Real-time tracking and reporting of dynamic events in hierarchical wireless sensor networks

Wireless Sensor Networks (WSNs) are highly distributed systems in which resource allocation (bandwidth, memory) must be performed efficiently to provide a minimum acceptable Quality of Service (QoS) to the regions where critical events occur. In fact, if resources are statically assigned independently from the location and instant of the events, these resources will definitely be misused. In other words, it is more efficient to dynamically grant more resources to sensor nodes affected by critical events, thus providing better network resource management and reducing endto- end delays of event notification and tracking. In this paper, we discuss the use of a WSN management architecture based on the active network management paradigm to provide the real-time tracking and reporting of dynamic events while ensuring efficient resource utilization. The active network management paradigm allows packets to transport not only data, but also program scripts that will be executed in the nodes to dynamically modify the operation of the network. This presumes the use of a runtime execution environment (middleware) in each node to interpret the script. We consider hierarchical (e.g. cluster-tree, two-tiered architecture) WSN topologies since they have been used to improve the timing performance of WSNs as they support deterministic medium access control protocols.

Amygdala activation in response to 2D and 3D emotion-inducing stimuli

Studying changes in brain activation according to the valence of emotion-inducing stimuli is essential in the research on emotions. Due to the ecological potential of virtual reality, it is also important to examine whether brain activation in response to emotional stimuli can be modulated by the three-dimensional (3D) properties of the images. This study uses functional Magnetic Resonance Imaging to compare differences between 3D and standard (2D) visual stimuli in the activation of emotion-related brain areas. The stimuli were organized in three virtual-reality scenarios, each with a different emotional valence (pleasant, unpleasant and neutral). The scenarios were presented in a pseudo-randomized order in the two visualization modes to twelve healthy males. Data were analyzed through a GLM-based fixed effects procedure. Unpleasant and neutral stimuli activated the right amygdala more strongly when presented in 3D than in 2D. These results suggest that 3D stimuli, when used as “building blocks” for virtual environments, can induce increased emotional loading, as shown here through neuroimaging.

Effects of emotional valence and three-dimensionality of visual stimuli on brain activation: an fMRI study

BACKGROUND: Examining changes in brain activation linked with emotion-inducing stimuli is essential to the study of emotions. Due to the ecological potential of techniques such as virtual reality (VR), inspection of whether brain activation in response to emotional stimuli can be modulated by the three-dimensional (3D) properties of the images is important. OBJECTIVE: The current study sought to test whether the activation of brain areas involved in the emotional processing of scenarios of different valences can be modulated by 3D. Therefore, the focus was made on the interaction effect between emotion-inducing stimuli of different emotional valences (pleasant, unpleasant and neutral valences) and visualization types (2D, 3D). However, main effects were also analyzed.METHODS: The effect of emotional valence and visualization types and their interaction were analyzed through a 3x2 repeated measures ANOVA. Post-hoc t-tests were performed under a ROI-analysis approach. RESULTS: The results show increased brain activation for the 3D affective-inducing stimuli in comparison with the same stimuli in 2D scenarios, mostly in cortical and subcortical regions that are related to emotional processing, in addition to visual processing regions. CONCLUSIONS: This study has the potential of clarify brain mechanisms involved in the processing of emotional stimuli (scenarios’ valence) and their interaction with three-dimensionality.

TIGRE - An autonomous ground robot for outdoor exploration

13th International Conference on Autonomous Robot Systems (Robotica), 2013

Metodologia BIM, aplicada à preparação, controlo e gestão de obra

O âmbito deste trabalho envolve o teste do modelo BIM numa obra em construção pela Mota-Engil – Engenharia, na extração experimental de peças desenhadas de preparação e apoio à execução de obra. No capítulo 1 deste relatório são definidos o âmbito e os objetivos deste trabalho, é feito um enquadramento histórico do tema e abordados conceitos e atividades da preparação de obra, na sua forma tradicional. O estado do conhecimento da preparação de obras e mais em concreto da tecnologia BIM a nível nacional e internacional é abordado no capítulo 2. Nesse sentido procura-se definir os conceitos principais inerentes a esta nova metodologia, que passa por identificar e caraterizar a tecnologia envolvida e o seu nível de desenvolvimento. Com suporte em casos práticos de preparação de obra na sua forma tradicional, identificados e desenvolvidos no capítulo 3, foi compilado um processo tipo de peças desenhadas de suporte identificadas e caracterizadas no capítulo 4, frequentes e comuns à execução de diversos tipos de obras de edifícios. Assente na compilação baseada em casos práticos e no estudo do projeto de execução da empreitada que sustenta o presente trabalho, com base no qual o modelo BIM foi concebido, identificou-se um conjunto de peças desenhadas de preparação e apoio à execução dos trabalhos, em 2D, a extrair do modelo. No capítulo 5, é feita uma descrição do modo como foi estudado o projeto da obra, com evidência para os fatores mais relevantes, especificando os desenhos a extrair. Suportada pelo programa de modelação ArchiCAD, a extração do conjunto de desenhos identificados anteriormente foi conseguida com recurso às funcionalidades disponíveis no software, que permite a criação de desenhos 2D atualizáveis ou não automaticamente a partir do modelo. Qualquer alteração introduzida no modelo virtual é automaticamente atualizada nos desenhos bidimensionais, caso o utilizador assim o pretenda. Ao longo desse trabalho foram detetados e analisados os condicionalismos inerentes ao processo de extração, referidos no capítulo 6, para estabelecimento de regras de modelação padrão a adotar em futuras empreitadas, que possam simplificar a obtenção dos elementos desenhados de preparação necessários à sua execução. No ponto 6.3 são identificadas melhorias a introduzir no modelo. Em conclusão no capítulo 7 são abordadas especificidades do setor da construção que sustentam e evidenciam cada vez mais a necessidade de utilizar as novas tecnologias com vista à adoção de práticas e ferramentas padrão de apoio à execução de obras. Sendo a tecnologia BIM, transversal a todo o setor, a sua utilização com regras padrão na conceção dos modelos e na extração de dados, potencia a otimização dos custos, do tempo, dos recursos e da qualidade final de um empreendimento, ao longo de todo o seu ciclo de vida, para além de apoiar com elevada fiabilidade as tomadas de decisão ao longo desse período. A tecnologia BIM, possibilita a antevisão do edifício a construir com um elevado grau de pormenor, com todas as vantagens que daí advêm.

Use of negative information in positioning and tracking algorithms

To avoid additional hardware deployment, indoor localization systems have to be designed in such a way that they rely on existing infrastructure only. Besides the processing of measurements between nodes, localization procedure can include the information of all available environment information. In order to enhance the performance of Wi-Fi based localization systems, the innovative solution presented in this paper considers also the negative information. An indoor tracking method inspired by Kalman filtering is also proposed.

Entity localization and tracking: a sensor fusion-based mechanism in WSNs

Knowing exactly where a mobile entity is and monitoring its trajectory in real-time has recently attracted a lot of interests from both academia and industrial communities, due to the large number of applications it enables, nevertheless, it is nowadays one of the most challenging problems from scientific and technological standpoints. In this work we propose a tracking system based on the fusion of position estimations provided by different sources, that are combined together to get a final estimation that aims at providing improved accuracy with respect to those generated by each system individually. In particular, exploiting the availability of a Wireless Sensor Network as an infrastructure, a mobile entity equipped with an inertial system first gets the position estimation using both a Kalman Filter and a fully distributed positioning algorithm (the Enhanced Steepest Descent, we recently proposed), then combines the results using the Simple Convex Combination algorithm. Simulation results clearly show good performance in terms of the final accuracy achieved. Finally, the proposed technique is validated against real data taken from an inertial sensor provided by THALES ITALIA.

Monetary and fiscal policies interactions in a monetary union with country-size asymmetry

Within a country-size asymmetric monetary union, idiosyncratic shocks and national fiscal stabilization policies cause asymmetric cross-border effects. These effects are a source of strategic interactions between noncoordinated fiscal and monetary policies: on the one hand, due to larger externalities imposed on the union, large countries face less incentives to develop free-riding fiscal policies; on the other hand, a larger strategic position vis-à-vis the central bank incentives the use of fiscal policy to, deliberately, influence monetary policy. Additionally, the existence of non-distortionary government financing may also shape policy interactions. As a result, optimal policy regimes may diverge not only across the union members, but also between the latter and the monetary union. In a two-country micro-founded New-Keynesian model for a monetary union, we consider two fiscal policy scenarios: (i) lump-sum taxes are raised to fully finance the government budget and (ii) lump-sum taxes do not ensure balanced budgets in each period; therefore, fiscal and monetary policies are expected to impinge on debt sustainability. For several degrees of country-size asymmetry, we compute optimal discretionary and dynamic non-cooperative policy games and compare their stabilization performance using a union-wide welfare measure. We also assess whether these outcomes could be improved, for the monetary union, through institutional policy arrangements. We find that, in the presence of government indebtedness, monetary policy optimally deviates from macroeconomic to debt stabilization. We also find that policy cooperation is always welfare increasing for the monetary union as a whole; however, indebted large countries may strongly oppose to this arrangement in favour of fiscal leadership. In this case, delegation of monetary policy to a conservative central bank proves to be fruitful to improve the union’s welfare.

Dissecting the role of CLASP1 in the mammalian development

A mitose é o evento celular, através do qual uma células transmite uma cópias do seu DNA às células filhas. Este processo é mediado pelo fuso mitótico, o qual consiste numa rede bipolar microtubulos. A dinâmica dos microtubulos é regulada por proteínas associadas a estes (MAPs – Microtubule-Associated Proteins), tais como as proteínas associadas às extremidades positivas dos microtubulos (+TIPs – Plus-ends Tracking proteins). As proteínas associadas às CLIPs (CLASPs – CLIP-associated proteins) pertencem a esta família e estão altamente conservadas nos eucariotas. Estas interagem com os microtubulos regulando o fuso mitótico, a segregação dos cromossomas e o comportamento dos microtubulos ao nível do cinetocoro. Assim, as CLASPs têm sido descritas como essenciais à manutenção da integridade genética durante a divisão celular. Um modelo animal knockout para o gene Clasp1 é uma ferramenta indispensável à descoberta do papel da CLASP1 a nível fisiológico. Nos animais knockout foi observado um fenótipo letal, no qual 100% dos recém-nascidos morreram poucos minutos após o nascimento, no decurso de falência respiratória. Após análise histopatológica, observamos que os pulmões dos animais knockout apresentam um atraso no desenvolvimento. Porém, a análise da expressão de marcadores de diferenciação celular, mostrou que os pneumócitos tipo I e II estão presente e diferenciados nos animais knockout aquando do seu nascimento. No entanto, um defeito primário a nível pulmonar ainda não pode ser excluído. Níveis elevados de glicogénio no parênquima alveolar dos animais knockout sugerem imaturidade pulmonar ou deficiente produção do líquido surfactante. Adicionalmente, ainda não está esclarecido de que forma pode este atraso explicar a letalidade observada nos recémnascidos knockout. Verificamos também que expressão de CLASP1 é transiente ao longo do desenvolvimento, sendo particularmente elevada no cérebro, o que pode explicar o seu papel já descrito na biologia dos neurónios. A CLASP1 é ubiquamente expressa em mamíferos adultos, o que sugere que esta proteína é também importante em tecidos diferenciados. Nesta fase, o significado biológico da CLASP1 em mamíferos ainda não foi descortinado. No entanto, nenhum animal knockout para Clasp1 foi capaz de sobreviver ex uterus, o que sugere um papel fundamental desta proteína na fase final do desenvolvimento dos mamíferos.

Shopping center tracking and recommendation systems

Shopping centers present a rich and heterogeneous environment, where IT systems can be implemented in order to support the needs of its actors. However, due to the environment complexity, several feasibility issues emerge when designing both the logical and physical architecture of such systems. Additionally, the system must be able to cope with the individual needs of each actor, and provide services that are easily adopted by them, taking into account several sociological and economical aspects. In this sense, we present an overview of current support systems for shopping center environments. From this overview, a high-level model of the domain (involving actors and services) is described along with challenges and possible features in the context of current Semantic Web, mobile device and sensor technologies.

Optimized near real-time remote device tracking and monitoring system

Os serviços baseados em localização vieram dar um novo alento à criatividade dos programadores de aplicações móveis. A vulgarização de dispositivos com capacidades de localização integradas deu origem ao desenvolvimento de aplicações que gerem e apresentam informação baseada na posição do utilizador. Desde então, o mercado móvel tem assistido ao aparecimento de novas categorias de aplicações que tiram proveito desta capacidade. Entre elas, destaca-se a monitorização remota de dispositivos, que tem vindo a assumir uma importância crescente, tanto no sector particular como no sector empresarial. Esta dissertação começa por apresentar o estado da arte sobre os diferentes sistemas de posicionamento, categorizados pela sua eficácia em ambientes internos ou externos, assim como diferentes protocolos de comunicação em tempo quase-real. É também feita uma análise ao estado actual do mercado móvel. Actualmente o mercado possui diferentes plataformas móveis com características únicas que as fazem rivalizar entre si, com vista a expandirem a sua quota de mercado. É por isso elaborado um breve estudo sobre os sistemas operativos móveis mais relevantes da actualidade. É igualmente feita uma abordagem mais profunda à arquitectura da plataforma móvel da Apple - o iOS – que serviu de base ao desenvolvimento de uma solução optimizada para localização e monitorização de dispositivos móveis. A monitorização implica uma utilização intensiva de recursos energéticos e de largura de banda que os dispositivos móveis da actualidade não estão aptos a suportar. Dado o grande consumo energético do GPS face à precária autonomia destes dispositivos, é apresentado um estudo em que se expõem soluções que permitem gerir de forma optimizada a utilização do GPS. O elevado custo dos planos de dados facultados pelas operadoras móveis é também considerado, pelo que são exploradas soluções que visam minimizar a utilização de largura de banda. Deste trabalho, nasce a aplicação EyeGotcha, que para além de permitir localizar outros utilizadores de dispositivos móveis de forma optimizada, permite também monitorizar as suas acções baseando-se num conjunto de regras pré-definidas. Estas acções são reportadas às entidades monitoras, de modo automatizado e sob a forma de alertas. Visionando-se a comercialização da aplicação, é portanto apresentado um modelo de negócio que permite obter receitas capazes de cobrirem os custos de manutenção de serviços, aos quais o funcionamento da aplicação móvel está subjugado.

Simulation of the magnetic induction vector of a magnetic core to be used in FFC NMR relaxometry

This paper is a contribution for the assessment and comparison of magnet properties based on magnetic field characteristics particularly concerning the magnetic induction uniformity in the air gaps. For this aim, a solver was developed and implemented to determine the magnetic field of a magnetic core to be used in Fast Field Cycling (FFC) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) relaxometry. The electromagnetic field computation is based on a 2D finite-element method (FEM) using both the scalar and the vector potential formulation. Results for the magnetic field lines and the magnetic induction vector in the air gap are presented. The target magnetic induction is 0.2 T, which is a typical requirement of the FFC NMR technique, which can be achieved with a magnetic core based on permanent magnets or coils. In addition, this application requires high magnetic induction uniformity. To achieve this goal, a solution including superconducting pieces is analyzed. Results are compared with a different FEM program.

Demo: automatic personal identification system for security in critical services: a case study

The demonstration proposal moves from the capabilities of a wireless biometric badge [4], which integrates a localization and tracking service along with an automatic personal identification mechanism, to show how a full system architecture is devised to enable the control of physical accesses to restricted areas. The system leverages on the availability of a novel IEEE 802.15.4/Zigbee Cluster Tree network model, on enhanced security levels and on the respect of all the users' privacy issues.

Improving quality-of-service in wireless sensor networks by mitigating “Hidden-Node Collisions”

Wireless sensor networks (WSNs) emerge as underlying infrastructures for new classes of large-scale networked embedded systems. However, WSNs system designers must fulfill the quality-of-service (QoS) requirements imposed by the applications (and users). Very harsh and dynamic physical environments and extremely limited energy/computing/memory/communication node resources are major obstacles for satisfying QoS metrics such as reliability, timeliness, and system lifetime. The limited communication range of WSN nodes, link asymmetry, and the characteristics of the physical environment lead to a major source of QoS degradation in WSNs-the ldquohidden node problem.rdquo In wireless contention-based medium access control (MAC) protocols, when two nodes that are not visible to each other transmit to a third node that is visible to the former, there will be a collision-called hidden-node or blind collision. This problem greatly impacts network throughput, energy-efficiency and message transfer delays, and the problem dramatically increases with the number of nodes. This paper proposes H-NAMe, a very simple yet extremely efficient hidden-node avoidance mechanism for WSNs. H-NAMe relies on a grouping strategy that splits each cluster of a WSN into disjoint groups of non-hidden nodes that scales to multiple clusters via a cluster grouping strategy that guarantees no interference between overlapping clusters. Importantly, H-NAMe is instantiated in IEEE 802.15.4/ZigBee, which currently are the most widespread communication technologies for WSNs, with only minor add-ons and ensuring backward compatibility with their protocols standards. H-NAMe was implemented and exhaustively tested using an experimental test-bed based on ldquooff-the-shelfrdquo technology, showing that it increases network throughput and transmission success probability up to twice the values obtained without H-NAMe. H-NAMe effectiveness was also demonstrated in a target tracking application with mobile robots - over a WSN deployment.