Development of a human movement monitoring system based on wearable devices

It is essential to remotely and continuously monitor the movements of individuals in many social areas, for example, taking care of aging people, physical therapy, athletic training etc. Many methods have been used, such as video record, motion analysis or sensor-based methods. Due to the limitations in remote communication, power consumption, portability and so on, most of them are not able to fulfill the requirements. The development of wearable technology and cloud computing provides a new efficient way to achieve this goal. This paper presents an intelligent human movement monitoring system based on a smartwatch, an Android smartphone and a distributed data management engine. This system includes advantages of wide adaptability, remote and long-term monitoring capacity, high portability and flexibility. The structure of the system and its principle are introduced. Four experiments are designed to prove the feasibility of the system. The results of the experiments demonstrate the system is able to detect different actions of individuals with adequate accuracy.

Arquitetura computacional para redes orgânicas e heterogêneas: plano de controle do sistema operacional swarm.

Computational Swarms (enxames computacionais), consistindo da integração de sensores e atuadores inteligentes no nosso mundo conectado, possibilitam uma extensão da info-esfera no mundo físico. Nós chamamos esta info-esfera extendida, cíber-física, de Swarm. Este trabalho propõe uma visão de Swarm onde dispositivos computacionais cooperam dinâmica e oportunisticamente, gerando redes orgânicas e heterogêneas. A tese apresenta uma arquitetura computacional do Plano de Controle do Sistema Operacional do Swarm, que é uma camada de software distribuída embarcada em todos os dispositivos que fazem parte do Swarm, responsável por gerenciar recursos, definindo atores, como descrever e utilizar serviços e recursos (como divulgá-los e descobrí-los, como realizar transações, adaptações de conteúdos e cooperação multiagentes). O projeto da arquitetura foi iniciado com uma revisão da caracterização do conceito de Swarm, revisitando a definição de termos e estabelecendo uma terminologia para ser utilizada. Requisitos e desafios foram identificados e uma visão operacional foi proposta. Esta visão operacional foi exercitada com casos de uso e os elementos arquiteturais foram extraídos dela e organizados em uma arquitetura. A arquitetura foi testada com os casos de uso, gerando revisões do sistema. Cada um dos elementos arquiteturais requereram revisões do estado da arte. Uma prova de conceito do Plano de Controle foi implementada e uma demonstração foi proposta e implementada. A demonstração selecionada foi o Smart Jukebox, que exercita os aspectos distribuídos e a dinamicidade do sistema proposto. Este trabalho apresenta a visão do Swarm computacional e apresenta uma plataforma aplicável na prática. A evolução desta arquitetura pode ser a base de uma rede global, heterogênea e orgânica de redes de dispositivos computacionais alavancando a integração de sistemas cíber-físicos na núvem permitindo a cooperação de sistemas escaláveis e flexíveis, interoperando para alcançar objetivos comuns.

Flexible processing architecture for maintaining QoS in embedded systems applications

Comunicación presentada en las V Jornadas de Computación Empotrada, Valladolid, 17-19 Septiembre 2014

Scheduling medical application workloads on virtualized computing systems

This dissertation presents and evaluates a methodology for scheduling medical application workloads in virtualized computing environments. Such environments are being widely adopted by providers of "cloud computing" services. In the context of provisioning resources for medical applications, such environments allow users to deploy applications on distributed computing resources while keeping their data secure. Furthermore, higher level services that further abstract the infrastructure-related issues can be built on top of such infrastructures. For example, a medical imaging service can allow medical professionals to process their data in the cloud, easing them from the burden of having to deploy and manage these resources themselves. In this work, we focus on issues related to scheduling scientific workloads on virtualized environments. We build upon the knowledge base of traditional parallel job scheduling to address the specific case of medical applications while harnessing the benefits afforded by virtualization technology. To this end, we provide the following contributions: (1) An in-depth analysis of the execution characteristics of the target applications when run in virtualized environments. (2) A performance prediction methodology applicable to the target environment. (3) A scheduling algorithm that harnesses application knowledge and virtualization-related benefits to provide strong scheduling performance and quality of service guarantees. In the process of addressing these pertinent issues for our target user base (i.e. medical professionals and researchers), we provide insight that benefits a large community of scientific application users in industry and academia. Our execution time prediction and scheduling methodologies are implemented and evaluated on a real system running popular scientific applications. We find that we are able to predict the execution time of a number of these applications with an average error of 15%. Our scheduling methodology, which is tested with medical image processing workloads, is compared to that of two baseline scheduling solutions and we find that it outperforms them in terms of both the number of jobs processed and resource utilization by 20–30%, without violating any deadlines. We conclude that our solution is a viable approach to supporting the computational needs of medical users, even if the cloud computing paradigm is not widely adopted in its current form.

Estudo da efetividade dos mecanismos de compartilhamento de memória em hipervisores

The growing demand for large-scale virtualization environments, such as the ones used in cloud computing, has led to a need for efficient management of computing resources. RAM memory is the one of the most required resources in these environments, and is usually the main factor limiting the number of virtual machines that can run on the physical host. Recently, hypervisors have brought mechanisms for transparent memory sharing between virtual machines in order to reduce the total demand for system memory. These mechanisms “merge” similar pages detected in multiple virtual machines into the same physical memory, using a copy-on-write mechanism in a manner that is transparent to the guest systems. The objective of this study is to present an overview of these mechanisms and also evaluate their performance and effectiveness. The results of two popular hypervisors (VMware and KVM) using different guest operating systems (Linux and Windows) and different workloads (synthetic and real) are presented herein. The results show significant performance differences between hypervisors according to the guest system workloads and execution time.

FluxEngine: A flexible processing system for calculating atmosphere-ocean carbon dioxide gas fluxes and climatologies

The air-sea flux of greenhouse gases (e.g. carbon dioxide, CO2) is a critical part of the climate system and a major factor in the biogeochemical development of the oceans. More accurate and higher resolution calculations of these gas fluxes are required if we are to fully understand and predict our future climate. Satellite Earth observation is able to provide large spatial scale datasets that can be used to study gas fluxes. However, the large storage requirements needed to host such data can restrict its use by the scientific community. Fortunately, the development of cloud-computing can provide a solution. Here we describe an open source air-sea CO2 flux processing toolbox called the ‘FluxEngine’, designed for use on a cloud-computing infrastructure. The toolbox allows users to easily generate global and regional air-sea CO2 flux data from model, in situ and Earth observation data, and its air-sea gas flux calculation is user configurable. Its current installation on the Nephalae cloud allows users to easily exploit more than 8 terabytes of climate-quality Earth observation data for the derivation of gas fluxes. The resultant NetCDF data output files contain >20 data layers containing the various stages of the flux calculation along with process indicator layers to aid interpretation of the data. This paper describes the toolbox design, the verification of the air-sea CO2 flux calculations, demonstrates the use of the tools for studying global and shelf-sea air-sea fluxes and describes future developments.

Elastic Computing - a novel paradigm for distributed systems

This talk, which is based on our newest findings and experiences from research and industrial projects, addresses one of the most relevant challenges for a decade to come: How to integrate the Internet of Things with software, people, and processes, considering modern Cloud Computing and Elasticity principles. Elasticity is seen as one of the main characteristics of Cloud Computing today. Is elasticity simply scalability on steroids? This talk addresses the main principles of elasticity, presents a fresh look at this problem, and examines how to integrate people, software services, and things into one composite system, which can be modeled, programmed, and deployed on a large scale in an elastic way. This novel paradigm has major consequences on how we view, build, design, and deploy ultra-large scale distributed systems.

Sistema de apoio à racionalização da utilização de energia eléctrica

Esta dissertação descreve o sistema de apoio à racionalização da utilização de energia eléctrica desenvolvido no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação. O domínio de aplicação enquadra-se no contexto da Directiva da União Europeia 2006/32/EC que declara ser necessário colocar à disposição dos consumidores a informação e os meios que promovam a redução do consumo e o aumento da eficiência energética individual. O objectivo é o desenvolvimento de uma solução que permita a representação gráfica do consumo/produção, a definição de tectos de consumo, a geração automática de alertas e alarmes, a comparação anónima com clientes com perfil idêntico por região e a previsão de consumo/produção no caso de clientes industriais. Trata-se de um sistema distribuído composto por front-end e back-end. O front-end é composto pelas aplicações de interface com o utilizador desenvolvidas para dispositivos móveis Android e navegadores Web. O back-end efectua o armazenamento e processamento de informação e encontra-se alojado numa plataforma de cloud computing – o Google App Engine – que disponibiliza uma interface padrão do tipo serviço Web. Esta opção assegura interoperabilidade, escalabilidade e robustez ao sistema. Descreve-se em detalhe a concepção, desenvolvimento e teste do protótipo realizado, incluindo: (i) as funcionalidades de gestão e análise de consumo e produção de energia implementadas; (ii) as estruturas de dados; (iii) a base de dados e o serviço Web; e (iv) os testes e a depuração efectuados. (iv) Por fim, apresenta-se o balanço deste projecto e efectuam-se sugestões de melhoria.

Key-CRDT stores

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Middleware for Large-scale Distributed Systems

Nos últimos anos o aumento exponencial da utilização de dispositivos móveis e serviços disponibilizados na “Cloud” levou a que a forma como os sistemas são desenhados e implementados mudasse, numa perspectiva de tentar alcançar requisitos que até então não eram essenciais. Analisando esta evolução, com o enorme aumento dos dispositivos móveis, como os “smartphones” e “tablets” fez com que o desenho e implementação de sistemas distribuidos fossem ainda mais importantes nesta área, na tentativa de promover sistemas e aplicações que fossem mais flexíveis, robutos, escaláveis e acima de tudo interoperáveis. A menor capacidade de processamento ou armazenamento destes dispositivos tornou essencial o aparecimento e crescimento de tecnologias que prometem solucionar muitos dos problemas identificados. O aparecimento do conceito de Middleware visa solucionar estas lacunas nos sistemas distribuidos mais evoluídos, promovendo uma solução a nível de organização e desenho da arquitetura dos sistemas, ao memo tempo que fornece comunicações extremamente rápidas, seguras e de confiança. Uma arquitetura baseada em Middleware visa dotar os sistemas de um canal de comunicação que fornece uma forte interoperabilidade, escalabilidade, e segurança na troca de mensagens, entre outras vantagens. Nesta tese vários tipos e exemplos de sistemas distribuídos e são descritos e analisados, assim como uma descrição em detalhe de três protocolos (XMPP, AMQP e DDS) de comunicação, sendo dois deles (XMPP e AMQP) utilzados em projecto reais que serão descritos ao longo desta tese. O principal objetivo da escrita desta tese é demonstrar o estudo e o levantamento do estado da arte relativamente ao conceito de Middleware aplicado a sistemas distribuídos de larga escala, provando que a utilização de um Middleware pode facilitar e agilizar o desenho e desenvolvimento de um sistema distribuído e traz enormes vantagens num futuro próximo.

A flexible navigation system for autonomous robots operating in heterogeneous environments

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Personalization platform for multimodal ubiquitous computing applications

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

TSKY: a dependable middleware solution for data privacy using public storage clouds

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Dynamic adaptation of interaction models for stateful web services

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Gestão e instalação de redes de sensores sem fios (domótica)

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores