Slotted wiDom: schedulability analysis and its experimental validation

WiDom is a wireless prioritized medium access control protocol which offers a very large number of priority levels. Hence, it brings the potential to employ non-preemptive static-priority scheduling and schedulability analysis for a wireless channel assuming that the overhead of WiDom is modeled properly. One schedulability analysis for WiDom has already been proposed but recent research has created a new version of WiDom (we call it: Slotted WiDom) with lower overhead and for this version of WiDom no schedulability analysis exists. In this paper we propose a new schedulability analysis for slotted WiDom and extend it to work also for message streams with release jitter. We have performed experiments with an implementation of slotted WiDom on a real-world platform (MicaZ). We find that for each message stream, the maximum observed response time never exceeds the calculated response time and hence this corroborates our belief that our new scheduling theory is applicable in practice.

A traffic differentiation add-on to the IEEE 802.15.4 protocol: implementation and experimental validation over a real-time operating system

The IEEE 802.15.4 is the most widespread used protocol for Wireless Sensor Networks (WSNs) and it is being used as a baseline for several higher layer protocols such as ZigBee, 6LoWPAN or WirelessHART. Its MAC (Medium Access Control) supports both contention-free (CFP, based on the reservation of guaranteed time-slots GTS) and contention based (CAP, ruled by CSMA/CA) access, when operating in beacon-enabled mode. Thus, it enables the differentiation between real-time and best-effort traffic. However, some WSN applications and higher layer protocols may strongly benefit from the possibility of supporting more traffic classes. This happens, for instance, for dense WSNs used in time-sensitive industrial applications. In this context, we propose to differentiate traffic classes within the CAP, enabling lower transmission delays and higher success probability to timecritical messages, such as for event detection, GTS reservation and network management. Building upon a previously proposed methodology (TRADIF), in this paper we outline its implementation and experimental validation over a real-time operating system. Importantly, TRADIF is fully backward compatible with the IEEE 802.15.4 standard, enabling to create different traffic classes just by tuning some MAC parameters.

Strength prediction and experimental validation of adhesive joints including polyethylene, carbon-epoxy and aluminium adherends

Polyolefins are especially difficult to bond due to their non-polar, non-porous and chemically inert surfaces. Acrylic adhesives used in industry are particularly suited to bond these materials, including many grades of polypropylene (PP) and polyethylene (PE), without special surface preparation. In this work, the tensile strength of single-lap PE and mixed joints bonded with an acrylic adhesive was investigated. The mixed joints included PE with aluminium (AL) or carbon fibre reinforced plastic (CFRP) substrates. The PE substrates were only cleaned with isopropanol, which assured cohesive failures. For the PE CFRP joints, three different surfaces preparations were employed for the CFRP substrates: cleaning with acetone, abrasion with 100 grit sand paper and peel-ply finishing. In the PE AL joints, the AL bonding surfaces were prepared by the following methods: cleaning with acetone, abrasion with 180 and 320 grit sand papers, grit blasting and chemical etching with chromic acid. After abrasion of the CFRP and AL substrates, the surfaces were always cleaned with acetone. The tensile strengths were compared with numerical results from ABAQUS® and a mixed mode (I+II) cohesive damage model. A good agreement was found between the experimental and numerical results, except for the PE AL joints, since the AL surface treatments were not found to be effective.

Análise numérica e experimental de um modelo dinâmico da ponte ferroviária de Antuã

Mestrado em Engenharia Civil – Ramo Estruturas

Avaliação numérica e experimental da carga admissível de vigas compostas para monocarris de sistemas de elevação

Este trabalho foi realizado com o apoio, e em colaboração da empresa Flexcrane, que constrói e comercializa soluções flexíveis de pontes rolantes para cargas ligeiras. Com cargas máximas de 2 toneladas estas pontes e seus caminhos de rolamento são construídas essencialmente enformados a frio. O objetivo deste trabalho é a verificação numérica e experimental das cargas que este tipo de estrutura suporta, nas suas diferentes configurações. Numa aproximação por engenharia inversa, com a realização deste trabalho, foi possível determinar a carga admissível das vigas compostas utilizadas, assim como o seu comportamento quando em carga. Para obtenção destes resultados foram realizadas simulações computacionais recorrendo ao método de elementos finitos, utilizando para isso o software Ansys Workbench e ainda ensaios experimentais que permitiram validar os resultados obtidos numericamente e consolidar o conhecimento sobre o comportamento desta solução comercial. Por ser de construção modular, são possíveis diferentes combinações para o produto final, por esta razão foram estudados numericamente diferentes configurações possíveis, com e sem reforços. Foi realizada a validação experimental para a configuração mais usual, fazendo recurso a um dispositivo para ensaio de estruturas e componentes, pertencente ao Isep. Foi ainda utilizada a técnica extensométrica para avaliar as tensões em pontos selecionados e compara-los com os obtidos numericamente. Concluiu-se pelo ótimo desempenho dos produtos Flexcrane.

Sistema de percepção visual para veículos autónomos aéreos

Esta dissertação aborda o problema de detecção e desvio de obstáculos "SAA- Sense And Avoid" em movimento para veículos aéreos. Em particular apresenta contribuições tendo em vista a obtenção de soluções para permitir a utilização de aeronaves não tripuladas em espaço aéreo não segregado e para aplicações civis. Estas contribuições caracterizam-se por: uma análise do problema de SAA em \UAV's - Unmmaned Aerial Vehicles\ civis; a definição do conceito e metodologia para o projecto deste tipo de sistemas; uma proposta de \ben- chmarking\ para o sistema SAA caracterizando um conjunto de "datasets\ adequados para a validação de métodos de detecção; respectiva validação experimental do processo e obtenção de "datasets"; a análise do estado da arte para a detecção de \Dim point features\ ; o projecto de uma arquitectura para uma solução de SAA incorporando a integração de compensação de \ego motion" e respectiva validação para um "dataset" recolhido. Tendo em vista a análise comparativa de diferentes métodos bem como a validação de soluções foi proposta a recolha de um conjunto de \datasets" de informação sensorial e de navegação. Para os mesmos foram definidos um conjunto de experiências e cenários experimentais. Foi projectado e implementado um setup experimental para a recolha dos \datasets" e realizadas experiências de recolha recorrendo a aeronaves tripuladas. O setup desenvolvido incorpora um sistema inercial de alta precisão, duas câmaras digitais sincronizadas (possibilitando análise de informa formação stereo) e um receptor GPS. As aeronaves alvo transportam um receptor GPS com logger incorporado permitindo a correlação espacial dos resultados de detecção. Com este sistema foram recolhidos dados referentes a cenários de aproximação com diferentes trajectórias e condições ambientais bem como incorporando movimento do dispositivo detector. O método proposto foi validado para os datasets recolhidos tendo-se verificado, numa análise preliminar, a detecção do obstáculo (avião ultraleve) em todas as frames para uma distância inferior a 3 km com taxas de sucesso na ordem dos 95% para distâncias entre os 3 e os 4 km. Os resultados apresentados permitem validar a arquitectura proposta para a solução do problema de SAA em veículos aéreos autónomos e abrem perspectivas muito promissoras para desenvolvimento futuro com forte impacto técnico-científico bem como sócio-economico. A incorporação de informa formação de \ego motion" permite fornecer um forte incremento em termos de desempenho.

Dynamic cluster scheduling for cluster-tree WSNs

While Cluster-Tree network topologies look promising for WSN applications with timeliness and energy-efficiency requirements, we are yet to witness its adoption in commercial and academic solutions. One of the arguments that hinder the use of these topologies concerns the lack of flexibility in adapting to changes in the network, such as in traffic flows. This paper presents a solution to enable these networks with the ability to self-adapt their clusters’ duty-cycle and scheduling, to provide increased quality of service to multiple traffic flows. Importantly, our approach enables a network to change its cluster scheduling without requiring long inaccessibility times or the re-association of the nodes. We show how to apply our methodology to the case of IEEE 802.15.4/ZigBee cluster-tree WSNs without significant changes to the protocol. Finally, we analyze and demonstrate the validity of our methodology through a comprehensive simulation and experimental validation using commercially available technology on a Structural Health Monitoring application scenario.

Towards the Development of XDense, A Sensor Network for Dense Sensing

Poster in 12th European Conference on Wireless Sensor Networks (EWSN 2015). 9 to 11, Feb, 2015, pp 24-25. Porto, Portugal.

Experimental and numerical evaluation of composite repairs on wood beams damaged by cross-graining

An experimental and Finite Element study was performed on the bending behaviour of wood beams of the Pinus Pinaster species repaired with adhesively-bonded carbon–epoxy patches, after sustaining damage by cross-grain failure. This damage is characterized by crack growth at a small angle to the beams longitudinal axis, due to misalignment between the wood fibres and the beam axis. Cross-grain failure can occur in large-scale in a wood member when trees that have grown spirally or with a pronounced taper are cut for lumber. Three patch lengths were tested. The simulations include the possibility of cohesive fracture of the adhesive layer, failure within the wood beam in two propagation planes and patch interlaminar failure, by the use of cohesive zone modelling. The respective cohesive properties were estimated either by an inverse method or from the literature. The comparison with the tests allowed the validation of the proposed methodology, opening a good perspective for the reduction of costs in the design stages of these repairs due to extensive experimentation.

Geostatistical Mapping of Outfall Plume Dispersion Data gathered with an autonomous underwater vehicle

The main purpose of this study was to examine the applicability of geostatistical modeling to obtain valuable information for assessing the environmental impact of sewage outfall discharges. The data set used was obtained in a monitoring campaign to S. Jacinto outfall, located off the Portuguese west coast near Aveiro region, using an AUV. The Matheron’s classical estimator was used the compute the experimental semivariogram which was fitted to three theoretical models: spherical, exponential and gaussian. The cross-validation procedure suggested the best semivariogram model and ordinary kriging was used to obtain the predictions of salinity at unknown locations. The generated map shows clearly the plume dispersion in the studied area, indicating that the effluent does not reach the near by beaches. Our study suggests that an optimal design for the AUV sampling trajectory from a geostatistical prediction point of view, can help to compute more precise predictions and hence to quantify more accurately dilution. Moreover, since accurate measurements of plume’s dilution are rare, these studies might be very helpful in the future for validation of dispersion models.

Avaliação da proteção conferida pela via de sinalização do Nrf2 num modelo experimental de sobrecarga de ferro in vivo

O ferro é encontrado em praticamente todos os seres vivos, sendo um cofator para proteínas que desempenham funções essenciais à vida. Nos mamíferos, a maioria do ferro está incorporada na hemoglobina ou armazenado no fígado, ligado à ferritina. É absorvido pelos enterócitos, sendo a principal forma de controlo dos seus níveis. A sobrecarga de ferro pode levar a hemocromatose, podendo ser tóxica para vários órgãos. O fator de transcrição Nrf2 é importante na ativação de genes citoprotetores em situações de stress oxidativo/eletrofílico, colocando-se a hipótese de que poderá estar envolvido na resposta à progressão de doença devido à sobrecarga de ferro. Com o objetivo de determinar se a via do Nrf2 representa uma proteção contra a toxicidade do ferro a nível hepático, foram realizadas duas experiências nas quais murganhos C57BL/6 (B6) e Nrf2-/- machos foram alimentados com dieta standard ou com dieta enriquecida em ferro carbonilo (FeC) (0,5% ou 2,0%). Os resultados demonstram sobrecarga de ferro nos animais que receberam dieta enriquecida, sendo que os que receberam FeC 2,0% apresentaram níveis mais elevados de ferro hepático e sérico, bem como da saturação da transferrina. Os murganhos Nrf2-/- são mais suscetíveis a esta acumulação, mostrando evidências patológicas mais graves, nomeadamente necrose hepatocítica e infiltração de células inflamatórias. A deleção do Nrf2 associado a uma dieta suplementada com FeC 2,0% parece não ser suficiente para o desenvolvimento de fibrose hepática. O estudo da expressão de genes e proteínas do metabolismo do ferro mostrou que os animais B6 e Nrf2-/- são igualmente capazes de responder à sobrecarga de ferro, sugerindo que a sua diferente suscetibilidade à toxicidade do ferro não se deverá a uma regulação ineficiente da homeostasia do Fe. A dieta com FeC 2,0% aumentou a expressão de dois genes alvo do Nrf2, Nqo1 e Gsta1, o que não se verificou com os genes e proteínas GCLC e GCLM. A expressão de genes pró-inflamatórios não mostrou evidências de inflamação nestes animais. Foi demonstrado que os animais Nrf2-/- são mais suscetíveis à toxicidade do ferro, concluindo-se que a via do Nrf2 é ativada em resposta a uma dieta contendo quantidades excessivas de FeC e que confere proteção contra a acumulação de ferro em murganhos B6.

Influence of an unstable shoe on compensatory postural adjustments: an experimental evaluation

This study attempted to evaluate the influence of using an unstable shoe in muscle re-cruitment strategies and center of pressure (CoP) displacement after the application of an external perturba-tion. Fourteen healthy female subjects participated in this study. The electromyographic activity of medial ga-strocnemius, tibialis anterior, rectus femoris, biceps femoris, rectus abdominis and erector spinae muscles and the kinetic values to calculate the CoP were collected and analyzed after the application of an external pertur-bation with the subject in standing position, with no shoes and using unstable footwear. The results showed increased in medial gastrocnemius activity during the first compensatory postural adjustments and late com-pensatory postural adjustments when using an unstable shoe. There were no differences in standard deviation and maximum peak of anteroposterior displacement of CoP between measurements. From the experimental findings, one can conclude that the use of an unstable shoe leads to an increase in gastrocnemius activity with no increase in CoP displacement following an unexpected external perturbation.

Percurso pedestre no Rio Este: contribuição para a educação ambiental e promoção do ensino experimental

O ensino praticado nas nossas escolas necessita ser mais consentâneo com os princípios e valores veiculados pela Educação Ambiental. Pretende-se, com este trabalho, levar os alunos a percepcionar a natureza com um olhar diferente, a estabelecer uma nova relação com o meio, adoptando uma postura pró-activa na defesa do espaço ribeirinho. Por meio de um percurso investigativo ao longo da margem esquerda de um troço do rio Este, na zona envolvente da Escola, os alunos de uma turma do 5º ano estudaram a flora autóctone existente na zona ribeirinha e recolheram amostras de água onde puderam aplicar processos de tratamento. Os temas abordados pertencem aos conteúdos leccionados nas aulas de Ciências da Natureza. Considerando que estas actividades podem ser importantes ferramentas na educação para o ambiente, elaborou-se para o grupo experimental um caderno de campo, que serviu de orientação ao estudo da flora, realizou-se uma actividade prática no laboratório, com a amostra da água recolhida. Posteriormente aplicou-se um teste, para conhecer o grau de conhecimento adquirido após a actividade e, no final, os alunos responderam a um inquérito para se conhecer o seu grau de satisfação. Ainda que os resultados do teste não mostrem diferenças significativas na aquisição de conhecimento em relação à turma não participante no projecto, a interpretação da paisagem mostrou-se um meio eficaz de envolver os alunos, desenvolver sensibilidades, construir conceitos, promover atitudes positivas que vão de encontro a uma Educação Ambiental ligada à cidadania.