Desenvolvimento de módulos para planeamento e controlo de execução de missões de veículos aéreos não tripulados

Com a evolução da tecnologia, os UAVs (unmanned aerial vehicles) são cada vez mais utilizados, não só em missões de risco para o ser Humano, mas também noutro tipo de missões, como é o caso de missões de inspeção, vigilância, busca e salvamento. Isto devese ao baixo custo das plataformas assim como à sua enorme fiabilidade e facilidade de operação. Esta dissertação surge da necessidade de aumentar a autonomia dos UAVs do projeto PITVANT (Projeto de Investigação e Tecnologia em Veículos Aéreos Não Tripulados), projeto de investigação colaborativa entre a AFA (Academia da Força Aérea) e a FEUP (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto), relativamente ao planeamento de trajetórias entre dois pontos no espaço, evitando os obstáculos que intersetem o caminho. Para executar o planeamento da trajetória mais curta entre dois pontos, foi implementado o algoritmo de pesquisa A*, por ser um algoritmo de pesquisa de soluções ótimas. A área de pesquisa é decomposta em células regulares e o centro das células são os nós de pesquisa do A*. O tamanho de cada célula é dependente da dinâmica de cada aeronave. Para que as aeronaves não colidam com os obstáculos, foi desenvolvido um método numérico baseado em relações trigonométricas para criar uma margem de segurança em torno de cada obstáculo. Estas margens de segurança são configuráveis, sendo o seu valor por defeito igual ao raio mínimo de curvatura da aeronave à velocidade de cruzeiro. De forma a avaliar a sua escalabilidade, o algoritmo foi avaliado com diferentes números de obstáculos. As métricas utilizadas para avaliação do algoritmo foram o tempo de computação do mesmo e o comprimento do trajeto obtido. Foi ainda comparado o desempenho do algoritmo desenvolvido com um algoritmo já implementado, do tipo fast marching.

A adaptação intercultural da família: como fator de sucesso nas missões internacionais de expatriados portugueses

O sucesso das missões internacionais é fortemente afetado pelo ajustamento intercultural da família que acompanha o expatriado. Porém, a família tende a ser neglicenciada, na maioria das vezes, quando as empresas planeiam a expatriação.

Competências transversais: a importância das competências transversais nas missões internacionais

A competitividade contemporânea e a globalização impulsionaram as empresas a explorar novos mercados, e a munir-se de recursos distintivos e de valor acrescentado. Para além da expansão dos mercados, Le Boterf (2006) afirma que a solicitação social de confiança tem aumentado, e as empresas têm de ser capazes de proporcionar e garanti-la. Neste sentido a adequação dos Recursos Humanos é imperativo na estratégia das organizações. Este estudo tem como objetivos compreender qual a importância das competências transversais na missão internacional, compreender quais as competências transversais que são mais valorizadas pelos recrutadores e como é feita a sua avaliação. Para conseguir responder a estas questões, emerge a investigação que se segue, com um cariz qualitativo. O método de recolha de dados utilizado foi a entrevista semiestruturada e foram entrevistados dez recrutadores de expatriados. Os resultados sugerem que as competências transversais são características importantes na missão internacional, uma vez que atuam em fatores que influenciam o sucesso da missão. Das competências mais importantes é enumerado o relacionamento interpessoal, trabalho em equipa, comunicação, capacidade de adaptação e a tolerância à ambiguidade. No final do trabalho são apresentados os resultados da investigação, bem como a sua discussão.

Sistema de visão para percepção e navegação de um UAV Quadrotor

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Sistema de controlo de um veículo autónomo terrestre

A crescente necessidade imposta pela gama de aplicações existentes, torna o estudo dos veículos autónomos terrestres um objecto de grande interesse na investigação. A utilização de robots móveis autónomos originou quer um incremento de eficiência e eficácia em inúmeras aplicações como permite a intervenção humana em contextos de elevado risco ou inacessibilidade. Aplicações de monitorização e segurança constituem um foco de utilização deste tipo de sistemas quer pela automatização de procedimentos quer pelos ganhos de eficiência (desde a eficiência de soluções multi-veículo à recolha e detecção de informação). Neste contexto, esta dissertação endereça o problema de concepção, o desenvolvimento e a implementação de um veículo autónomo terrestre, com ênfase na perspectiva de controlo. Este projecto surge pois no âmbito do desenvolvimento de um novo veículo terrestre no Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). É efectuado um levantamento de requisitos do sistema tendo por base a caracterização de aplicações de monitorização, transporte e vigilância em cenários exteriores pouco estruturados. Um estado da arte em veículos autónomos terrestres é apresentado bem como conceitos e tecnologias relevantes para o controlo deste tipo de sistemas. O problema de controlo de locomoção é abordado tendo em particular atenção o controlo de motores DC brushless. Apresenta-se o projecto do sistema de controlo do veículo, desde o controlo de tracção e direcção, ao sistema computacional de bordo responsável pelo controlo e supervisão da missão. A solução adoptada para a implementação mecânica da estrutura do veículo consiste numa plataforma de veículo todo terreno (motociclo 4X4) disponível comercialmente. O projecto e implementação do sistema de controlo de direcção para o mesmo é apresentado quer sob o ponto de vista da solução electromecânica, quer pelo subsistema de hardware de controlo embebido e respectivo software. Tendo em vista o controlo de tracção são apresentadas duas soluções. Uma passando pelo estudo e desenvolvimento de um sistema de raiz capaz de controlar motores BLDC de elevada potência, a segunda passando pela utilização de uma solução através de um controlador externo. A gestão energética do sistema é abordada através do projecto e implementação de um sistema de controlo e distribuição de energia específico. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software, envolvendo a integração dos subsistemas projectados especialmente bem como a implementação do sistema computacional de bordo. São apresentados resultados de validação do controlo de locomoção básico quer em simulação quer descritos os testes e validações efectuados no veículo real. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Sistema de busca e salvamento baseado em múltiplos veículos terrestres

Esta dissertação visa o desenvolvimento de um sistema de busca e salvamento baseado em múltiplos veículos terrestres, utilizando para tal os veículos LINCE do Laboratório de Sistemas Autónomos. Tendo como principal propósito conferir autonomia aos veículos, foram estudados possíveis cenários de actuação, para determinar as principais funcionalidades requeridas do sistema. Foram também estudadas metodologias de análise e caracterização de sistemas multirobóticos, baseadas no estado da arte existente, e foi elaborada a arquitectura conceptual do sistema e dos veículos a desenvolver. A preparação dos veículos abordou o estudo das possíveis soluções sensoriais e de actuação, e o desenvolvimento de uma arquitectura de hardware capaz de interligar todos os periféricos dos mesmos. Foram adaptados novos sensores e actuadores, e desenvolvidos alguns desses sensores. Para a interligação e manutenção dos mesmos foram ainda desenvolvidos novos periféricos de interface e controlo, e periféricos de gestão de energia. Por fim, foi ainda adaptado um gestor de missões nos veículos, capaz de receber a especificação das mesmas.

Simulação e controlo de veículos autónomos terrestres

A implementação e venda de robôs autónomos tem sido um sector que nos últimos anos tem adquirido cada vez mais quota no mercado, nomeadamente no sector militar, agrícola e da vigilância. Como tal, tem sido também de grande importância a capacidade de implementar e testar robôs por parte das entidades que os fabricam. Uma das formas que tem garantido o sucesso do desenvolvimento de robôs é a simulação prévia dos mesmos antes que estes passem a fase de produção. Sendo assim, o LSA como entidade de desenvolvimento de robôs autónomos, tem necessidade de adquirir um sistema que simule os robôs em desenvolvimento. O trabalho desta tese consiste na realização de um sistema que simule robôs autónomos terrestres de forma que se possa observar o comportamento da cinemática, dinânica e hardware dos robôs em ambiente 3D. Esta aplicação de simulação pode mais tarde ser utilizada pelo laboratório para testar missões, validar alterações de estrutura, sensores, etc. Para além disso, com recurso ao simulador Player/Stage/Gazebo testar o robô LINCE e implementar algoritmos de controlo para o mesmo. Os algoritmos de controlo implementados baseiam-se em primitivas de controlo básico para serem utilizadas pelo sistema de navegação e gerar trajectórias complexas. Os algoritmos desenvolvidos nesta tese baseiam-se nas equações cinemáticas do veículo estudado. Estes algoritmos depois de testados no simulador, poderão ser colocados no Hardware do robô. Desta forma consegue-se desenvolver algoritmos para determinado robô sem que este esteja operacional.

Gestão de expatriados: um estudo exploratório em empresas portuguesas com operações em Moçambique

Este estudo tem como objetivo compreender a fase de preparação da expatriação de empresas portuguesas para Moçambique. Mais concretamente, procura explorar as práticas de Gestão de Recursos Humanos desenvolvidas durante a fase de preparação de missões internacionais para Moçambique. Para a realização do estudo foram selecionadas 5 empresas portuguesas que têm experiência de expatriação de colaboradores para Moçambique. Foi utilizada a metodologia qualitativa, optando-se pelo estudo caso múltiplo e exploratório. O instrumento de recolha de informação foi a entrevista semiestruturada. Ao todo, foram realizadas 12 entrevistas, das quais 5 destinaram-se a representantes organizacionais e 7 a expatriados/repatriados das 5 empresas em estudo. Os resultados sugerem que as empresas portuguesas preparam a expatriação para Moçambique. Porém, essa preparação é feita de forma informal, não existindo ainda um programa formalizado de preparação de expatriações, nomeadamente para Moçambique. Na parte final da dissertação são discutidos os principais resultados obtidos e apresentadas as conclusões do estudo aqui levado a cabo.

Supporting real-time parallel task models with work-stealing

Dynamic parallel scheduling using work-stealing has gained popularity in academia and industry for its good performance, ease of implementation and theoretical bounds on space and time. Cores treat their own double-ended queues (deques) as a stack, pushing and popping threads from the bottom, but treat the deque of another randomly selected busy core as a queue, stealing threads only from the top, whenever they are idle. However, this standard approach cannot be directly applied to real-time systems, where the importance of parallelising tasks is increasing due to the limitations of multiprocessor scheduling theory regarding parallelism. Using one deque per core is obviously a source of priority inversion since high priority tasks may eventually be enqueued after lower priority tasks, possibly leading to deadline misses as in this case the lower priority tasks are the candidates when a stealing operation occurs. Our proposal is to replace the single non-priority deque of work-stealing with ordered per-processor priority deques of ready threads. The scheduling algorithm starts with a single deque per-core, but unlike traditional work-stealing, the total number of deques in the system may now exceed the number of processors. Instead of stealing randomly, cores steal from the highest priority deque.

An improved preemption delay upper bound for floating non-preemptive region

In embedded systems, the timing behaviour of the control mechanisms are sometimes of critical importance for the operational safety. These high criticality systems require strict compliance with the offline predicted task execution time. The execution of a task when subject to preemption may vary significantly in comparison to its non-preemptive execution. Hence, when preemptive scheduling is required to operate the workload, preemption delay estimation is of paramount importance. In this paper a preemption delay estimation method for floating non-preemptive scheduling policies is presented. This work builds on [1], extending the model and optimising it considerably. The preemption delay function is subject to a major tightness improvement, considering the WCET analysis context. Moreover more information is provided as well in the form of an extrinsic cache misses function, which enables the method to provide a solution in situations where the non-preemptive regions sizes are small. Finally experimental results from the implementation of the proposed solutions in Heptane are provided for real benchmarks which validate the significance of this work.

Response time analysis of COTS-Based multicores considering the contention on the shared memory bus

The current industry trend is towards using Commercially available Off-The-Shelf (COTS) based multicores for developing real time embedded systems, as opposed to the usage of custom-made hardware. In typical implementation of such COTS-based multicores, multiple cores access the main memory via a shared bus. This often leads to contention on this shared channel, which results in an increase of the response time of the tasks. Analyzing this increased response time, considering the contention on the shared bus, is challenging on COTS-based systems mainly because bus arbitration protocols are often undocumented and the exact instants at which the shared bus is accessed by tasks are not explicitly controlled by the operating system scheduler; they are instead a result of cache misses. This paper makes three contributions towards analyzing tasks scheduled on COTS-based multicores. Firstly, we describe a method to model the memory access patterns of a task. Secondly, we apply this model to analyze the worst case response time for a set of tasks. Although the required parameters to obtain the request profile can be obtained by static analysis, we provide an alternative method to experimentally obtain them by using performance monitoring counters (PMCs). We also compare our work against an existing approach and show that our approach outperforms it by providing tighter upper-bound on the number of bus requests generated by a task.

Finding an upper bound on the increase in execution time due to contention on the memory bus in COTS-based multicore systems

Contention on the memory bus in COTS based multicore systems is becoming a major determining factor of the execution time of a task. Analyzing this extra execution time is non-trivial because (i) bus arbitration protocols in such systems are often undocumented and (ii) the times when the memory bus is requested to be used are not explicitly controlled by the operating system scheduler; they are instead a result of cache misses. We present a method for finding an upper bound on the extra execution time of a task due to contention on the memory bus in COTS based multicore systems. This method makes no assumptions on the bus arbitration protocol (other than assuming that it is work-conserving).

Uniprocessor EDF scheduling with mode change

Consider the problem of scheduling sporadically-arriving tasks with implicit deadlines using Earliest-Deadline-First (EDF) on a single processor. The system may undergo changes in its operational modes and therefore the characteristics of the task set may change at run-time. We consider a well-established previously published mode-change protocol and we show that if every mode utilizes at most 50% of the processing capacity then all deadlines are met. We also show that there exists a task set that misses a deadline although the utilization exceeds 50% by just an arbitrarily small amount. Finally, we present, for a relevant special case, an exact schedulability test for EDF with mode change.

The utilization bound of static-priority preemptive partitioned multiprocessor scheduling is 50%

This paper studies static-priority preemptive scheduling on a multiprocessor using partitioned scheduling. We propose a new scheduling algorithm and prove that if the proposed algorithm is used and if less than 50% of the capacity is requested then all deadlines are met. It is known that for every static-priority multiprocessor scheduling algorithm, there is a task set that misses a deadline although the requested capacity is arbitrary close to 50%.

IPv6 – Integração, Transição e Segurança

Ao longo dos anos a Internet tornou-se uma ferramenta fundamental para a sociedade e, nos dias de hoje, é praticamente inevitável não usufruir de algumas facilidades proporcionadas pela rede mundial. Devido à sua massificação nos últimos anos, os endereços de IP disponíveis esgotaram-se, pelo que tornou-se necessário a elaboração de uma nova versão do protocolo comunicação, utilizado para suportar todas as comunicações na Internet, o Internet Protocol, versão 6 (IPv6). Apesar da ampla utilização da Internet, a maioria dos seus utilizadores está completamente alheia às questões de segurança, estando por isso exposta a uma diversidade de perigos. O aumento da segurança é também uma das principais missões do IPv6, tendo-se introduzido alguns mecanismos de segurança relevantes. Este trabalho tem como objetivo estudar o IPv6, focando-se especialmente em questões relacionadas com os mecanismos de transição do IPv4 para IPv6 e em aspetos de segurança. Proporcionando uma abordagem teórica ao protocolo e aos conceitos de segurança, este documento apresenta também uma perspetiva mais técnica da implementação do IPv6, pretendendo ser um manual de apoio aos responsáveis pela implementação da versão 6 do IP. Os três métodos de transição, que permitem a atualização do IPv4 para IPv6, são analisados de forma a apoiar a equipa na tomada de decisão sobre qual (ou quais) os métodos de transição a utilizar. Uma parte substancial do trabalho foi dedicada à seleção e estudo de vulnerabilidades que se encontram presentes no IPv6, a forma como são exploradas por parte do atacante, a forma como podem ser classificadas e os processos que diminuem o risco de exposição a essas mesmas vulnerabilidades. Um conjunto de boas práticas na administração da segurança de redes é também apresentada, para melhorar a garantia de que problemas conhecidos não possam ser explorados por utilizadores mal intencionados.