IEEE 802.15.4: a Federating Communication Protocol for Time-Sensitive Wireless Sensor Networks

Wireless Sensor Networks (WSNs) have been attracting increasing interests for developing a new generation of embedded systems with great potential for many applications such as surveillance, environment monitoring, emergency medical response and home automation. However, the communication paradigms in WSNs differ from the ones attributed to traditional wireless networks, triggering the need for new communication protocols. In this context, the recently standardised IEEE 802.15.4 protocol presents some potentially interesting features for deployment in wireless sensor network applications, such as power-efficiency, timeliness guarantees and scalability. Nevertheless, when addressing WSN applications with (soft/hard) timing requirements some inherent paradoxes emerge, such as power-efficiency versus timeliness, triggering the need of engineering solutions for an efficient deployment of IEEE 802.15.4 in WSNs. In this technical report, we will explore the most relevant characteristics of the IEEE 802.15.4 protocol for wireless sensor networks and present the most important challenges regarding time-sensitive WSN applications. We also provide some timing performance and analysis of the IEEE 802.15.4 that unveil some directions for resolving the previously mentioned paradoxes.

From design-for-test to design-for-debug-and-test: analysis of requirements and limitations for 1149.1

The increasing complexity of VLSI circuits and the reduced accessibility of modern packaging and mounting technologies restrict the usefulness of conventional in-circuit debugging tools, such as in-circuit emulators for microprocessors and microcontrollers. However, this same trend enables the development of more complex products, which in turn require more powerful debugging tools. These conflicting demands could be met if the standard scan test infrastructures now common in most complex components were able to match the debugging requirements of design verification and prototype validation. This paper analyses the main debug requirements in the design of microprocessor-based applications and the feasibility of their implementation using the mandatory, optional and additional operating modes of the standard IEEE 1149.1 test infrastructure.

Habitação modular evolutiva

Da necessidade de criação de habitações que se adaptem ao constante dinamismo do ser humano, surgiu a ideia da concepção de um edifício evolutivo com base na construção modular. A construção modular poderá ser entendida como sendo a principal resposta ao combate da construção de estruturas físicas e imóveis, com características inalteráveis ao longo do tempo. Com este trabalho idealizou-se uma habitação evolutiva, baseado nos conceitos da Coordenação Modular, identificando-se as suas especificações, exigências de desempenho e características funcionais. Foi considerada como medida modular base 0,10m. Os módulos foram pensados com o intuito de que o seu desempenho prático seja satisfatório. A sua base estrutural foi executada a partir do rearranjo de contentores marítimos. Previu-se ainda, o uso de coberturas verdes por serem uma solução comprovada de minorar notoriamente o efeito pernicioso que a construção tem sobre o meio ambiente, ao mesmo tempo que apresentam vantagens térmicas e acústicas. A questão do incentivo do uso da pré-fabricação em Portugal a uma maior escala, não poderia ser descurada. A apresentação de eventuais desenvolvimentos futuros é também relevante, dada a importância que é inerente ao âmbito da industrialização da construção. Do estudo realizado ficaram ainda, bem patentes, os benefícios da racionalização e da industrialização, tanto em termos económicos como em termos ambientais. É possível executar um projecto com níveis de perdas mais baixos e com índices de qualidade superiores a um menor preço.

Integração de um sistema de gestão de informação clínica hospitalar numa unidade de cuidados continuados

O crescimento da população idosa impõe o desenvolvimento de serviços de qualidade orientados para as necessidades comuns desta faixa etária. A área dos cuidados continuados corresponde a um segmento em crescimento com um forte potencial de desenvolvimento no que concerne ao domínio dos sistemas de informação (SI). O presente trabalho pressupõe o acompanhamento do processo de integração de um SI de uma Unidade Hospitalar (UH) numa Unidade de Cuidados Continuados (UCC) para idosos. A análise envolveu o recurso à Teoria Actor-network (ANT), enquanto posicionamento teórico de relevo para o desenvolvimento de SI. Esta teoria coloca, equitativamente, em destaque os factores humano e não humano como concorrentes para o sucesso no desenvolvimento de um SI. O processo em destaque neste trabalho envolveu a análise compreensiva dos SI das unidades de saúde envolvidas; monitorização e descrição do processo de integração do SI de inspiração hospitalar na UCC; avaliação do resultado final; estabelecimento de requisitos fundamentais para o desenho de um SI adaptado a uma organização prestadora de cuidados continuados a idosos. Estas etapas foram desenvolvidas tendo por base a concretização de 3 ciclos, integradores dos conceitos da ANT com o processo de Engenharia de Requisitos: Ciclo 1 - análise do sistema sócio-técnico; Ciclo 2 – desenho do novo sistema sócio-técnico; Ciclo 3 – transformação da rede sócio-técnica. A metodologia inerente ao processo envolveu a análise documental, realização de notas de campo, entrevista e questionário. Os requisitos são apresentados através da conceptualização de um SI denominado Gestão de Cuidados Residenciais (GCR). Conclui-se, que para que um SI resulte com eficácia, eficiência e efetividade para uma organização, deverá revelar-se adaptado ao propósito e missão da organização em causa, sob pena de induzir fragilidade ao ciclo operacional e ao modelo de gestão de informação.

Environmental Decision Support: a Multi-Agent Approach

The environmental management domain is vast and encompasses many identifiable activities: impact assessment, planning, project evaluation, etc. In particular, this paper focusses on the modelling of the project evaluation activity. The environmental decision support system under development aims to provide assistance to project developers in the selection of adequate locations, guaranteeing the compliance with the applicable regulations and the existing development plans as well as satisfying the specified project requirements. The inherent multidisciplinarity features of this activity lead to the adoption of the Multi-Agent paradigm, and, in particular, to the modelling of the involved agencies as a community of cooperative autonomous agents, where each agency contributes with its share of problem solving to the final system’s recommendation. To achieve this behaviour the many conclusions of the individual agencies have to be justifiably accommodated: not only they may differ, but can be interdependent, complementary, irreconcilable, or simply, independent. We propose different solutions (involving both local and global consistency) to support the adequate merge of the distinct perspectives that inevitably arise during this type of decision making.

An optimal boundary fair scheduling

Nowadays, many real-time operating systems discretize the time relying on a system time unit. To take this behavior into account, real-time scheduling algorithms must adopt a discrete-time model in which both timing requirements of tasks and their time allocations have to be integer multiples of the system time unit. That is, tasks cannot be executed for less than one time unit, which implies that they always have to achieve a minimum amount of work before they can be preempted. Assuming such a discrete-time model, the authors of Zhu et al. (Proceedings of the 24th IEEE international real-time systems symposium (RTSS 2003), 2003, J Parallel Distrib Comput 71(10):1411–1425, 2011) proposed an efficient “boundary fair” algorithm (named BF) and proved its optimality for the scheduling of periodic tasks while achieving full system utilization. However, BF cannot handle sporadic tasks due to their inherent irregular and unpredictable job release patterns. In this paper, we propose an optimal boundary-fair scheduling algorithm for sporadic tasks (named BF TeX ), which follows the same principle as BF by making scheduling decisions only at the job arrival times and (expected) task deadlines. This new algorithm was implemented in Linux and we show through experiments conducted upon a multicore machine that BF TeX outperforms the state-of-the-art discrete-time optimal scheduler (PD TeX ), benefiting from much less scheduling overheads. Furthermore, it appears from these experimental results that BF TeX is barely dependent on the length of the system time unit while PD TeX —the only other existing solution for the scheduling of sporadic tasks in discrete-time systems—sees its number of preemptions, migrations and the time spent to take scheduling decisions increasing linearly when improving the time resolution of the system.

Desenho e desenvolvimento de um Sistema de Informação em Oracle ADF

Um Sistema de Informação consiste num sistema capaz de armazenar, organizar e estruturar dados para ajudar a responder às necessidades das empresas, passando também pela capacidade de resposta às questões diárias das empresas. Assim, um Sistema de Informação pode ser definido como o software que ajuda a organizar e analisar dados, tendo como objetivo fornecer informação útil na altura certa para que possa ser utilizada para a tomada de decisões ou para uma gestão mais eficiente dos diversos fluxos que uma empresa pode conter. Neste sentido, o projeto apresentado centra-se no desenho e construção de um Sistema de Informação capaz de gerir o negócio de uma empresa do setor alimentar, mais propriamente do setor da transformação de carnes. Foi desenvolvido em Oracle ADF, de forma a aproveitar as vantagens inerentes à tecnologia e ao desenvolvimento web. Sendo uma tecnologia relativamente nova no mercado e dominada por poucos, a sua utilização neste momento pode tornar-se uma grande vantagem. Para o desenvolvimento da aplicação foi realizado o levantamento e análise de requisitos, foi criada a base de dados capaz de suportar o funcionamento do software e desenvolvido um sistema de login, capaz de gerir as sessões de cada utilizador. Foi implementado um processo de introdução e edição de informação, nomeadamente o registo de entradas, transformações e saídas. Contemplou-se também uma secção com dados mestre da empresa com a possibilidade de inserção, atualização e/ou remoção. Além disso, foram incorporadas validações em todos os processos que são usados pelos utilizadores, de modo a evitar a existência de dados incoerentes ou duplicados. Relativamente à lógica de negócio, foi embutida na aplicação de forma a permitir consultar a informação de forma clara, rápida e em diversos lugares, reduzindo tempo e tarefas ao colaborador/utilizador, visto que os processos foram automatizados. Com a implementação deste Sistema de Informação, a empresa pode usufruir de um sistema integrado capaz de gerir e controlar todo o seu processo produtivo, reduzindo custos e desperdícios, aumentando a produtividade e eficiência.