Capacity sharing and stealing in dynamic server-based real-time systems

This paper proposes a dynamic scheduler that supports the coexistence of guaranteed and non-guaranteed bandwidth servers to efficiently handle soft-tasks’ overloads by making additional capacity available from two sources: (i) residual capacity allocated but unused when jobs complete in less than their budgeted execution time; (ii) stealing capacity from inactive non-isolated servers used to schedule best-effort jobs. The effectiveness of the proposed approach in reducing the mean tardiness of periodic jobs is demonstrated through extensive simulations. The achieved results become even more significant when tasks’ computation times have a large variance.

Implementation details of the time division beacon scheduling approach for ZigBee cluster-tree networks

This technical report describes the implementation details of the Time Division Beacon Scheduling Approach in IEEE 802.15.4/ZigBee Cluster-Tree Networks. In this technical report we describe the implementation details, focusing on some aspects of the ZigBee Network Layer and the Time Division Beacon Scheduling mechanism. This report demonstrates the feasibility of our approach based on the evaluation of the experimental results. We also present an overview of the ZigBee address and tree-routing scheme.

Shared resources and precedence constraints with capacity sharing and stealing

This paper proposes a new strategy to integrate shared resources and precedence constraints among real-time tasks, assuming no precise information on critical sections and computation times is available. The concept of bandwidth inheritance is combined with a greedy capacity sharing and stealing policy to efficiently exchange bandwidth among tasks, minimising the degree of deviation from the ideal system's behaviour caused by inter-application blocking. The proposed capacity exchange protocol (CXP) focus on exchanging extra capacities as early, and not necessarily as fairly, as possible. This loss of optimality is worth the reduced complexity as the protocol's behaviour nevertheless tends to be fair in the long run and outperforms other solutions in highly dynamic scenarios, as demonstrated by extensive simulations.

Real-time communications over cluster-tree sensor networks with mobile sink behaviour

Modelling the fundamental performance limits of wireless sensor networks (WSNs) is of paramount importance to understand the behaviour of WSN under worst case conditions and to make the appropriate design choices. In that direction, this paper contributes with a methodology for modelling cluster tree WSNs with a mobile sink. We propose closed form recurrent expressions for computing the worst case end to end delays, buffering and bandwidth requirements across any source-destination path in the cluster tree assuming error free channel. We show how to apply our theoretical results to the specific case of IEEE 802.15.4/ZigBee WSNs. Finally, we demonstrate the validity and analyze the accuracy of our methodology through a comprehensive experimental study, therefore validating the theoretical results through experimentation.

A survey of wireless technologies coexistence in WBAN: analysis and open research issues

Wireless Body Area Network (WBAN) is the most convenient, cost-effective, accurate, and non-invasive technology for e-health monitoring. The performance of WBAN may be disturbed when coexisting with other wireless networks. Accordingly, this paper provides a comprehensive study and in-depth analysis of coexistence issues and interference mitigation solutions in WBAN technologies. A thorough survey of state-of-the art research in WBAN coexistence issues is conducted. The survey classified, discussed, and compared the studies according to the parameters used to analyze the coexistence problem. Solutions suggested by the studies are then classified according to the followed techniques and concomitant shortcomings are identified. Moreover, the coexistence problem in WBAN technologies is mathematically analyzed and formulas are derived for the probability of successful channel access for different wireless technologies with the coexistence of an interfering network. Finally, extensive simulations are conducted using OPNET with several real-life scenarios to evaluate the impact of coexistence interference on different WBAN technologies. In particular, three main WBAN wireless technologies are considered: IEEE 802.15.6, IEEE 802.15.4, and low-power WiFi. The mathematical analysis and the simulation results are discussed and the impact of interfering network on the different wireless technologies is compared and analyzed. The results show that an interfering network (e.g., standard WiFi) has an impact on the performance of WBAN and may disrupt its operation. In addition, using low-power WiFi for WBANs is investigated and proved to be a feasible option compared to other wireless technologies.

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.

Planning smart cities using wireless low energy monitoring systems

Thesis to obtain the Master Degree in Electronics and Telecommunications Engineering

Comunicações marítimas wi-fi usando a banda 5.8 ghz

Tendo em conta a popularidade que as comunicações Wi-Fi têm na atualidade em vários dispositivos como computadores portáteis, telemóveis ou tablets, sendo estes utilizados praticamente por qualquer pessoa, surgiu a ideia de utilizar esta tecnologia de baixo custo e isenta de licenciamento num cenário de comunicações marítimas. Neste contexto, esta permite fornecer o acesso à Internet em banda larga a grupos de embarcações, que atualmente recorrem a tecnologias de elevado custo (satélite) e/ou de banda estreita (rádios VHF). Com o acesso em banda larga, os proprietários poderão utilizar aplicações informáticas de interesse à atividade de negócio ou de lazer, até então só disponíveis junto à costa onde existe cobertura celular. Nesta tese pretende-se fazer um estudo teórico e prático sobre o alcance e respetivo desempenho de comunicações de banda larga em ambiente marítimo, utilizando parte da gama de frequências dos 5,8 GHz, isenta de licença, e a norma IEEE 802.11n. Para se utilizar equipamento produzido em massa a operar nessa gama, existem duas normas disponíveis, a IEEE 802.11a e a IEEE 802.11n. Optou-se pelo IEEE 802.11n pois os esquemas de codificação ao nível físico permitem débitos mais elevados e MIMO. Para a realização dos testes experimentais, foi necessário elaborar um protótipo de comunicação ponto a ponto, constituído por dois nós de comunicação. Um deles foi instalado numa embarcação de pesca em colaboração com a Associação Propeixe e o outro no Edifício Transparente, no Porto, em colaboração com a entidade gestora do edifício e a Associação Porto Digital. Tanto quanto se conhece é o primeiro teste de comunicações Wi-Fi realizado nestas condições a nível mundial. Os objetivos do trabalho foram atingidos. Foi possível estabelecer comunicações Wi-Fi na banda dos 5,8 GHz até cerca de 7 km com débito médio mínimo de 1 Mbit/s. O ambiente de testes desenvolvido e os resultados obtidos servirão de base para futuros trabalhos de investigação na área das comunicações marítimas.

An Enhanced WLAN Security System With FPGA Implementation for Multimedia Applications

Maintaining a high level of data security with a low impact on system performance is more challenging in wireless multimedia applications. Protocols that are used for wireless local area network (WLAN) security are known to significantly degrade performance. In this paper, we propose an enhanced security system for a WLAN. Our new design aims to decrease the processing delay and increase both the speed and throughput of the system, thereby making it more efficient for multimedia applications. Our design is based on the idea of offloading computationally intensive encryption and authentication services to the end systems’ CPUs. The security operations are performed by the hosts’ central processor (which is usually a powerful processor) before delivering the data to a wireless card (which usually has a low-performance processor). By adopting this design, we show that both the delay and the jitter are significantly reduced. At the access point, we improve the performance of network processing hardware for real-time cryptographic processing by using a specialized processor implemented with field-programmable gate array technology. Furthermore, we use enhanced techniques to implement the Counter (CTR) Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol (CCMP) and the CTR protocol. Our experiments show that it requires timing in the range of 20–40 μs to perform data encryption and authentication on different end-host CPUs (e.g., Intel Core i5, i7, and AMD 6-Core) as compared with 10–50 ms when performed using the wireless card. Furthermore, when compared with the standard WiFi protected access II (WPA2), results show that our proposed security system improved the speed to up to 3.7 times.

Aplicação de Internet of Things em casas inteligentes: Serviços de Rede

O foco principal no estudo da Internet of Things tem sido a integração de dispositivos digitais com o mundo físico e vice-versa. Os dispositivos inteligentes têm vindo a ganhar uma forte presença na nossa vida diária e cada vez mais, tendem a integrar o sistema de uma casa, automatizando processos comuns como o controlo de temperatura ambiente ou mesmo a percentagem de luminosidade de uma divisão. A visão da IoT contempla um mundo interconectado, recolhendo informações de forma automática e possibilitando a comunicação entre dispositivos. Contudo, as tecnologias existentes para a criação de redes que albergam estes novos dispositivos carecem de padrões bem definidos, dificultando a interoperabilidade entre as diversas soluções existentes. Neste projeto são estudadas e aplicadas as tecnologias mais promissoras aplicáveis ao paradigma Internet of Things, com o objetivo de encontrar um conjunto de protocolos padrão para a implementação de sistemas de automação em casas inteligentes.1 Como objetivo final deste projeto, pretende-se criar uma rede de dispositivos com capacidades sensoriais que tenham a capacidade de comunicar com o mundo externo, permitindo o acesso à rede por qualquer tipo de utilizador. Com isso, espera-se caminhar para mais perto da padronização dos protocolos inerentes à IoT e habilitar interoperabilidade entre as mais diversas soluções. São apresentados e utilizados os protocolos que mais se adaptam ao tema escolhido, tentando simplificar a rede para que esta possa ser incluída em qualquer ambiente doméstico, recorrendo a hardware de custo reduzido. Os protocolos apresentados são o 6LoWPAN, utilizando o protocolo IEEE 802.15.4 como interface de rede juntamente com endereçamento IPv6. É também utilizado o protocolo CoAP na troca de mensagens entre os dispositivos.

Sensores “em movimento"

A domótica e a Internet das Coisas (Internet of Things – IoT) são dois conceitos que estão a ter bastante impacto na sociedade e a mudar o seu quotidiano, pelo que o utilizador é mais exigente na utilização dos seus equipamentos, pretendendo, que sejam mais simples e eficazes. A IoT é também muito utilizada na vertente da qualidade de vida (verificação da qualidade do ar, temperatura etc.) pelo que é necessário a utilização de uma rede de sensores de forma que toda a informação recolhida seja disponibilizada ao utilizador. Os sensores estão ligados a nós da rede de forma a recolherem informação. Essa rede pode ser constituída por diferentes topologias, sendo que a mais usual é a rede em Malha, pois no caso de um dos nós deixar de funcionar, a mensagem é enviada através de outros nós até chegar ao nó principal. O passo seguinte consiste em enviar toda essa informação para a Cloud, sendo que, nas soluções existentes, é necessário que o utilizador tenha um ponto fixo (gateway) com acesso à internet. Quando não é possível internet por cabo, a solução é a utilização de redes sem fios ou a utilização de, por exemplo, um cartão 3G/4G que implica o pagamento de taxas às operadoras móveis. Estas soluções implicam, na sua grande maioria uma instalação elétrica para alimentação dos nós dos sensores. O grande problema surge quando o utilizador não possui nenhum acesso à Internet (no local onde são instalados os sensores), ou no caso de não existência de nenhuma instalação elétrica para alimentação dos nós dos sensores. A solução proposta nesta dissertação consiste na utilização de um telemóvel, de um utilizador aleatório, como gateway. Assim, um utilizador comum pode ligar os seus sensores onde for necessário. Esses sensores são configurados Over-The-Air através de uma camada de aplicação do dispositivo de comunicação, como por exemplo, o Synapse. Após configuração, os sensores estão prontos a recolher toda a informação e enviá-la através da rede até ao nó principal. O nó principal é constituído pelo dispositivo de comunicação referido anteriormente, ligado a um microcontrolador (Arduino, por exemplo) que tem agregado um leitor de cartões SD e um dispositivo Bluetooth (BLE). Toda a informação recolhida pelos sensores é guardada no cartão SD até que um utilizador, com um telemóvel (Smartphone Android com a aplicação desenvolvida instalada) com o Bluetooth ligado, se aproxime do nó principal. Assim que a ligação é aceite e estabelecida, a aplicação envia a data mais recente de um sensor específico presente na sua base de dados na Cloud para o Arduino, permitindo que este apague os dados mais antigos presentes no cartão e envie, como resposta para o telemóvel, a informação mais antiga recolhida pelo sensor, atualizando assim a informação. A aplicação deste conceito pode ser útil quando não existe nenhuma ligação à internet ou quando um utilizador, por exemplo uma entidade responsável pelo meio ambiente e que seja necessário inserir sensores numa floresta, para prevenção de fogos. Assim os nós vão enviar toda a informação recolhida através da sua rede. Posteriormente, cabe ao utilizador escolher um sítio estratégico, onde saiba que irão passar indivíduos com alguma frequência, de modo a que estes recebam essa informação para o seu telemóvel.

Implementation of Reed-Solomon RS (255,239) Code

In this paper the construction of Reed-Solomon RS(255,239) codeword is described and the process of coding and decoding a message is simulated and verified. RS(255,239), or its shortened version RS(224,208) is used as a coding technique in Low-Power Single Carrier (LPSC) physical layer, as described in IEEE 802.11ad standard. The encoder takes 239 8-bit information symbols, adds 16 parity symbols and constructs 255-byte codeword to be transmitted through wireless communication channel. RS(255,239) codeword is defined over Galois Field GF and is used for correcting upto 8 symbol errors. RS(255,239) code construction is fully implemented and Simulink test project is constructed for testing and analyzing purposes.

QoS support in satellite and wireless networks: study under the network simulator (NS-2)

Aquest projecte es basa en l'estudi de l'oferiment de qualitat de servei en xarxes wireless i satel·litals. Per això l'estudi de les tècniques de cross-layer i del IEEE 802.11e ha sigut el punt clau per al desenvolupament teòric d’aquest estudi. Usant el simulador de xarxes network simulator, a la part de simulacions es plantegen tres situacions: l'estudi de la xarxa satel·lital, l'estudi del mètode d'accés HCCA i la interconnexió de la xarxa satel·lital amb la wireless. Encara que aquest últim punt, incomplet en aquest projecte, ha de ser la continuació per a futures investigacions.

Primary localized rectal/pararectal gastrointestinal stromal tumors: results of surgical and multimodal therapy from the French Sarcoma group.

BACKGROUND: Rectal and pararectal gastrointestinal stromal tumors (GISTs) are rare. The optimal management strategy for primary localized GISTs remains poorly defined. METHODS: We conducted a retrospective analysis of 41 patients with localized rectal or pararectal GISTs treated between 1991 and 2011 in 13 French Sarcoma Group centers. RESULTS: Of 12 patients who received preoperative imatinib therapy for a median duration of 7 (2-12) months, 8 experienced a partial response, 3 had stable disease, and 1 had a complete response. Thirty and 11 patients underwent function-sparing conservative surgery and abdominoperineal resection, respectively. Tumor resections were mostly R0 and R1 in 35 patients. Tumor rupture occurred in 12 patients. Eleven patients received postoperative imatinib with a median follow-up of 59 (2.4-186) months. The median time to disease relapse was 36 (9.8-62) months. The 5-year overall survival rate was 86.5%. Twenty patients developed local recurrence after surgery alone, two developed recurrence after resection combined with preoperative and/or postoperative imatinib, and eight developed metastases. In univariate analysis, the mitotic index (≤5) and tumor size (≤5 cm) were associated with a significantly decreased risk of local relapse. Perioperative imatinib was associated with a significantly reduced risk of overall relapse and local relapse. CONCLUSIONS: Perioperative imatinib therapy was associated with improved disease-free survival. Preoperative imatinib was effective. Tumor shrinkage has a clear benefit for local excision in terms of feasibility and function preservation. Given the complexity of rectal GISTs, referral of patients with this rare disease to expert centers to undergo a multidisciplinary approach is recommended.

Desarrollo e implantación de un entorno wifi abierto

Desarrollo de un entorno con conectividad inalámbrica basada en Wi-Fi, sistema de envío y recepción de datos en redes computacionales que utiliza ondas hertzianas para la comunicación y está acotada por la Wi-Fi Alliance bajo el estándar 802.11.