Analysing TDMA with slot skipping

We propose a schedulability analysis for a particular class of time division multiple access (TDMA) networks, which we label as TDMA/SS. SS stands for slot skipping, reflecting the fact that a slot is skipped whenever it is not used. Hence, the next slot can start earlier in benefit of hard real-time traffic. In the proposed schedulability analysis, we assume knowledge of all message streams in the system, and that each node schedules messages in its output queue according to a rate monotonic policy (as an example). We present the analysis in two steps. Firstly, we address the case where a node is only permitted to transmit a maximum of one message per TDMA cycle. Secondly, we generalise the analysis to the case where a node is assigned a budget of messages per TDMA cycle it may transmit. A simple algorithm to assign budgets to nodes is also presented.

Analyzing TDMA with slot skipping

Distributed real-time systems, such as factory automation systems, require that computer nodes communicate with a known and low bound on the communication delay. This can be achieved with traditional time division multiple access (TDMA). But improved flexibility and simpler upgrades are possible through the use of TDMA with slot-skipping (TDMA/SS), meaning that a slot is skipped whenever it is not used and consequently the slot after the skipped slot starts earlier. We propose a schedulability analysis for TDMA/SS. We assume knowledge of all message streams in the system, and that each node schedules messages in its output queue according to deadline monotonic. Firstly, we present a non-exact (but fast) analysis and then, at the cost of computation time, we also present an algorithm that computes exact queuing times.

Multi-Objective and Financial Portfolio Optimization of Carrier-Sense Multiple Access Protocols with Cooperative Diversity

8th International Workshop on Multiple Access Communications (MACOM2015), Helsinki, Finland.

Exact analysis of TDMA with slot skipping

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

A Random Access Protocol incorporating Multi-Packet Reception, Retransmission Diversity and Successive Interference Cancellation

8th International Workshop on Multiple Access Communications (MACOM2015), Helsinki, Finland.

On the use of IEEE 802.15.4/Zigbee for time-sensitive wireless sensor network applications

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Scalable and interference aware wi-fi mesh networks using cots devices

A crescente tendencia no acesso móvel tem sido potenciada pela tecnologia IEEE 802.11. Contudo, estas redes têm alcance rádio limitado. Para a extensão da sua cobertura é possível recorrer a redes emalhadas sem fios baseadas na tecnologia IEEE 802.11, com vantagem do ponto de vista do custo e da flexibilidade de instalação, face a soluções cabladas. Redes emalhadas sem fios constituídas por nós com apenas uma interface têm escalabilidade reduzida. A principal razão dessa limitação deve-se ao uso do mecanismo de acesso ao meio partilhado Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) em topologias multi-hop. Especificamente, o CSMA/CA não evita o problema do nó escondido levando ao aumento do número de colisões e correspondente degradação de desempenho com impacto direto no throughput e na latência. Com a redução da tecnologia rádio torna-se viável a utilização de múltiplos rádios por nó, sem com isso aumentar significativamente o custo da solução final de comunicações. A utilização de mais do que um rádio por nó de comuniações permite superar os problemas de desempenho inerentes ás redes formadas por nós com apenas um rádio. O objetivo desta tese, passa por desenvolver uma nova solução para redes emalhadas multi-cana, duar-radio, utilizando para isso novos mecanismos que complementam os mecanismos definidos no IEEE 802.11 para o estabelecimento de um Basic Service Set (BSS). A solução é baseada na solução WiFIX, um protocolo de routing para redes emalhadas de interface única e reutiliza os mecanismos já implementados nas redes IEEE 802.11 para difundir métricas que permitam à rede escalar de forma eficaz minimizando o impacto na performance. A rede multi-hop é formada por nós equipados com duas interfaces, organizados numa topologia hierárquica sobre múltiplas relações Access Point (AP) – Station (STA). Os resultados experimentais obtidos mostram a eficácia e o bom desempenho da solução proposta face à solução WiFIX original.

Automatização de sistema de medição múltiplo de ensaio de manómetros analógicos

A dissertação em apreço resultou da necessidade em otimizar os recursos técnicos, mas sobretudo humanos, afetos às verificações de instrumentos de medição, no âmbito do Controlo Metrológico Legal. Estas verificações, realizadas nos termos do cumprimento das competências outrora atribuídas à Direção de Serviços da Qualidade da então Direção Regional da Economia do Norte, eram operacionalizadas pela Divisão da Qualidade e Licenciamento, na altura dirigida pelo subscritor da presente tese, nomeadamente no que respeita aos ensaios efetuados, em laboratório, a manómetros analógicos. O objetivo principal do trabalho foi alcançado mediante o desenvolvimento de um automatismo, materializado pela construção de um protótipo, cuja aplicação ao comparador de pressão múltiplo, dantes em utilização, permitiria realizar a leitura da indicação de cada manómetro analógico através de técnicas de processamento de imagem, função esta tradicionalmente efetuada manualmente por um operador especializado. As metodologias de comando, controlo e medição desse automatismo foram realizadas através de um algoritmo implementado no software LabVIEW® da National Intruments, particularmente no que respeita ao referido processamento das imagens adquiridas por uma câmara de vídeo USB. A interface com o hardware foi concretizada recorrendo a um módulo de Aquisição de Dados Multifuncional (DAQ) USB-6212, do mesmo fabricante. Para o posicionamento horizontal e vertical da câmara de vídeo USB, recorreu-se a guias lineares acionadas por motores de passo, sendo que estes dispositivos foram igualmente empregues no acionamento do comparador de pressão. Por último, procedeu-se à aquisição digital da leitura do padrão, recorrendo à respetiva virtualização, bem como a uma aplicação desenvolvida neste projeto, designada appMAN, destinada à gestão global do referido automatismo, nomeadamente no que se refere ao cálculo do resultado da medição, erro e incerteza associada, e emissão dos respetivos documentos comprovativos.

Internet based VRS Code Positioning

Absolute positioning – the real time satellite based positioning technique that relies solely on global navigation satellite systems – lacks accuracy for several real time application domains. To provide increased positioning quality, ground or satellite based augmentation systems can be devised, depending on the extent of the area to cover. The underlying technique – multiple reference station differential positioning – can, in the case of ground systems, be further enhanced through the implementation of the virtual reference station concept. Our approach is a ground based system made of a small-sized network of three stations where the concept of virtual reference station was implemented. The stations provide code pseudorange corrections, which are combined using a measurement domain approach inversely proportional to the distance from source station to rover. All data links are established trough the Internet.

An Enhanced WLAN Security System With FPGA Implementation for Multimedia Applications

Maintaining a high level of data security with a low impact on system performance is more challenging in wireless multimedia applications. Protocols that are used for wireless local area network (WLAN) security are known to significantly degrade performance. In this paper, we propose an enhanced security system for a WLAN. Our new design aims to decrease the processing delay and increase both the speed and throughput of the system, thereby making it more efficient for multimedia applications. Our design is based on the idea of offloading computationally intensive encryption and authentication services to the end systems’ CPUs. The security operations are performed by the hosts’ central processor (which is usually a powerful processor) before delivering the data to a wireless card (which usually has a low-performance processor). By adopting this design, we show that both the delay and the jitter are significantly reduced. At the access point, we improve the performance of network processing hardware for real-time cryptographic processing by using a specialized processor implemented with field-programmable gate array technology. Furthermore, we use enhanced techniques to implement the Counter (CTR) Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol (CCMP) and the CTR protocol. Our experiments show that it requires timing in the range of 20–40 μs to perform data encryption and authentication on different end-host CPUs (e.g., Intel Core i5, i7, and AMD 6-Core) as compared with 10–50 ms when performed using the wireless card. Furthermore, when compared with the standard WiFi protected access II (WPA2), results show that our proposed security system improved the speed to up to 3.7 times.