On the use of the ZigBee protocol for wireless sensor networks

This project was developed within the ART-WiSe framework of the IPP-HURRAY group (http://www.hurray.isep.ipp.pt), at the Polytechnic Institute of Porto (http://www.ipp.pt). The ART-WiSe – Architecture for Real-Time communications in Wireless Sensor networks – framework (http://www.hurray.isep.ipp.pt/art-wise) aims at providing new communication architectures and mechanisms to improve the timing performance of Wireless Sensor Networks (WSNs). The architecture is based on a two-tiered protocol structure, relying on existing standard communication protocols, namely IEEE 802.15.4 (Physical and Data Link Layers) and ZigBee (Network and Application Layers) for Tier 1 and IEEE 802.11 for Tier 2, which serves as a high-speed backbone for Tier 1 without energy consumption restrictions. Within this trend, an application test-bed is being developed with the objectives of implementing, assessing and validating the ART-WiSe architecture. Particularly for the ZigBee protocol case; even though there is a strong commercial lobby from the ZigBee Alliance (http://www.zigbee.org), there is neither an open source available to the community for this moment nor publications on its adequateness for larger-scale WSN applications. This project aims at fulfilling these gaps by providing: a deep analysis of the ZigBee Specification, mainly addressing the Network Layer and particularly its routing mechanisms; an identification of the ambiguities and open issues existent in the ZigBee protocol standard; the proposal of solutions to the previously referred problems; an implementation of a subset of the ZigBee Network Layer, namely the association procedure and the tree routing on our technological platform (MICAz motes, TinyOS operating system and nesC programming language) and an experimental evaluation of that routing mechanism for WSNs.

Analysis of financial data series using fractional Fourier transform and multidimensional scaling

The goal of this study is the analysis of the dynamical properties of financial data series from worldwide stock market indexes during the period 2000–2009. We analyze, under a regional criterium, ten main indexes at a daily time horizon. The methods and algorithms that have been explored for the description of dynamical phenomena become an effective background in the analysis of economical data. We start by applying the classical concepts of signal analysis, fractional Fourier transform, and methods of fractional calculus. In a second phase we adopt the multidimensional scaling approach. Stock market indexes are examples of complex interacting systems for which a huge amount of data exists. Therefore, these indexes, viewed from a different perspectives, lead to new classification patterns.

A simple approach to numerical modelling of propane combustion in fluidized beds

A mathematical model is proposed for the evolution of temperature, chemical composition, and energy release in bubbles, clouds, and emulsion phase during combustion of gaseous premixtures of air and propane in a bubbling fluidized bed. The analysis begins as the bubbles are formed at the orifices of the distributor, until they explode inside the bed or emerge at the free surface of the bed. The model also considers the freeboard region of the fluidized bed until the propane is thoroughly burned. It is essentially built upon the quasi-global mechanism of Hautman et al. (1981) and the mass and heat transfer equations from the two-phase model of Davidson and Harrison (1963). The focus is not on a new modeling approach, but on combining the classical models of the kinetics and other diffusional aspects to obtain a better insight into the events occurring inside a fluidized bed reactor. Experimental data are obtained to validate the model by testing the combustion of commercial propane, in a laboratory-scale fluidized bed, using four sand particle sizes: 400–500, 315–400, 250–315, and 200–250 µm. The mole fractions of CO2, CO, and O2 in the flue gases and the temperature of the fluidized bed are measured and compared with the numerical results.

Calculation of fractional derivatives of noisy data with genetic algorithms

This paper addresses the calculation of derivatives of fractional order for non-smooth data. The noise is avoided by adopting an optimization formulation using genetic algorithms (GA). Given the flexibility of the evolutionary schemes, a hierarchical GA composed by a series of two GAs, each one with a distinct fitness function, is established.

WeSenseNET - Plataforma de Visualização, Gestão Remota e Agregação Múltipla de Dados

Nos últimos anos, o avanço da tecnologia e a miniaturização de diversos componentes de electrónica associados a novos conceitos têm permitido nascer novas ideias e projectos, que até há alguns anos não passariam de ficção científica. Talvez o exemplo mais acabado seja actualmente o smartphone, um pequeno bloco de hardware e software, com capacidade de processamento que ultrapassa várias vezes o dos computadores com uma dúzia de anos. Estas capacidades têm sido utilizadas em comunicações, blocos de notas, agendas e até entretenimento. No entanto, podem ser reutilizadas para ajudar a resolver algumas limitações/constrangimentos da actualidade. Dentro destes destacam-se a gestão de recursos escassos. Com efeito, o consumo de energia eléctrica tem aumentado como consequência directa do desenvolvimento global e aumento do número de aparelhos eléctricos. Uma percentagem significativa de energia eléctrica tem sido produzida através de recursos não-renováveis de energia. No entanto, a dependência energética, associada à subida de preços e a redução das emissões de gases do efeito estufa, estimula o desenvolvimento de novas soluções que permitam lidar com esta situação. O desempenho energético por sua vez depende não só das características da estrutura, mas também do comportamento do utilizador. O desempenho energético dos edifícios é muito importante, uma vez que os respectivos consumos são responsáveis por mais de metade do total da energia produzida. Desta forma, a fim de alcançar um melhor desempenho é importante não só considerar o desempenho de estrutura, mas também monitorizar o comportamento do utilizador. Esta última questão coloca várias limitações, uma vez que depende muito do tipo de utilizador. Um dos conceitos actuais emergentes são as chamadas redes de sensores sem fio. Com esta tecnologia, pequenos módulos podem ser desenvolvidos com muitas possibilidades de conectividade, com elevado poder de processamento e com grande autonomia, sem serem excessivamente caros. Isto proporciona os meios para implementar vários dispositivos em toda a instalação, para recolher uma variedade de dados, sendo posteriormente armazenados num servidor. Os blocos fundamentais da infra-estrutura de sensores do projecto foram concebidos na Evoleo Technologies em simultâneo com o decorrer do estágio. Estes blocos recolhem dados específicos na instalação, e periodicamente enviam para o servidor central os valores recolhidos, onde são armazenados e colocados à disposição do utilizador. Os dados recolhidos podem então ser apresentados ao utilizador, proporcionando um registo de consumo de energia associado a um dado período de tempo. Uma vez que todos os dados são armazenados no servidor, podem ser efectuados estudos para determinar o uso típico, possíveis problemas em aparelhos, a qualidade da energia eléctrica, etc., permitindo determinar onde a energia está a ser eventualmente desperdiçada e fornecendo dados ao utilizador para que este possa proceder a alterações, tendo por base dados recolhidos num dado período. O objectivo principal deste trabalho passa por estabelecer a ligação entre o nível máquina e o nível de utilizador, isto é, uma plataforma de interacção entre dispositivos e administrador da instalação. Fornecer os dados de uma forma fácil e sem necessidade de instalação de software específico em cada dispositivo que se pretenda utilizar para monitorizar foi uma das principais preocupações das fases de concepção do projecto.

Agile modeling data warehouse development

Most of the traditional software and database development approaches tend to be serial, not evolutionary and certainly not agile, especially on data-oriented aspects. Most of the more commonly used methodologies are strict, meaning they’re composed by several stages each with very specific associated tasks. A clear example is the Rational Unified Process (RUP), divided into Business Modeling, Requirements, Analysis & Design, Implementation, Testing and Deployment. But what happens when the needs of a well design and structured plan, meet the reality of a small starting company that aims to build an entire user experience solution. Here resource control and time productivity is vital, requirements are in constant change, and so is the product itself. In order to succeed in this environment a highly collaborative and evolutionary development approach is mandatory. The implications of constant changing requirements imply an iterative development process. Project focus is on Data Warehouse development and business modeling. This area is usually a tricky one. Business knowledge is part of the enterprise, how they work, their goals, what is relevant for analyses are internal business processes. Throughout this document it will be explained why Agile Modeling development was chosen. How an iterative and evolutionary methodology, allowed for reasonable planning and documentation while permitting development flexibility, from idea to product. More importantly how it was applied on the development of a Retail Focused Data Warehouse. A productized Data Warehouse built on the knowledge of not one but several client needs. One that aims not just to store usual business areas but create an innovative sets of business metrics by joining them with store environment analysis, converting Business Intelligence into Actionable Business Intelligence.

Bridging the gap between closed and open data. System proposal for the Portuguese Legislation

Esta dissertação apresenta uma proposta de sistema capaz de preencher a lacuna entre documentos legislativos em formato PDF e documentos legislativos em formato aberto. O objetivo principal é mapear o conhecimento presente nesses documentos de maneira a representar essa coleção como informação interligada. O sistema é composto por vários componentes responsáveis pela execução de três fases propostas: extração de dados, organização de conhecimento, acesso à informação. A primeira fase propõe uma abordagem à extração de estrutura, texto e entidades de documentos PDF de maneira a obter a informação desejada, de acordo com a parametrização do utilizador. Esta abordagem usa dois métodos de extração diferentes, de acordo com as duas fases de processamento de documentos – análise de documento e compreensão de documento. O critério utilizado para agrupar objetos de texto é a fonte usada nos objetos de texto de acordo com a sua definição no código de fonte (Content Stream) do PDF. A abordagem está dividida em três partes: análise de documento, compreensão de documento e conjunção. A primeira parte da abordagem trata da extração de segmentos de texto, adotando uma abordagem geométrica. O resultado é uma lista de linhas do texto do documento; a segunda parte trata de agrupar os objetos de texto de acordo com o critério estipulado, produzindo um documento XML com o resultado dessa extração; a terceira e última fase junta os resultados das duas fases anteriores e aplica regras estruturais e lógicas no sentido de obter o documento XML final. A segunda fase propõe uma ontologia no domínio legal capaz de organizar a informação extraída pelo processo de extração da primeira fase. Também é responsável pelo processo de indexação do texto dos documentos. A ontologia proposta apresenta três características: pequena, interoperável e partilhável. A primeira característica está relacionada com o facto da ontologia não estar focada na descrição pormenorizada dos conceitos presentes, propondo uma descrição mais abstrata das entidades presentes; a segunda característica é incorporada devido à necessidade de interoperabilidade com outras ontologias do domínio legal, mas também com as ontologias padrão que são utilizadas geralmente; a terceira característica é definida no sentido de permitir que o conhecimento traduzido, segundo a ontologia proposta, seja independente de vários fatores, tais como o país, a língua ou a jurisdição. A terceira fase corresponde a uma resposta à questão do acesso e reutilização do conhecimento por utilizadores externos ao sistema através do desenvolvimento dum Web Service. Este componente permite o acesso à informação através da disponibilização de um grupo de recursos disponíveis a atores externos que desejem aceder à informação. O Web Service desenvolvido utiliza a arquitetura REST. Uma aplicação móvel Android também foi desenvolvida de maneira a providenciar visualizações dos pedidos de informação. O resultado final é então o desenvolvimento de um sistema capaz de transformar coleções de documentos em formato PDF para coleções em formato aberto de maneira a permitir o acesso e reutilização por outros utilizadores. Este sistema responde diretamente às questões da comunidade de dados abertos e de Governos, que possuem muitas coleções deste tipo, para as quais não existe a capacidade de raciocinar sobre a informação contida, e transformá-la em dados que os cidadãos e os profissionais possam visualizar e utilizar.

CardioML: integrating personal cardiac information for ubiquous diagnosis and analysis

The latest medical diagnosis devices enable the performance of e-diagnosis making the access to these services easier, faster and available in remote areas. However this imposes new communications and data interchange challenges. In this paper a new XML based format for storing cardiac signals and related information is presented. The proposed structure encompasses data acquisition devices, patient information, data description, pathological diagnosis and waveform annotation. When compared with similar purpose formats several advantages arise. Besides the full integrated data model it may also be noted the available geographical references for e-diagnosis, the multi stream data description, the ability to handle several simultaneous devices, the possibility of independent waveform annotation and a HL7 compliant structure for common contents. These features represent an enhanced integration with existent systems and an improved flexibility for cardiac data representation.

Recomendações personalizadas de alunos em sistemas de hipermédia adaptativa educacional usando Data Mining

O aumento de tecnologias disponíveis na Web favoreceu o aparecimento de diversas formas de informação, recursos e serviços. Este aumento aliado à constante necessidade de formação e evolução das pessoas, quer a nível pessoal como profissional, incentivou o desenvolvimento área de sistemas de hipermédia adaptativa educacional - SHAE. Estes sistemas têm a capacidade de adaptar o ensino consoante o modelo do aluno, características pessoais, necessidades, entre outros aspetos. Os SHAE permitiram introduzir mudanças relativamente à forma de ensino, passando do ensino tradicional que se restringia apenas ao uso de livros escolares até à utilização de ferramentas informáticas que através do acesso à internet disponibilizam material didático, privilegiando o ensino individualizado. Os SHAE geram grande volume de dados, informação contida no modelo do aluno e todos os dados relativos ao processo de aprendizagem de cada aluno. Facilmente estes dados são ignorados e não se procede a uma análise cuidada que permita melhorar o conhecimento do comportamento dos alunos durante o processo de ensino, alterando a forma de aprendizagem de acordo com o aluno e favorecendo a melhoria dos resultados obtidos. O objetivo deste trabalho foi selecionar e aplicar algumas técnicas de Data Mining a um SHAE, PCMAT - Mathematics Collaborative Educational System. A aplicação destas técnicas deram origem a modelos de dados que transformaram os dados em informações úteis e compreensíveis, essenciais para a geração de novos perfis de alunos, padrões de comportamento de alunos, regras de adaptação e pedagógicas. Neste trabalho foram criados alguns modelos de dados recorrendo à técnica de Data Mining de classificação, abordando diferentes algoritmos. Os resultados obtidos permitirão definir novas regras de adaptação e padrões de comportamento dos alunos, poderá melhorar o processo de aprendizagem disponível num SHAE.

Desenho e implementação de um data warehouse para a empresa AdClick

Esta dissertação incide sobre a problemática da construção de um data warehouse para a empresa AdClick que opera na área de marketing digital. O marketing digital é um tipo de marketing que utiliza os meios de comunicação digital, com a mesma finalidade do método tradicional que se traduz na divulgação de bens, negócios e serviços e a angariação de novos clientes. Existem diversas estratégias de marketing digital tendo em vista atingir tais objetivos, destacando-se o tráfego orgânico e tráfego pago. Onde o tráfego orgânico é caracterizado pelo desenvolvimento de ações de marketing que não envolvem quaisquer custos inerentes à divulgação e/ou angariação de potenciais clientes. Por sua vez o tráfego pago manifesta-se pela necessidade de investimento em campanhas capazes de impulsionar e atrair novos clientes. Inicialmente é feita uma abordagem do estado da arte sobre business intelligence e data warehousing, e apresentadas as suas principais vantagens as empresas. Os sistemas business intelligence são necessários, porque atualmente as empresas detêm elevados volumes de dados ricos em informação, que só serão devidamente explorados fazendo uso das potencialidades destes sistemas. Nesse sentido, o primeiro passo no desenvolvimento de um sistema business intelligence é concentrar todos os dados num sistema único integrado e capaz de dar apoio na tomada de decisões. É então aqui que encontramos a construção do data warehouse como o sistema único e ideal para este tipo de requisitos. Nesta dissertação foi elaborado o levantamento das fontes de dados que irão abastecer o data warehouse e iniciada a contextualização dos processos de negócio existentes na empresa. Após este momento deu-se início à construção do data warehouse, criação das dimensões e tabelas de factos e definição dos processos de extração e carregamento dos dados para o data warehouse. Assim como a criação das diversas views. Relativamente ao impacto que esta dissertação atingiu destacam-se as diversas vantagem a nível empresarial que a empresa parceira neste trabalho retira com a implementação do data warehouse e os processos de ETL para carregamento de todas as fontes de informação. Sendo que algumas vantagens são a centralização da informação, mais flexibilidade para os gestores na forma como acedem à informação. O tratamento dos dados de forma a ser possível a extração de informação a partir dos mesmos.

Some reflections on acquisition, processing and analysis of statistical data in forest soils

Beyond the classical statistical approaches (determination of basic statistics, regression analysis, ANOVA, etc.) a new set of applications of different statistical techniques has increasingly gained relevance in the analysis, processing and interpretation of data concerning the characteristics of forest soils. This is possible to be seen in some of the recent publications in the context of Multivariate Statistics. These new methods require additional care that is not always included or refered in some approaches. In the particular case of geostatistical data applications it is necessary, besides to geo-reference all the data acquisition, to collect the samples in regular grids and in sufficient quantity so that the variograms can reflect the spatial distribution of soil properties in a representative manner. In the case of the great majority of Multivariate Statistics techniques (Principal Component Analysis, Correspondence Analysis, Cluster Analysis, etc.) despite the fact they do not require in most cases the assumption of normal distribution, they however need a proper and rigorous strategy for its utilization. In this work, some reflections about these methodologies and, in particular, about the main constraints that often occur during the information collecting process and about the various linking possibilities of these different techniques will be presented. At the end, illustrations of some particular cases of the applications of these statistical methods will also be presented.

JSON on Mobile: is there an efficient parser?

The two largest causes for battery consumption on mobile devices are related with the display and network operations. Since most application need to share data and communicate with remote servers, communications should be as lightweight and efficient as possible. In network communication, serialization plays a central role as the process of converting an object into a stream of bytes. One of the most popular data-interchange format is JSON (JavaScript Object Notation). This paper presents a survey on JSON parsers in mobile scenarios. The aim of the survey is to find the most efficient JSON parser in mobile communications characterised by high transfer rate of small amounts of data. In the performance benchmark we compare the time required to read and write data with several popular JSON parser implementations such as Gson, Jackson, org.json and others. The results of this survey are important for others that need to select an efficient parser for mobile communication.

Acquisition and data analysis related to changes in some forest soils properties after prescribed fire action

Controlled fires in forest areas are frequently used in most Mediterranean countries as a preventive technique to avoid severe wildfires in summer season. In Portugal, this forest management method of fuel mass availability is also used and has shown to be beneficial as annual statistical reports confirm that the decrease of wildfires occurrence have a direct relationship with the controlled fire practice. However prescribed fire can have serious side effects in some forest soil properties. This work shows the changes that occurred in some forest soils properties after a prescribed fire action. The experiments were carried out in soil cover over a natural site of Andaluzitic schist, in Gramelas, Caminha, Portugal, that had not been burn for four years. The composed soil samples were collected from five plots at three different layers (0-3cm, 3-6cm and 6-18cm) during a three-year monitoring period after the prescribed burning. Principal Component Analysis was used to reach the presented conclusions.

Acqusition and data analysis of the eco-efficiency for the establishment of indicators parameters for industrial environmental sustainability

The industrial activity is inevitably associated with a certain degradation of the environmental quality, because is not possible to guarantee that a manufacturing process can be totally innocuous. The eco-efficiency concept is globally accepted as a philosophy of entreprise management, that encourages the companies to become more competitive, innovative and environmentally responsible by promoting the link between its companies objectives for excellence and its objectives of environmental excellence issues. This link imposes the creation of an organizational methodology where the performance of the company is concordant with the sustainable development. The main propose of this project is to apply the concept of eco-efficiency to the particular case of the metallurgical and metal workshop industries through the development of the particular indicators needed and to produce a manual of procedures for implementation of the accurate solution.

Data analysis applied to the evaluation of a technological nature teaching model as a regional development tool

This paper presents the creation and development of technological schools directly linked to the business community and to higher public education. Establishing themselves as the key interface between the two sectors they make a signigicant contribution by having a greater competitive edge when faced with increasing competition in the tradional markets. The development of new business strategies supported by references of excellence, quality and competitiveness also provides a good link between the estalishment of partnerships aiming at the qualification of education boards at a medium level between the technological school and higher education with a technological foundation. We present a case study as an example depicting the success of Escola Tecnológica de Vale de Cambra.