Chaotic Synchronization in Discrete-Time Systems Connected by Bandlimited Channels

Due to the broadband characteristic of chaotic signals, many of the methods that have been proposed for synchronizing chaotic systems do not usually present a satisfactory performance when applied to bandlimited communication channels. Here, the effects of bandwidth limitations imposed by the channel on the synchronous solution of a discrete-time chaotic master-slave network are investigated. The discrete-time system considered in this study is the Henon map. It is analytically shown that synchronism can be achieved in such a network by introducing a digital filter in the feedback loop responsible for generating the chaotic signal that will be sent to the slave node. Numerical simulations relating the filter parameters, such as its order and cut-off frequency, to the maximum Lyapunov exponent of the master node, which determines if the transmitted signal is chaotic or not, are also presented. These results can be useful for practical communication schemes based on chaos.

S/MIMO MC-CDMA Heuristic Multiuser Detectors Based on Single-Objective Optimization

This paper analyzes the complexity-performance trade-off of several heuristic near-optimum multiuser detection (MuD) approaches applied to the uplink of synchronous single/multiple-input multiple-output multicarrier code division multiple access (S/MIMO MC-CDMA) systems. Genetic algorithm (GA), short term tabu search (STTS) and reactive tabu search (RTS), simulated annealing (SA), particle swarm optimization (PSO), and 1-opt local search (1-LS) heuristic multiuser detection algorithms (Heur-MuDs) are analyzed in details, using a single-objective antenna-diversity-aided optimization approach. Monte- Carlo simulations show that, after convergence, the performances reached by all near-optimum Heur-MuDs are similar. However, the computational complexities may differ substantially, depending on the system operation conditions. Their complexities are carefully analyzed in order to obtain a general complexity-performance framework comparison and to show that unitary Hamming distance search MuD (uH-ds) approaches (1-LS, SA, RTS and STTS) reach the best convergence rates, and among them, the 1-LS-MuD provides the best trade-off between implementation complexity and bit error rate (BER) performance.

Synthesis of (-)-hinokinin by oxidation of (-)-cubebin catalyzed by biomimetic metalloporphyrin catalytic systems

A catalytic system consisting of iron tetraphenylporphyrin supported on an alumina matrix for oxidation of (-)-cubebin with iodosylbenzene or hydrogen peroxide is reported. Conversion of (-)-cubebin is very efficient (100%) with 100% selectivity producing only (-)-hinokinin when iodosylbenzene is used as the oxidant and 70% conversion with 100% selectivity when hydrogen peroxide is the oxidant at room temperature under atmospheric pressure. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Entangled States and Collective Nonclassical Effects in Two-Atom Systems

We propose a review of recent developments on entanglement and nonclassical effects in collective two-atom systems and present a uniform physical picture of the many predicted phenomena. The collective effects have brought into sharp focus some of the most basic features of quantum theory, such as nonclassical states of light and entangled states of multiatom systems. The entangled states are linear superpositions of the internal states of the system which cannot be separated into product states of the individual atoms. This property is recognized as entirely quantum-mechanical effect and have played a crucial role in many discussions of the nature of quantum measurements and, in particular, in the developments of quantum communications. Much of the fundamental interest in entangled states is connected with its practical application ranging from quantum computation, information processing, cryptography, and interferometry to atomic spectroscopy.

Evaluating design proposals for complex systems with work domain analysis

In this paper we propose a new framework for evaluating designs based on work domain analysis, the first phase of cognitive work analysis. We develop a rationale for a new approach to evaluation by describing the unique characteristics of complex systems and by showing that systems engineering techniques only partially accommodate these characteristics. We then present work domain analysis as a complementary framework for evaluation. We explain this technique by example by showing how the Australian Defence Force used work domain analysis to evaluate design proposals for a new system called Airborne Early Warning and Control. This case study also demonstrates that work domain analysis is a useful and feasible approach that complements standard techniques for evaluation and that promotes a central role for human factors professionals early in the system design and development process. Actual or potential applications of this research include the evaluation of designs for complex systems.

Quantum noise limits to terabaud communications

From a general model of fiber optics, we investigate the physical limits of soliton-based terabaud communication systems. In particular we consider Raman and initial quantum noise effects which are often neglected in fiber communications. Simulations of the position diffusion in dark and bright solitons show that these effects become increasingly important at short pulse durations, even over kilometer-scale distances. We also obtain an approximate analytic theory in agreement with numerical simulations, which shows that the Raman effects exceed the Gordon-Haus jitter for sub-picosecond pulses. (C) 1997 Elsevier Science B.V.

A mobile systems interface protocol

Recent progresses in the software development world has assisted a change in hardware from heavy mainframes and desktop machines to unimaginable small devices leading to the prophetic "third computing paradigm", Ubiquitous Computing. Still, this novel unnoticeable devices lack in various capabilities, like computing power, storage capacity and human interface. Connectivity associated to this devices is also considered an handicap which comes generally associated expensive and limited protocols like GSM and UMTS. Considering this scenario as background, this paper presents a minimal communication protocol introducing better interfaces for limited devices. Special attention has been paid to the limitations of connectivity, storage capacity and scalability of the developed software applications. Illustrating this new protocol, a case-study is presented addressing car sensors communicating with a central

Capacity Enhancement Using MIMO Antenna Arrays in Realistic Macro-Cellular Urban Environment

In MIMO systems the antenna array configuration in the BS and MS has a large influence on the available channel capacity. In this paper, we first introduce a new Frequency Selective (FS) MIMO framework for macro-cells in a realistic urban environment. The MIMO channel is built over a previously developed directional channel model, which considers the terrain and clutter information in the cluster, line-of-sight and link loss calculations. Next, MIMO configuration characteristics are investigated in order to maximize capacity, mainly the number of antennas, inter-antenna spacing and SNR impact. Channel and capacity simulation results are presented for the city of Lisbon, Portugal, using different antenna configurations. Two power allocations schemes are considered, uniform distribution and FS spatial water-filling. The results suggest optimized MIMO configurations, considering the antenna array size limitations, specially at the MS side.

WPAC: wireless payment and access control: dispositivos móveis no pagamento de serviços e controlo de acessos

A rápida evolução dos dispositivos móveis e das tecnologias de comunicação sem fios transformou o telemóvel num poderoso dispositivo de computação móvel. A necessidade de estar sempre contactável, comum à civilização moderna, tem aumentado a dependência deste dispositivo, sendo transportado pela maioria das pessoas num ambiente urbano e assumindo um papel talvez mais importante que a própria carteira. A ubiquidade e capacidade de computação dos telemóveis aumentam o interesse no desenvolvimento de serviços móveis, além de tradicionais serviços de voz. Um telemóvel pode em breve tornar-se um elemento activo nas nossas tarefas diárias, servindo como um instrumento de pagamento e controlo de acessos, proporcionando assim novas interfaces para serviços existentes. A unificação de vários serviços num único dispositivo é um desafio que pode simplificar a nossa rotina diária e aumentar o conforto, no limite deixaremos de necessitar de dinheiro físico, cartões de crédito ou débito, chaves de residência e de veículos automóveis, ou inclusive documentos de identificação como bilhetes de identidade ou passaportes. O interesse demonstrado pelos intervenientes, desde os fabricantes de telemóveis e operadores de rede móvel até às instituições financeiras, levaram ao aparecimento de múltiplas soluções de serviços móveis. Porém estas soluções respondem geralmente a problemas específicos, apenas contemplando um fornecedor de serviços ou uma determinada operação de pagamento, como seja a compra de bilhetes ou pagamento de estacionamento. Estas soluções emergentes consistem também tipicamente em especificações fechadas e protocolos proprietários. A definição de uma arquitectura genérica, aberta interoperável e extensível é necessária para que os serviços móveis possam ser adoptados de uma forma generalizada por diferentes fornecedores de serviços e para diversos tipos de pagamento. A maior parte das soluções actuais de pagamento móvel depende de comunicações através da rede móvel, algumas utilizam o telemóvel apenas como uma interface de acesso à internet enquanto outras possibilitam o envio de um SMS (Short Message Service) para autorizar uma transacção, o que implica custos de comunicação em todas as operações de pagamento. Este custo de operação torna essas soluções inadequadas para a realização de micropagamentos e podem por isso ter uma aceitação limitada por parte dos clientes. As soluções existentes focam-se maioritariamente em pagamentos à distância, não tirando partido das características do pagamento presencial e não oferecendo por isso uma verdadeira alternativa ao modelo actual de pagamento com cartões de crédito/débito. As capacidades computacionais dos telemóveis e suporte de diversos protocolos de comunicação sem fio local não têm sido aproveitadas, vendo o telemóvel apenas como um terminal GSM (Global System for Mobile Communications) e não oferecendo serviços adicionais como seja a avaliação dinâmica de risco ou controlo de despesas. Esta dissertação propõe e valida, através de um demonstrador, uma aquitectua aberta para o pagamento e controlo de acesso baseado em dispositivos móveis, intitulada WPAC (Wireless Payment and Access Control). Para chegar à solução apresentada foram estudadas outras soluções de pagamento, desde o aparecimento dos cartões de débito até a era de pagamentos electrónicos móveis, passando pelas soluções de pagamento através da internet. As capacidades dos dispositivos móveis, designadamente os telemóveis, e tecnologias de comunicação sem fios foram também analisadas a fim de determinar o estado tecnológico actual. A arquitectura WPAC utiliza padrões de desenho utilizados pela indústria em soluções de sucesso, a utilização de padrões testados e a reutilização de soluções com provas dadas permite aumentar a confiança nesta solução, um destes exemplos é a utilização de uma infra-estrutura de chave pública para o estabelecimento de um canal de comunicação seguro. Esta especificação é uma arquitectura orientada aos serviços que utiliza os Web Services para a definição do contracto do serviço de pagamento. A viabilidade da solução na orquestração de um conjunto de tecnologias e a prova de conceito de novas abordagens é alcançada com a construção de um protótipo e a realização de testes. A arquitectura WPAC possibilita a realização de pagamentos móveis presenciais, isto é, junto do fornecedor de bens ou serviços, seguindo o modelo de pagamento com cartões de crédito/débito no que diz respeito aos intervenientes e relações entre eles. Esta especificação inclui como aspecto inovador a avaliação dinâmica de risco, que utiliza o valor do pagamento, a existência de pagamentos frequentes num período curto de tempo, e a data, hora e local do pagamento como factores de risco; solicitando ao cliente o conjunto de credenciais adequado ao risco avaliado, desde códigos pessoais a dados biométricos. É também apresentada uma alternativa ao processo normal de pagamento, que apesar de menos cómoda permite efectuar pagamentos quando não é possível estabelecer um canal de comunicação sem fios, aumentando assim a tolerância a falhas. Esta solução não implica custos de operação para o cliente na comunicação com o ponto de venda do comerciante, que é realizada através de tecnologias de comunicação local sem fios, pode ser necessária a comunicação através da rede móvel com o emissor do agente de pagamento para a actualização do agente de software ou de dados de segurança, mas essas transmissões são ocasionais. O modelo de segurança recorre a certificados para autenticação dos intervenientes e a uma infra-estrutura de chave pública para cifra e assinatura de mensagens. Os dados de segurança incluídos no agente de software móvel, para desabilitar a cópia ou corrupção da aplicação mas também para a comparação com as credenciais inseridas pelo cliente, devem igualmente ser encriptados e assinados de forma a garantir a sua confidencialidade e integridade. A arquitectura de pagamento utiliza o standard de Web Services, que é amplamente conhecido, aberto e interoperável, para definição do serviço de pagamento. Existem extensões à especificação de Web Services relativas à segurança que permitem trocar itens de segurança e definem o modo de cifra e assinatura de mensagens, possibilitando assim a sua utilização em aplicações que necessitem de segurança como é o caso de serviços de pagamento e controlo de acesso. O contracto de um Web Service define o modo de invocação dos serviços, transmissão de informação e representação de dados, sendo normalmente utilizado o protocolo SOAP que na prática não é mais que um protocolo de troca de mansagens XML (eXtensible Markup Language). O envio e recepção de mensagens XML; ou seja, a transmissão de simples sequências de caracteres, é suportado pela maioria dos protocolos de comunicação, sendo portanto uma solução abrangente que permite a adopção de diversas tecnologias de comunicação sem fios. O protótipo inclui um agente de software móvel, implementado sobre a forma de uma MIDlet, aplicação Java para dispositivos móveis, que implementa o protocolo de pagamento comunicando sobre uma ligação Bluetooth com o ponto de venda do comerciante, simulado por uma aplicação desenvolvida sobre a plataforma .NET e que por isso faz prova da heterogeneidade da solução. A comunicação entre o comerciante e o seu banco para autorização do pagamento e transferência monetária utiliza o protocolo existente para a autorização de pagamentos, com base em cartões de crédito/débito. A definição desta especificação aberta e genérica em conjunto com o forte interesse demonstrado pelos intervenientes, proporciona uma boa perspectiva em termos de adopção da solução, o que pode impulsionar a implementação de serviços móveis e dessa forma simplificar as rotinas diárias das pessoas. Soluções móveis de pagamento reduzem a necessidade de transportar vários cartões de crédito/débito na nossa carteira. A avaliação dinâmica de risco permite aumentar a segurança dos pagamentos, com a solicitação de mais credenciais ao cliente para pagamentos com um maior risco associado, sendo um ponto importante quer para os clientes quer para as instituições financeiras pois diminui o risco de fraude e aumenta a confiança no sistema. Esta solução de pagamento electrónico pode também facilitar a consulta de pagamentos efectuados e saldos, mantendo um histórico dos movimentos, o que não é possível nos cartões de crédito/débito sem uma visita a uma ATM (Automated Teller Machine) ou utilização de homebanking.

Efficient implementation of a dominance protocol for wireless medium access

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Design of a Multiband Full-Rate Ultra-Wideband Receiver in FPGA

MultiBand OFDM (MB-OFDM) UWB [1] is a short-range promising wireless technology for high data rate communications up to 480 Mbps. In this paper, we have designed and implemented in an Virtex-6 FPGA an MB-OFDM UWB receiver for the highest data rate of 480 Mbps. To test the system, we have also implemented an MB-OFDM transmitter and an AWGN generator in VHDL and determined the bit error rates at the receiver running in an FPGA.

Low Profile Multi-Band Antenna for Mobile Communications

In this paper, the design of low profile antennas by using Electromagnetic Band Gap (EBG) structures is introduced. Taking advantage of the fact that they can behave as Perfect Magnetic Conductor (PMC), it is shown that these structures exhibit dual band in-phase reflection at WLAN (Wireless Local Area Network) bands, the 2.4 GHz and 5.2 GHz bands. These structures are applied to PIFA (Planar Inverted-F Antenna) and the results show that it is possible to obtain low profile PIFA's.

Sistema sem fios para controlo de iluminação decorativa

Este projecto surgiu no contexto da solicitação de um dos clientes da empresa Castros Iluminações que pretendia um sistema de iluminação decorativa (baseada em LED) de dois conjuntos de 288 janelas, pertencendo cada conjunto a uma fachada diferente do edifício. Este sistema teria que prever a possibilidade de controlar a cor de cada janela individualmente, dando ao cliente a possibilidade de alterar o ambiente decorativo das fachadas do edifício. A utilização de comunicação sem fios foi justificada pela necessidade de evitar a quantidade enorme de cabos que seria necessário passar utilizando os sistemas comerciais convencionais e a impossibilidade de os esconder. Esta solução foi pensada para ser implementada num edifício com 14 Andares, facto que por si só inviabiliza a passajem de cabos. Para interligar todos os dispositivos de iluminação decorativa com um controlador portátil, e eliminar os problemas ligados à cablagem, foi utilizado o protocolo de comunicações sem fios ZigBee™. A escolha recaiu neste protocolo devido a factores como os seus baixos consumos, simplicidade do protocolo comparativamente com outras redes e o seu baixo custo. No desenvolvimento deste projecto foi utilizada a stack da Microchip©, versão gratuita, disponibilizada na internet e os seus transceivers de comunicação Zigbee™, MRF24j40MA. Para fazer a interface de comunicação com o utilizador, foi desenvolvida uma aplicação de Software para correr em computadores com ambiente Windows™. Esta aplicação foi desenvolvida em Visual Studio™ utilizando a linguagem C#. Foram efectuados alguns testes para se perceber a eficiência e robustez da comunicação ZigBee™ e apesar do número de dispositivos disponíveis para ensaios ser muito reduzido, foi possível verificar que, mesmo funcionando correctamente, o desempenho do sistema poderá ser melhorado, quer seja a nível da gestão das comunicações, quer a nível do software informático para controlo do ambiente decorativo das fachadas do edifício. O sistema, no actual estado de desenvolvimento, permite controlar a cor dos vários dispositivos da rede através do computador, com uma resolução de 24bits. A aplicação desenvolvida em Visual Studio™ permite controlar de forma simples e intuitiva para o utilizador, a cor do material iluminativo dos vários dispositivos da rede.

Lower protocol layers for wireless sensor networks: a survey

Wireless Sensor Networks (WSNs) have been attracting increasing interests in the development of 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 Wireless Sensor Networks differ from the ones attributed to traditional wireless networks, triggering the need for new communication protocols and mechanisms. In this Technical Report, we present a survey on communication protocols for WSNs with a particular emphasis on the lower protocol layers. We give a particular focus to the MAC (Medium Access Control) sub-layer, since it has a prominent influence on some relevant requirements that must be satisfied by WSN protocols, such as energy consumption, time performance and scalability. We overview some relevant MAC protocol solutions and discuss how they tackle the trade-off between the referred requirements.

The influence of inter-domain mobility on message stream response time in wired/wireless PROFIBUS-based networks

In previous works we have proposed a hybrid wired/wireless PROFIBUS solution where the interconnection between the heterogeneous media was accomplished through bridge-like devices with wireless stations being able to move between different wireless cells. Additionally, we had also proposed a worst-case timing analysis assuming that stations were stationary. In this paper we advance these previous works by proposing a worst-case timing analysis for the system’s message streams considering the effect of inter-cell mobility.