the similarities among events. MDS has the advantage of avoiding sensitivity to the non-uniform spatial distribution of seismic data, resulting from poorly instrumented areas, and is well suited for accessing dynamics of complex systems. MDS maps are proven as an intuitive and useful visual representation of the complex relationships that are present among seismic events, which may not be perceived on traditional geographic maps. Therefore, MDS constitutes a valid alternative to classic visualization tools, for understanding the global behavior of earthquakes.

Dynamic Analysis and Pattern Visualization of Forest Fires

This paper analyses forest fires in the perspective of dynamical systems. Forest fires exhibit complex correlations in size, space and time, revealing features often present in complex systems, such as the absence of a characteristic length-scale, or the emergence of long range correlations and persistent memory. This study addresses a public domain forest fires catalogue, containing information of events for Portugal, during the period from 1980 up to 2012. The data is analysed in an annual basis, modelling the occurrences as sequences of Dirac impulses with amplitude proportional to the burnt area. First, we consider mutual information to correlate annual patterns. We use visualization trees, generated by hierarchical clustering algorithms, in order to compare and to extract relationships among the data. Second, we adopt the Multidimensional Scaling (MDS) visualization tool. MDS generates maps where each object corresponds to a point. Objects that are perceived to be similar to each other are placed on the map forming clusters. The results are analysed in order to extract relationships among the data and to identify forest fire patterns.

Identificação forense de ossadas por tomografia computorizada

A antropologia forense é uma disciplina das ciências forenses que trata da análise de restos cadavéricos humanos para fins legais. Uma das suas aplicações mais populares é a identificação forense que consiste em determinar o perfil biológico (idade, sexo, ancestralidade e estatura) de um indivíduo. No entanto, este processo muitas vezes é dificultado quando o corpo se encontra em avançado estado de decomposição apenas existindo restos esqueléticos. Neste caso, áreas médicas comummente utilizadas na identificação de cadáveres, como a patologia, tem de ser descartadas e surge a necessidade de aplicar outras técnicas. Neste contexto, muitos métodos antropométricos são propostos de forma a caracterizar uma pessoa através do seu esqueleto. Contudo, constata-se que a maioria dos procedimentos sugeridos é baseada em equipamentos básicos de medição, não usufruindo da tecnologia contemporânea. Assim, em parceria com a Delegação Norte do NMLCF, I. P., esta Tese teve na sua génese a criação de um sistema computacional baseado em imagens de Tomografia Computorizada (TC) de ossadas que, através de ferramentas open source, permita a realização de identificação forense. O trabalho apresentado baseia-se no processo de gestão de informação, aquisição, processamento e visualização de imagens TC. No decorrer da realização da presente Tese foi desenvolvida uma base de dados que permite organizar a informação de cada ossada e foram implementados algoritmos que levam a uma extracção de características muito mais vasta que a efetuada manualmente com os equipamentos de medição clássicos. O resultado final deste estudo consistiu num conjunto de técnicas que poderão ser englobadas num sistema computacional de identificação forense e deste modo criar uma aplicação com vantagens tecnológicas evidentes.

Modelação numérica de uma caldeira doméstica a pellets

A biomassa é uma das fontes de energia renovável com maior potencial em Portugal, sendo a capacidade de produção de pellets de biomassa atualmente instalada superior a 1 milhão de toneladas/ano. Contudo, a maioria desta produção destina-se à exportação ou à utilização em centrais térmicas a biomassa, cujo crescimento tem sido significativo nos últimos anos, prevendo-se que a capacidade instalada em 2020 seja de aproximadamente 250 MW. O mercado português de caldeiras a pellets é bastante diversificado. O estudo que realizamos permitiu concluir que cerca de 90% das caldeiras existentes no mercado português têm potências inferiores a 60 kW, possuindo na sua maioria grelha fixa (81%), com sistema de ignição eléctrica (92%) e alimentação superior do biocombustível sólido (94%). O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um modelo para simulação de uma caldeira a pellets de biomassa, que para além de permitir otimizar o projeto e operação deste tipo de equipamento, permitisse avaliar as inovações tecnológicas nesta área. Para tal recorreu-se o BiomassGasificationFoam, um código recentemente publicado, e escrito para utilização com o OpenFOAM, uma ferramenta computacional de acesso livre, que permite a simulação dos processos de pirólise, gasificação e combustão de biomassa. Este código, que foi inicialmente desenvolvido para descrever o processo de gasificação na análise termogravimétrica de biomassa, foi por nós adaptado para considerar as reações de combustão em fase gasosa dos gases libertados durante a pirólise da biomassa (recorrendo para tal ao solver reactingFoam), e ter a possibilidade de realizar a ignição da biomassa, o que foi conseguido através de uma adaptação do código de ignição do XiFoam. O esquema de ignição da biomassa não se revelou adequado, pois verificou-se que a combustão parava sempre que a ignição era inativada, independentemente do tempo que ela estivesse ativa. Como alternativa, usaram-se outros dois esquemas para a combustão da biomassa: uma corrente de ar quente, e uma resistência de aquecimento. Ambos os esquemas funcionaram, mas nunca foi possível fazer com que a combustão fosse autossustentável. A análise dos resultados obtidos permitiu concluir que a extensão das reações de pirólise e de gasificação, que são ambas endotérmicas, é muito pequena, pelo que a quantidade de gases libertados é igualmente muito pequena, não sendo suficiente para libertar a energia necessária à combustão completa da biomassa de uma maneira sustentável. Para tentar ultrapassar esta dificuldade foram testadas várias alternativas, , que incluíram o uso de diferentes composições de biomassa, diferentes cinéticas, calores de reação, parâmetros de transferência de calor, velocidades do ar de alimentação, esquemas de resolução numérica do sistema de equações diferenciais, e diferentes parâmetros dos esquemas de resolução utilizados. Todas estas tentativas se revelaram infrutíferas. Este estudo permitiu concluir que o solver BiomassGasificationFoam, que foi desenvolvido para descrever o processo de gasificação de biomassa em meio inerte, e em que a biomassa é aquecida através de calor fornecido pelas paredes do reator, aparentemente não é adequado à descrição do processo de combustão da biomassa, em que a combustão deve ser autossustentável, e em que as reações de combustão em fase gasosa são importantes. Assim, é necessário um estudo mais aprofundado que permita adaptar este código à simulação do processo de combustão de sólidos porosos em leito fixo.

Dynamic Analysis and Pattern Visualization of Forest Fires

This paper analyses forest fires in the perspective of dynamical systems. Forest fires exhibit complex correlations in size, space and time, revealing features often present in complex systems, such as the absence of a characteristic length-scale, or the emergence of long range correlations and persistent memory. This study addresses a public domain forest fires catalogue, containing information of events for Portugal, during the period from 1980 up to 2012. The data is analysed in an annual basis, modelling the occurrences as sequences of Dirac impulses with amplitude proportional to the burnt area. First, we consider mutual information to correlate annual patterns. We use visualization trees, generated by hierarchical clustering algorithms, in order to compare and to extract relationships among the data. Second, we adopt the Multidimensional Scaling (MDS) visualization tool. MDS generates maps where each object corresponds to a point. Objects that are perceived to be similar to each other are placed on the map forming clusters. The results are analysed in order to extract relationships among the data and to identify forest fire patterns.

Dynamical Analysis and Visualization of Tornadoes Time Series

In this paper we analyze the behavior of tornado time-series in the U.S. from the perspective of dynamical systems. A tornado is a violently rotating column of air extending from a cumulonimbus cloud down to the ground. Such phenomena reveal features that are well described by power law functions and unveil characteristics found in systems with long range memory effects. Tornado time series are viewed as the output of a complex system and are interpreted as a manifestation of its dynamics. Tornadoes are modeled as sequences of Dirac impulses with amplitude proportional to the events size. First, a collection of time series involving 64 years is analyzed in the frequency domain by means of the Fourier transform. The amplitude spectra are approximated by power law functions and their parameters are read as an underlying signature of the system dynamics. Second, it is adopted the concept of circular time and the collective behavior of tornadoes analyzed. Clustering techniques are then adopted to identify and visualize the emerging patterns.