Implementation of a dominance protocol for wireless medium access

Consider the problem of scheduling sporadic message transmission requests with deadlines. For wired channels, this has been achieved successfully using the CAN bus. For wireless channels, researchers have recently proposed a similar solution; a collision-free medium access control (MAC) protocol that implements static-priority scheduling. Unfortunately no implementation has been reported, yet. We implement and evaluate it to find that the implementation indeed is collision-free and prioritized. This allows us to develop schedulability analysis for the implementation. We measure the response times of messages in our implementation and find that our new response-time analysis indeed offers an upper bound on the response times. This enables a new class of wireless real-time systems with timeliness guarantees for sporadic messages and it opens-up a new research area: schedulability analysis for wireless networks.

On the performance limits of slotted CSMA/CA in IEEE 802.15.4 for broadcast transmissions in wireless sensor networks

The IEEE 802.15.4 has been adopted as a communication protocol standard for Low-Rate Wireless Private Area Networks (LRWPANs). While it appears as a promising candidate solution for Wireless Sensor Networks (WSNs), its adequacy must be carefully evaluated. In this paper, we analyze the performance limits of the slotted CSMA/CA medium access control (MAC) mechanism in the beacon-enabled mode for broadcast transmissions in WSNs. The motivation for evaluating the beacon-enabled mode is due to its flexibility and potential for WSN applications as compared to the non-beacon enabled mode. Our analysis is based on an accurate simulation model of the slotted CSMA/CA mechanism on top of a realistic physical layer, with respect to the IEEE 802.15.4 standard specification. The performance of the slotted CSMA/CA is evaluated and analyzed for different network settings to understand the impact of the protocol attributes (superframe order, beacon order and backoff exponent), the number of nodes and the data frame size on the network performance, namely in terms of throughput (S), average delay (D) and probability of success (Ps). We also analytically evaluate the impact of the slotted CSMA/CA overheads on the saturation throughput. We introduce the concept of utility (U) as a combination of two or more metrics, to determine the best offered load range for an optimal behavior of the network. We show that the optimal network performance using slotted CSMA/CA occurs in the range of 35% to 60% with respect to an utility function proportional to the network throughput (S) divided by the average delay (D).

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.

Collision-free prioritized medium access control in wireless networks with hidden nodes

We propose a collision-free medium access control (MAC) protocol, which implements static-priority scheduling and works in the presence of hidden nodes. The MAC protocol allows multiple masters and is fully distributed; 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 sense the channel while transmitting to the channel. Our protocol is collision-free even in the presence of hidden nodes and it achieves this without synchronized clocks or out-of-band busy tones. In addition, the protocol is designed to ensure that many non-interfering nodes can transmit in parallel and it functions for both broadcast and unicast transmissions.

Análise bilateral do timing de ativação dos músculos transverso abdominal/oblíquo interno durante o movimento rápido de flexão de cada membro superior – dominante e não-dominante

Introdução: Por mais de uma década assumiu-se que o transverso abdominal/oblíquo interno (TrA/OI) se comportava como um ventre muscular único, pré-ativando-se bilateralmente de forma simultânea para aumentar a stiffness da coluna lombar, conferindo-lhe estabilidade segmentar durante o movimento de um dos membros superiores. À luz dos estudos atuais sabe-se que tal mecanismo não ocorre, uma vez que o TrA/OI apresenta uma ativação por mecanismo de feedforward predominantemente contralateral ao membro superior movido. Apesar de morfologicamente o TrA/OI do lado não-dominante ser mais hipertrofiado do que o do lado dominante, nada se sabe acerca da influência da dominância nos timings ativação do TrA/OI. Objectivos: Confirmar se o TrA/OI tem um timing de ativação assimétrico durante o movimento rápido de flexão do membro superior (MRMS). Pretende-se ainda avaliar se o timing de ativação do TrA/OI é influenciado pela dominância de lateralidade manual. Métodos: Efectuou-se um estudo observacional descritivo, transversal e duplamente cego com 32 atletas de futebol voluntários com membro superior direito dominante, colocando-os apenas num grupo. Procedeu-se à recolha do sinal eletromiográfico de forma a avaliar os timings de ativação do TrA/OI bilateralmente aquando dos movimentos rápidos de flexão de ambos os membros superiores, à vez. Todos os dados foram tratados estatisticamente com o programa SPSS, versão 20.0 para Mac OS, com um grau de significância de 0,05. Resultados: Verificaram-se diferenças nos timings de ativação dos TrA/OI direito e esquerdo durante os MRMS direito e esquerdo (Teste ANOVA medidas repetidas: F=291,087; p<0,001). O timing de ativação do TrA/OI direito – 29,15(13,15)ms – foi superior ao esquerdo – 4,71(17,32)ms – durante MRMS direito (Teste Post Hoc Bonferroni: p<0,001). O timing de ativação do TrA/OI esquerdo – 31,98(12,50)ms – foi superior ao direito – 12,20(17,40)ms – durante MRMS esquerdo (p<0,001). O timing de ativação do TrA/IO direito aquando do MRMS direito foi superior ao observado durante MRMS esquerdo (p<0,001). O contrário sucedeu em relação ao timing ativação do TrA/IO esquerdo (p<0,001). O timing de ativação do TrA/IO esquerdo no MRMS direito foi inferior ao do TrA/IO direito aquando do movimento com o membro esquerdo (p<0,001). O TrA/IO direito possuiu um timing de ativação no MRMS direito inferior ao do TrA/IO esquerdo aquando do movimento com o membro esquerdo (p<0,001). Conclusão: Através deste estudo pôde-se concluir que o TrA/OI contralateral ao MRMS apresenta um timing de ativação inferior ao ipsilateral e ainda que durante o MRMS dominante o TrA/OI esquerdo e direito apresentam um timing de ativação inferior ao ocorrido durante o MRMS não-dominante.

Análise da capacidade vital e da máxima capacidade de insuflação: relação com a função bulbar nos doentes com Esclerose Lateral Amiotrófica

Introdução: A Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA) é considerada uma das doenças neuromusculares (DNM) com características mais limitantes e fatais, sendo caracterizada por fraqueza muscular progressiva. Objectivo: Analisar a evolução da Capacidade Vital e da Máxima Capacidade Inspiratória em doentes com ELA e a sua relação causal com a função bulbar. Procedimentos: A partir de uma população alvo de 203 pacientes com ELA, foram incluídos no estudo aqueles que tinham entre 2 a 4 testes de função respiratória considerados válidos (CV <2000ml) perfazendo um total de 22 indivíduos. As medidas CV e MCI foram analisadas. Resultados: A CV diminuiu ao longo do tempo (media±desvio padrão no 1ºmomento de avaliação =1779,5±692,3; media±desvio padrão no 4ºmomento de avaliação =1108,6±475,7). O comportamento da MCI foi mais estável ao longo dos 4 momentos de avaliação. Avaliou-se a correlação entre as duas variáveis, destacando-se a relação existente entre as duas nos doentes bulbares (coeficiente = 1). Quando avaliada a diferença entre a CV e a MCI, verificamos que o nível de significância no grupo (n=22) aumentou ao longo do tempo. Ao comparamos esta diferença por subgrupos, registou-se uma diferença significativa apenas nos doentes bulbares (1ºmomento – p=0,008 e último momento de avaliação – p 0). Conclusão: Nos doentes com disfunção bulbar a CV diminui ao longo do tempo. A relação entre MCI e CV é um bom factor preditivo da evolução e prognóstico da doença e de diagnóstico do envolvimento da musculatura bulbar.

Antibacterial activity of Ionic Liquids based on ampicillin against resistant bacteria

Antibacterial activity of novel Active Pharmaceutical Ingredient Ionic Liquids (API-ILs) based on ampicillin anion [Amp] have been evaluated. They showed growth inhibition and bactericidal properties on some sensitive bacteria and especially some Gram-negative resistant bacteria when compared to the [Na][Amp] and the initial bromide and chloride salts. For these studies were analysed the minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBIC) against sensitive Gram-negative bacteria Escherichia coli ATCC 25922 and Klebsiella pneumonia (clinically isolated), as well as sensitive Gram positive S. Aureus ATCC 25923, Staphylococcus epidermidis and Enterococcus faecalis and completed using clinically isolated resistent strains: E. coli TEM CTX M9, E. coli CTX M2 and E. coli AmpC Mox. From the obtained MIC values of studied APIs-ILs and standard [Na][Amp] were derived RDIC values (relative decrease of inhibitory concentration). High RDIC values of [C16Pyr][Amp] especially against two resistant Gram-negative strains E. coli TEM CTX M9 (RDIC>1000) and E. coli CTX M2 (RDIC>100) point clearly to a potential promising role of APIs-ILs as antimicrobial drugs especially against resistant bacterial strains.

Modulação do estado redox em bactérias por quinoxalinas

As quinoxalinas são compostos heterocíclicos que têm, entre outras, capacidades antimicrobianas, inclusivamente contra bactérias resistentes aos antimicrobianos convencionais. Os mecanismos pelos quais estes compostos exercem a sua atividade ainda não está completamente esclarecido. O objetivo do presente estudo é avaliar o efeito redox em sinergismo/antagonismo com as quinoxalinas em modelos de bactérias com e sem resistências a antimicrobianos. No que se refere aos compostos foram utilizados a quinoxalina 1,4-dióxido (QNX), 2-metil-3-benzilquinoxalina-1,4-dióxido (2M3BQNX), 2-metilquinoxalina-1,4-dióxido (2MQNX) e a 2-amino-3-cianoquinoxalina-1,4-dióxido (2A3CQNX). Quanto aos modelos procariotas, foram utilizados a Salmonella enterica, Klebsiella pneumoniae, Enterococcus faecalis, Staphylococcus saprophyticus, Enterobacter aerogenes, Enterobacter cloacae, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Methicillin-resistant Staphylococcus aureus ATCC 43300, Escherichia coli TEM 201 e Escherichia coli TEM 180. Nos compostos químicos em que se verificou a Concentração Mínima Inibitória (CMI), realizou-se o estudo do comportamento do crescimento bacteriano. Relativamente ao estado redox, foi avaliado para cada estirpe sensível, através do rácio GSH/GSSG, nas doses inibitórias e não inibitórias de cada composto. Os resultados apresentam que todos os compostos testados, à exceção do 2M3BQNX, têm atividade antimicrobiana na maioria das estirpes, excetuando a E. faecalis e a S. saprophyticus. Os rácios GSH/GSSG apontam para o efeito oxidante em K. pneumoniae e S. enterica e antioxidante na E. aerogenes. A conclusão do estudo sugere que os compostos apresentam elevada capacidade antibacteriana e influência no equilíbrio redox das bactérias, podendo contribuir para o esclarecimento do mecanismo de ação dos derivados das quinoxalinas 1-4 dióxido, nas bactérias.

Integração modular em visualizadores médicos e aposição da marcação CE do Dispositivo Médico

Neste documento ´e feita a descrição detalhada da integração modular de um script no software OsiriX. O objectivo deste script ´e determinar o diâmetro central da artéria aorta a partir de uma Tomografia Computorizada. Para tal são abordados conceitos relacionados com a temática do processamento de imagem digital, tecnologias associadas, e.g., a norma DICOM e desenvolvimento de software. Como estudo preliminar, são analisados diversos visualizadores de imagens médica, utilizados para investigação ou mesmo comercializados. Foram realizadas duas implementações distintas do plugin. A primeira versão do plugin faz a invocação do script de processamento usando o ficheiro de estudo armazenado em disco; a segunda versão faz a passagem de dados através de um bloco de memória partilhada e utiliza o framework Java Native Interface. Por fim, é demonstrado todo o processo de aposição da Marcação CE de um dispositivo médico de classe IIa e obtenção da declaração de conformidade por parte de um Organismo Notificado. Utilizaram-se os Sistemas Operativos Mac OS X e Linux e as linguagens de programação Java, Objective-C e Python.

Aplicação para intervenção em terapia ocupacional com o Leap Motion

O projeto “À Descoberta das Ilhas” surge das lacunas de atenção e motivação por parte das crianças na realização de exercícios na terapia ocupacional, aliadas a uma subjetividade na análise do seu progresso. Direcionado para crianças com dificuldades de integração bilateral motora, com idades compreendidas entre os cinco e nove anos, este projeto tem como base um jogo 3D para as plataformas Windows, Mac OS X e Linux, controlado com os movimentos dos membros superiores através do dispositivo Leap Motion. Através do controlo de um avião, a criança descobre várias ilhas e desbloqueia componentes do mesmo, alcançando os diversos bónus e checkpoints ao longo de cada percurso. Ao terapeuta são apresentados gráficos com dados obtidos pelo dispositivo aquando do momento lúdico da criança que permitem acompanhar a sua evolução a cada nível. O sucesso no cumprimento dos objetivos do projeto permitiu confirmar a utilidade da aplicação na intervenção e avaliação do público-alvo.

A Green Approach for Selfish Misbehavior Detection in 802.11-Based Wireless Networks

IEEE 802.11 is one of the most well-established and widely used standard for wireless LAN. Its Medium Access control (MAC) layer assumes that the devices adhere to the standard’s rules and timers to assure fair access and sharing of the medium. However, wireless cards driver flexibility and configurability make it possible for selfish misbehaving nodes to take advantages over the other well-behaving nodes. The existence of selfish nodes degrades the QoS for the other devices in the network and may increase their energy consumption. In this paper we propose a green solution for selfish misbehavior detection in IEEE 802.11-based wireless networks. The proposed scheme works in two phases: Global phase which detects whether the network contains selfish nodes or not, and Local phase which identifies which node or nodes within the network are selfish. Usually, the network must be frequently examined for selfish nodes during its operation since any node may act selfishly. Our solution is green in the sense that it saves the network resources as it avoids wasting the nodes energy by examining all the individual nodes of being selfish when it is not necessary. The proposed detection algorithm is evaluated using extensive OPNET simulations. The results show that the Global network metric clearly indicates the existence of a selfish node while the Local nodes metric successfully identified the selfish node(s). We also provide mathematical analysis for the selfish misbehaving and derived formulas for the successful channel access probability.

CANDi: context-aware node discovery for short-range cooperation

Multi-standard mobile devices are allowing users to enjoy higher data rates with ubiquitous connectivity. However, the benefits gained from multiple interfaces come at an expense—that being higher energy consumption in an era where mobile devices need to be energy compliant. One promising solution is the usage of short-range cooperative communication as an overlay for infrastructure-based networks taking advantage of its context information. However, the node discovery mechanism, which is pivotal to the bearer establishment process, still represents a major burden in terms of the total energy budget. In this paper, we propose a technology agnostic approach towards enhancing the MAC energy ratings by presenting a context-aware node discovery (CANDi) algorithm, which provides a priori knowledge towards the node discovery mechanism by allowing it to search nodes in the near vicinity at the ‘right time and at the right place’. We describe the different beacons required for establishing the cooperation, as well as the context information required, including battery level, modes, location and so on. CANDi uses the long-range network (WiMAX and WiFi) to distribute the context information about cooperative clusters (Ultra-wideband-based) in the vicinity. The searching nodes can use this context in locating the cooperative clusters/nodes, which facilitates the establishing of short-range connections. Analytical and simulation results are obtained, and the energy saving gains are further demonstrated in the laboratory using a customised testbed. CANDi saves up to 50% energy during the node discovery process, while the demonstrative testbed shows up to 75% savings in the total energy budget, thus validating the algorithm, as well as providing viable evidence to support the usage of short-range cooperative communications for energy savings.

Feature Extraction in Densely Sensed Environments: Extensions to Multiple Broadcast Domains

The vision of the Internet of Things (IoT) includes large and dense deployment of interconnected smart sensing and monitoring devices. This vast deployment necessitates collection and processing of large volume of measurement data. However, collecting all the measured data from individual devices on such a scale may be impractical and time consuming. Moreover, processing these measurements requires complex algorithms to extract useful information. Thus, it becomes imperative to devise distributed information processing mechanisms that identify application-specific features in a timely manner and with a low overhead. In this article, we present a feature extraction mechanism for dense networks that takes advantage of dominance-based medium access control (MAC) protocols to (i) efficiently obtain global extrema of the sensed quantities, (ii) extract local extrema, and (iii) detect the boundaries of events, by using simple transforms that nodes employ on their local data. We extend our results for a large dense network with multiple broadcast domains (MBD). We discuss and compare two approaches for addressing the challenges with MBD and we show through extensive evaluations that our proposed distributed MBD approach is fast and efficient at retrieving the most valuable measurements, independent of the number sensor nodes in the network.

Social Media Integration in Video Games GameNshare: A Social Overlay for Desktop Games

The ever increasing popularity of social media makes it a promising source for the personalization of gameplay experiences. Furthermore, involving social network friends in a game can greatly enrich the satisfaction of the player and also attract potential novel players to a game. This master thesis describes a social overlay designed for desktop games, called GameNshare. It allows players to easily capture and share with multiple social networks game-related screenshots, videos and stories. Additionally, it also provides asynchronous multiplayer game mechanics to directly integrate social network friends in the game. GameNshare was designed to interact with the users in a non-intrusive way allowing them to be in complete control of what is shared. It prevents unsolicited sharing of messages, a key problem in social media integration tools, by the use of built-in message monitoring and anti-spam measures. GameNshare was specially designed for players aged from 18 to 25 years that are regular users of Twitter and Facebook. It was tested by a group of 10 individuals from the target age range that were surveyed to capture their insights on the use of the social overlay. The implemented GameNshare features were well accepted by the testers that were also useful in highlighting features for future development. GameNshare ultimate goal is to make players look and ask for social integration and allow them to take full advantage of their social communities to improve gaming experiences.