TDBS: a time division beacon scheduling mechanism for ZigBee cluster-tree wireless sensor networks

Synchronization is a challenging and important issue for time-sensitive Wireless Sensor Networks (WSN) since it requires a mutual spatiotemporal coordination between the nodes. In that concern, the IEEE 802.15.4/ZigBee protocols embody promising technologies for WSNs, but are still ambiguous on how to efficiently build synchronized multiple-cluster networks, specifically for the case of cluster-tree topologies. In fact, the current IEEE 802.15.4/ZigBee specifications restrict the synchronization to beacon-enabled (by the generation of periodic beacon frames) star networks, while they support multi-hop networking in mesh topologies, but with no synchronization. Even though both specifications mention the possible use of cluster-tree topologies, which combine multi-hop and synchronization features, the description on how to effectively construct such a network topology is missing. This paper tackles this issue by unveiling the ambiguities regarding the use of the cluster-tree topology and proposing a synchronization mechanism based on Time Division Beacon Scheduling (TDBS) to build cluster-tree WSNs. In addition, we propose a methodology for efficiently managing duty-cycles in every cluster, ensuring the fairest use of bandwidth resources. The feasibility of the TDBS mechanism is clearly demonstrated through an experimental test-bed based on our open-source implementation of the IEEE 802.15.4/ZigBee protocols.

A time division beacon scheduling mechanism for IEEE 802.15.4/Zigbee cluster-tree wireless sensor networks

While the IEEE 802.15.4/Zigbee protocol stack is being considered as a promising technology for low-cost low-power Wireless Sensor Networks (WSNs), several issues in the standard specifications are still open. One of those ambiguous issues is how to build a synchronized multi-hop cluster-tree network, which is quite suitable for ensuring QoS support in WSNs. In fact, the current IEEE 802.15.4/Zigbee specifications restrict the synchronization in the beacon-enabled mode (by the generation of periodic beacon frames) to star-based networks, while it supports multi-hop networking using the peer-to-peer mesh topology, but with no synchronization. Even though both specifications mention the possible use of cluster-tree topologies, which combine multihop and synchronization features, the description on how to effectively construct such a network topology is missing. This paper tackles this problem, unveils the ambiguities regarding the use of the cluster-tree topology and proposes a synchronization mechanism based on Time Division Beacon Scheduling to construct cluster-tree WSNs. We also propose a methodology for an efficient duty cycle management in each router (cluster-head) of a cluster-tree WSN that ensures the fairest use of bandwidth resources. The feasibility of the proposal is clearly demonstrated through an experimental test bed based on our own implementation of the IEEE 802.15.4/Zigbee protocol.

Collision-free beacon scheduling mechanisms for IEEE 802.15.4/Zigbee cluster-tree wireless sensor networks

The recently standardized IEEE 802.15.4/Zigbee protocol stack offers great potentials for ubiquitous and pervasive computing, namely for Wireless Sensor Networks (WSNs). However, there are still some open and ambiguous issues that turn its practical use a challenging task. One of those issues is how to build a synchronized multi-hop cluster-tree network, which is quite suitable for QoS support in WSNs. In fact, the current IEEE 802.15.4/Zigbee specifications restrict the synchronization in the beacon-enabled mode (by the generation of periodic beacon frames) to star-based networks, while it supports multi-hop networking using the peer-to-peer mesh topology, but with no synchronization. Even though both specifications mention the possible use of cluster-tree topologies, which combine multi-hop and synchronization features, the description on how to effectively construct such a network topology is missing. This paper tackles this problem, unveils the ambiguities regarding the use of the cluster-tree topology and proposes two collision-free beacon frame scheduling schemes. We strongly believe that the results provided in this paper trigger a significant step towards the practical and efficient use of IEEE 802.15.4/Zigbee cluster-tree networks.

Beacon scheduling in cluster-tree IEEE 802.15.4/ZigBee wireless sensor networks

The recently standardized IEEE 802.15.4/Zigbee protocol stack offers great potentials for ubiquitous and pervasive computing, namely for Wireless Sensor Networks (WSNs). However, there are still some open and ambiguous issues that turn its practical use a challenging task. One of those issues is how to build a synchronized multi-hop cluster-tree network, which is quite suitable for QoS support in WSNs. In fact, the current IEEE 802.15.4/Zigbee specifications restrict the synchronization in the beacon-enabled mode (by the generation of periodic beacon frames) to star-based networks, while it supports multi-hop networking using the peer-to-peer mesh topology, but with no synchronization. Even though both specifications mention the possible use of cluster-tree topologies, which combine multi-hop and synchronization features, the description on how to effectively construct such a network topology is missing. This report tackles this problem, unveils the ambiguities regarding the use of the cluster-tree topology and proposes two collisionfree beacon frame scheduling schemes.

Optimal location of supports in beam structures using genetic algorithms

Real structures can be thought as an assembly of components, as for instances plates, shells and beams. This later type of component is very commonly found in structures like frames which can involve a significant degree of complexity or as a reinforcement element of plates or shells. To obtain the desired mechanical behavior of these components or to improve their operating conditions when rehabilitating structures, one of the eventual parameters to consider for that purpose, when possible, is the location of the supports. In the present work, a beam-type structure is considered, and for a set of cases concerning different number and types of supports, as well as different load cases, the authors optimize the location of the supports in order to obtain minimum values of the maximum transverse deflection. The optimization processes are carried out using genetic algorithms. The results obtained, clearly show a good performance of the approach proposed. © 2014 IEEE.

Modelação e integração em sistemas flexíveis de produção

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática,pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

O Papel do educador enquanto promotor de comportamentos de autorregulação das crianças

Relatório da Prática Profissional Supervisionada Mestrado em Educação Pré-Escolar

Avaliação de custos e avaliação de fornecedores

O presente trabalho tem como principais objetivos caracterizar os trabalhos efetuados ao longo do estágio realizado na Tramel, empresa de serralharia civil, e efetuar um estudo de avaliação de fornecedores de alumínio. O estágio desenvolveu-se essencialmente no departamento comercial e de orçamentos e no departamento de qualidade da empresa. De forma a poder desenvolver um trabalho que reunisse informação destas duas áreas foi realizado um estudo de avaliação de fornecedores de alumínio em termos de custos e de qualidade. Assim este trabalho começa por descrever o que são as serralharias, dando especial atenção aos principais materiais utilizados na empresa e tipos de tratamento usados. Depois faz uma breve referência à evolução histórica da orçamentação, distinguindo os diferentes tipos de custos e ainda à qualidade e à importância de um sistema de gestão de qualidade numa empresa. Posteriormente são referidos os trabalhos efetuados ao longo do estágio que foram previamente definidos no plano de trabalhos. Por fim é apresentado o estudo de avaliação de fornecedores de alumínio. Foram estudados os quatro principais fornecedores de alumínio da empresa e para diversos tipos de caixilhos foi determinado o custo, distinguindo no final a percentagem necessária de perfis, acessórios, tratamento, mão de obra para fabrico, lacagem e sobras. Depois é realizada uma avaliação em termos de qualidade com base em inquéritos distribuídos aos colaboradores. Finalizado o estudo realizado são tiradas conclusões e sugeridas perspetivas futuras.

Sistema de auto calibração visual para robots do ISePorto, baseado em EKF

Os sistemas de perceção existentes nos robôs autónomos, hoje em dia, são bastante complexos. A informação dos vários sensores, existentes em diferentes partes do robôs, necessitam de estar relacionados entre si face ao referencial do robô ou do mundo. Para isso, o conhecimento da atitude (posição e rotação) entre os referenciais dos sensores e o referencial do robô é um fator critico para o desempenho do mesmo. O processo de calibração dessas posições e translações é chamado calibração dos parâmetros extrínsecos. Esta dissertação propõe o desenvolvimento de um método de calibração autónomo para robôs como câmaras direcionais, como é o caso dos robôs da equipa ISePorto. A solução proposta consiste na aquisição de dados da visão, giroscópio e odometria durante uma manobra efetuada pelo robô em torno de um alvo com um padrão conhecido. Esta informação é então processada em conjunto através de um Extended Kalman Filter (EKF) onde são estimados necessários para relacionar os sensores existentes no robô em relação ao referencial do mesmo. Esta solução foi avaliada com recurso a vários testes e os resultados obtidos foram bastante similares aos obtidos pelo método manual, anteriormente utilizado, com um aumento significativo em rapidez e consistência.

Sistema de programação e controle de estações robóticas: uma arquitectura baseada em conhecimento

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Informática pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia

On the requirements of interpolating polynomials for path motion constraints

In the framework of multibody dynamics, the path motion constraint enforces that a body follows a predefined curve being its rotations with respect to the curve moving frame also prescribed. The kinematic constraint formulation requires the evaluation of the fourth derivative of the curve with respect to its arc length. Regardless of the fact that higher order polynomials lead to unwanted curve oscillations, at least a fifth order polynomials is required to formulate this constraint. From the point of view of geometric control lower order polynomials are preferred. This work shows that for multibody dynamic formulations with dependent coordinates the use of cubic polynomials is possible, being the dynamic response similar to that obtained with higher order polynomials. The stabilization of the equations of motion, always required to control the constraint violations during long analysis periods due to the inherent numerical errors of the integration process, is enough to correct the error introduced by using a lower order polynomial interpolation and thus forfeiting the analytical requirement for higher order polynomials.

Sistema de visão e laser para percepção em ambientes subaquáticos

A exploração do meio subaquático utilizando visão computacional é ainda um processo complexo. Geralmente são utilizados sistemas de visão baseados em visão stereo, no entanto, esta abordagem apresenta limitações, é pouco precisa e é exigente em termos computacionais quando o meio de operação é o subaquático. Estas limitações surgem principalmente em dois cenários de aplicação: quando existe escassez de iluminação e em operações junto a infraestruturas subaquáticas. Consequentemente, a solução reside na utilização de fontes de informação sensorial alternativas ou complementares ao sistema de visão computacional. Neste trabalho propõe-se o desenvolvimento de um sistema de percepção subaquático que combina uma câmara e um projetor laser de um feixe em linha, onde o projetor de luz estruturada _e utilizado como fonte de informação. Em qualquer sistema de visão computacional, e ainda mais relevante em sistemas baseados em triangulação, a sua correta calibração toma um papel fulcral para a qualidade das medidas obtidas com o sistema. A calibração do sistema de visão laser foi dividida em duas etapas. A primeira etapa diz respeito à calibração da câmara, onde são definidos os parâmetros intrínsecos e os parâmetros extrínsecos relativos a este sensor. A segunda etapa define a relação entre a câmara e o laser, sendo esta etapa necessária para a obtenção de imagens tridimensionais. Assim, um dos principais desafios desta dissertação passou por resolver o problema da calibração inerente a este sistema. Desse modo, foi desenvolvida uma ferramenta que requer, pelo menos duas fotos do padrão de xadrez, com perspectivas diferentes. O método proposto foi caracterizado e validado em ambientes secos e subaquáticos. Os resultados obtidos mostram que o sistema _e preciso e os valores de profundidade obtidos apresentam um erro significativamente baixo (inferiores a 1 mm), mesmo com uma base-line (distância entre a centro óptico da câmara e o plano de incidência do laser) reduzida.

A metodologia quadripolar de investigação científica aplicada em Ciência da Informação: relato de experiência

O texto retrata o percurso metodológico de uma investigação no âmbito científico da Ciência da Informação, com a aplicação do método quadripolar. Explica-se como este dispositivo de investigação proporcionou o conhecimento multidimensional do objeto de estudo. São abordadas em detalhe as componentes envolvidas nos quatro pólos desta metodologia: o epistemológico, o teórico, o técnico e o morfológico. Evidenciam-se as relações dinâmicas entre os quatro pólos, com o pólo epistemológico a enquadrar os referenciais teóricos, que influenciam o contacto com a realidade operado no pólo técnico, o qual determina os resultados do pólo morfológico.

Robustness of timber structures in seismic areas

Some of the properties sought in seismic design of buildings are also considered fundamental to guarantee structural robustness. Moreover, some key concepts are common to both seismic and robustness design. In fact, both analyses consider events with a very small probability of occurrence, and consequently, a significant level of damage is admissible. As very rare events,in both cases, the actions are extremely hard to quantify. The acceptance of limited damage requires a system based analysis of structures, rather than an element by element methodology, as employed for other load cases. As for robustness analysis, in seismic design the main objective is to guarantee that the structure survives an earthquake, without extensive damage. In the case of seismic design, this is achieved by guaranteeing the dissipation of energy through plastic hinges distributed in the structure. For this to be possible, some key properties must be assured, in particular ductility and redundancy. The same properties could be fundamental in robustness design, as a structure can only sustain significant damage if capable of distributing stresses to parts of the structure unaffected by the triggering event. Timber is often used for primary load‐bearing elements in single storey long‐span structures for public buildings and arenas, where severe consequences can be expected if one or more of the primary load bearing elements fail. The structural system used for these structures consists of main frames, secondary elements and bracing elements. The main frame, composed by columns and beams, can be seen as key elements in the system and should be designed with high safety against failure and under strict quality control. The main frames may sometimes be designed with moment resisting joints between columns and beams. Scenarios, where one or more of these key elements, fail should be considered at least for high consequence buildings. Two alternative strategies may be applied: isolation of collapsing sections and, provision of alternate load paths [1]. The first one is relatively straightforward to provide by deliberately designing the secondary structural system less strong and stiff. Alternatively, the secondary structural system and the bracing system can be design so that loss of capacity in the main frame does not lead to the collapse. A case study has been selected aiming to assess the consequences of these two different strategies, in particular, under seismic loads.

Full analysis of suspension geometry and chassis performance of Formula Student racing car

Formula Student events gather engineering students, who compete, designing, building and racing single-seater cars. The team of ISEP is working on its first car that soon will take part in this competition. This work aims to analyze the current design’s chassis, focusing on suspension geometry and frame’s performance. After analyzing results of the tests planned suggestions, that can be taken into consideration during design process of next cars will be presented. As the car has not been tested yet this work can also be helpful to explain its performance on the track later.