Framework for integration of informal waste management sector with the formal sector in Pakistan

Historically, waste pickers around the globe have utilised urban solid waste as a principal source of livelihood. Formal waste management sectors usually perceive the informal waste collection/recycling networks as backward, unhygienic and generally incompatible with modern waste management systems. It is proposed here that through careful planning and administration, these seemingly troublesome informal networks can be integrated into formal waste management systems in developing countries, providing mutual benefits. A theoretical framework for integration based on a case study in Lahore, Pakistan, is presented. The proposed solution suggests that the municipal authority should draw up and agree on a formal work contract with the group of waste pickers already operating in the area. The proposed system is assessed using the integration radar framework to classify and analyse possible intervention points between the sectors. The integration of the informal waste workers with the formal waste management sector is not a one dimensional or single step process. An ideal solution might aim for a balanced focus on all four categories of intervention, although this may be influenced by local conditions. Not all the positive benefits will be immediately apparent, but it is expected that as the acceptance of such projects increases over time, the informal recycling economy will financially supplement the formal system in many ways. © The Author(s) 2013.

Flexibility and Efficiency in a Computer Program for Designing Circuits

This report is concerned with the problem of achieving flexibility (additivity, modularity) and efficiency (performance, expertise) simultaneously in one AI program. It deals with the domain of elementary electronic circuit design. The proposed solution is to provide a deduction-driven problem solver with built-in-control-structure concepts. This problem solver and its knowledge base in the applicaitn areas of design and electronics are descrbed. The prgram embodying it is being used to explore the solutionof some modest problems in circuit design. It is concluded that shallow reasoning about problem-solver plans is necessary for flexibility, and can be implemented with reasonable efficiency.

A FLOW-THROUGH ACOUSTIC WAVEGUIDE FOR TWO-PHASE BUBBLY FLOW VOID FRACTION MEASUREMENT

In the Spallation Neutron Source (SNS) facility at Oak Ridge National Laboratory (ORNL), the deposition of a high-energy proton beam into the liquid mercury target forms bubbles whose asymmetric collapse cause Cavitation Damage Erosion (CDE) to the container walls, thereby reducing its usable lifetime. One proposed solution for mitigation of this damage is to inject a population of microbubbles into the mercury, yielding a compliant and attenuative medium that will reduce the resulting cavitation damage. This potential solution presents the task of creating a diagnostic tool to monitor bubble population in the mercury flow in order to correlate void fraction and damage. Details of an acoustic waveguide for the eventual measurement of two-phase mercury-helium flow void fraction are discussed. The assembly’s waveguide is a vertically oriented stainless steel cylinder with 5.08cm ID, 1.27cm wall thickness and 40cm length. For water experiments, a 2.54cm thick stainless steel plate at the bottom supports the fluid, provides an acoustically rigid boundary condition, and is the mounting point for a hydrophone. A port near the bottom is the inlet for the fluid of interest. A spillover reservoir welded to the upper portion of the main tube allows for a flow-through design, yielding a pressure release top boundary condition for the waveguide. A cover on the reservoir supports an electrodynamic shaker that is driven by linear frequency sweeps to excite the tube. The hydrophone captures the frequency response of the waveguide. The sound speed of the flowing medium is calculated, assuming a linear dependence of axial mode number on modal frequency (plane wave). Assuming that the medium has an effective-mixture sound speed, and that it contains bubbles which are much smaller than the resonance radii at the highest frequency of interest (Wood’s limit), the void fraction of the flow is calculated. Results for water and bubbly water of varying void fraction are presented, and serve to demonstrate the accuracy and precision of the apparatus.

Dynamic Server Selection using Bandwidth Probing in Wide-Area Networks

Replication is a commonly proposed solution to problems of scale associated with distributed services. However, when a service is replicated, each client must be assigned a server. Prior work has generally assumed that assignment to be static. In contrast, we propose dynamic server selection, and show that it enables application-level congestion avoidance. To make dynamic server selection practical, we demonstrate the use of three tools. In addition to direct measurements of round-trip latency, we introduce and validate two new tools: bprobe, which estimates the maximum possible bandwidth along a given path; and cprobe, which estimates the current congestion along a path. Using these tools we demonstrate dynamic server selection and compare it to previous static approaches. We show that dynamic server selection consistently outperforms static policies by as much as 50%. Furthermore, we demonstrate the importance of each of our tools in performing dynamic server selection.

Simultaneous Learning of Nonlinear Manifold and Dynamical Models for High-dimensional Time Series

The goal of this work is to learn a parsimonious and informative representation for high-dimensional time series. Conceptually, this comprises two distinct yet tightly coupled tasks: learning a low-dimensional manifold and modeling the dynamical process. These two tasks have a complementary relationship as the temporal constraints provide valuable neighborhood information for dimensionality reduction and conversely, the low-dimensional space allows dynamics to be learnt efficiently. Solving these two tasks simultaneously allows important information to be exchanged mutually. If nonlinear models are required to capture the rich complexity of time series, then the learning problem becomes harder as the nonlinearities in both tasks are coupled. The proposed solution approximates the nonlinear manifold and dynamics using piecewise linear models. The interactions among the linear models are captured in a graphical model. By exploiting the model structure, efficient inference and learning algorithms are obtained without oversimplifying the model of the underlying dynamical process. Evaluation of the proposed framework with competing approaches is conducted in three sets of experiments: dimensionality reduction and reconstruction using synthetic time series, video synthesis using a dynamic texture database, and human motion synthesis, classification and tracking on a benchmark data set. In all experiments, the proposed approach provides superior performance.

Simultaneous Learning of Non-Linear Manifold and Dynamical Models for High-Dimensional Time Series

The goal of this work is to learn a parsimonious and informative representation for high-dimensional time series. Conceptually, this comprises two distinct yet tightly coupled tasks: learning a low-dimensional manifold and modeling the dynamical process. These two tasks have a complementary relationship as the temporal constraints provide valuable neighborhood information for dimensionality reduction and conversely, the low-dimensional space allows dynamics to be learnt efficiently. Solving these two tasks simultaneously allows important information to be exchanged mutually. If nonlinear models are required to capture the rich complexity of time series, then the learning problem becomes harder as the nonlinearities in both tasks are coupled. The proposed solution approximates the nonlinear manifold and dynamics using piecewise linear models. The interactions among the linear models are captured in a graphical model. The model structure setup and parameter learning are done using a variational Bayesian approach, which enables automatic Bayesian model structure selection, hence solving the problem of over-fitting. By exploiting the model structure, efficient inference and learning algorithms are obtained without oversimplifying the model of the underlying dynamical process. Evaluation of the proposed framework with competing approaches is conducted in three sets of experiments: dimensionality reduction and reconstruction using synthetic time series, video synthesis using a dynamic texture database, and human motion synthesis, classification and tracking on a benchmark data set. In all experiments, the proposed approach provides superior performance.

Cortical Dynamics of Visual Motion Perception: Short-Range and Long Range Apparent Motion

This article describes further evidence for a new neural network theory of biological motion perception that is called a Motion Boundary Contour System. This theory clarifies why parallel streams Vl-> V2 and Vl-> MT exist for static form and motion form processing among the areas Vl, V2, and MT of visual cortex. The Motion Boundary Contour System consists of several parallel copies, such that each copy is activated by a different range of receptive field sizes. Each copy is further subdivided into two hierarchically organized subsystems: a Motion Oriented Contrast Filter, or MOC Filter, for preprocessing moving images; and a Cooperative-Competitive Feedback Loop, or CC Loop, for generating emergent boundary segmentations of the filtered signals. The present article uses the MOC Filter to explain a variety of classical and recent data about short-range and long-range apparent motion percepts that have not yet been explained by alternative models. These data include split motion; reverse-contrast gamma motion; delta motion; visual inertia; group motion in response to a reverse-contrast Ternus display at short interstimulus intervals; speed-up of motion velocity as interfiash distance increases or flash duration decreases; dependence of the transition from element motion to group motion on stimulus duration and size; various classical dependencies between flash duration, spatial separation, interstimulus interval, and motion threshold known as Korte's Laws; and dependence of motion strength on stimulus orientation and spatial frequency. These results supplement earlier explanations by the model of apparent motion data that other models have not explained; a recent proposed solution of the global aperture problem, including explanations of motion capture and induced motion; an explanation of how parallel cortical systems for static form perception and motion form perception may develop, including a demonstration that these parallel systems are variations on a common cortical design; an explanation of why the geometries of static form and motion form differ, in particular why opposite orientations differ by 90°, whereas opposite directions differ by 180°, and why a cortical stream Vl -> V2 -> MT is needed; and a summary of how the main properties of other motion perception models can be assimilated into different parts of the Motion Boundary Contour System design.

Benefits and Effects of Interactive Gaming Exercise as Compared to Traditional Exercise Techniques: An Investigation of the Relationship Between Physical Activity Levels and Mode of Activity in College Students

Gemstone Team F.I.T.N.E.S.S. (Fun Interactive Techniques for New Exercise and Sport Styles)

Design of engineered reflectors for radar cross section modification

A technique is proposed for the design of engineered reflectors consisting of doubly periodic arrays printed on thin grounded dielectric substrates that reflect an incoming wave from a given incoming direction to a predetermined outgoing direction. The proposed technique is based on a combination of Floquet theory for propagation in periodic structures and reflect-array principles. A flat surface designed to reflect a TE polarized wave incident at 45 back in the direction of the impinging signal at 14.7 GHz is employed as an example. By means of full-wave simulations, it is demonstrated that the monostatic RCS of a finite reflector is comparable with the specular RCS of a metallic mirror of the same dimensions. It is further shown that comparably high monostatic RCS values are obtained for angles of incidence in the 30-60 range, which are frequency dependent and thus open opportunities for target localization. A prototype array is fabricated and experimentally tested for validation. The proposed solution can be used to modify the radar cross section of a target. Other potential applications are also discussed. © 1963-2012 IEEE.

Efficient Marginal Likelihood Computation for Gaussian Process Regression

In a Bayesian learning setting, the posterior distribution of a predictive model arises from a trade-off between its prior distribution and the conditional likelihood of observed data. Such distribution functions usually rely on additional hyperparameters which need to be tuned in order to achieve optimum predictive performance; this operation can be efficiently performed in an Empirical Bayes fashion by maximizing the posterior marginal likelihood of the observed data. Since the score function of this optimization problem is in general characterized by the presence of local optima, it is necessary to resort to global optimization strategies, which require a large number of function evaluations. Given that the evaluation is usually computationally intensive and badly scaled with respect to the dataset size, the maximum number of observations that can be treated simultaneously is quite limited. In this paper, we consider the case of hyperparameter tuning in Gaussian process regression. A straightforward implementation of the posterior log-likelihood for this model requires O(N^3) operations for every iteration of the optimization procedure, where N is the number of examples in the input dataset. We derive a novel set of identities that allow, after an initial overhead of O(N^3), the evaluation of the score function, as well as the Jacobian and Hessian matrices, in O(N) operations. We prove how the proposed identities, that follow from the eigendecomposition of the kernel matrix, yield a reduction of several orders of magnitude in the computation time for the hyperparameter optimization problem. Notably, the proposed solution provides computational advantages even with respect to state of the art approximations that rely on sparse kernel matrices.

Gestão de qualidade de serviço baseada em políticas

A evolução observada nas redes de comunicações durante a última década traduziu-se na diversificação de serviços que utilizam a rede, no aumento das taxas de transferência e na massificação da utilização de serviços de acesso à Internet e de comunicações celulares. Durante esta década, várias organizações, das quais se destacam os operadores de telecomunicações, têm dedicado consideráveis esforços no sentido de definir e normalizar arquitecturas de redes de próxima geração. A principal característica deste tipo de rede reside no facto de possuir uma arquitectura modular capaz de fornecer serviços multimédia a clientes de uma rede de acesso com características tecnológicas heterogéneas. Os trabalhos de normalização das arquitecturas de rede NGN têm-se limitado, até ao momento, a especificar detalhes relativos ao funcionamento da rede não tendo ainda sido definida a arquitectura de gestão. Em termos de tecnologias de gestão de redes, foram propostos nas últimas duas décadas novos paradigmas de gestão, novos modelos de dados, novos protocolos de transporte e várias linguagens de definição de informação de gestão. Os modelos de dados têm vindo a ser enriquecidos, os protocolos são mais flexíveis e poderosos, as soluções de gestão oferecem interoperabilidade acrescida e as linguagens permitem definir formatos de configuração mais ricos. Simultaneamente tem crescido a complexidade das soluções de gestão, aumentado a sobrecarga causada pelo aumento de complexidade nos equipamentos bem como nas plataformas computacionais que suportam os sistemas de gestão. O presente trabalho propõe uma solução de gestão para redes NGN capaz de gerir os recursos de rede garantindo Qualidade de Serviço. A solução de gestão proposta inclui uma plataforma de execução de políticas que utiliza os eventos ocorridos na rede para empreender acções de configuração, autonomizando o processo de gestão. Inclui uma avaliação da complexidade de várias tecnologias de gestão estudando a sobrecarga causada pela tecnologia tanto no processo de gestão como na operação da rede. É ainda estudada a escalabilidade das várias tecnologias e analisado o seu comportamento num cenário da rede de um operador de telecomunicações. O trabalho propõe ainda uma metodologia de configuração integrada dos elementos de gestão, através de uma interface de configuração amigável para o administrador do sistema.

Flexible management of bandwidth and redundancy in fieldbuses

Os sistemas distribuídos embarcados (Distributed Embedded Systems – DES) têm sido usados ao longo dos últimos anos em muitos domínios de aplicação, da robótica, ao controlo de processos industriais passando pela aviónica e pelas aplicações veiculares, esperando-se que esta tendência continue nos próximos anos. A confiança no funcionamento é uma propriedade importante nestes domínios de aplicação, visto que os serviços têm de ser executados em tempo útil e de forma previsível, caso contrário, podem ocorrer danos económicos ou a vida de seres humanos poderá ser posta em causa. Na fase de projecto destes sistemas é impossível prever todos os cenários de falhas devido ao não determinismo do ambiente envolvente, sendo necessária a inclusão de mecanismos de tolerância a falhas. Adicionalmente, algumas destas aplicações requerem muita largura de banda, que também poderá ser usada para a evolução dos sistemas, adicionandolhes novas funcionalidades. A flexibilidade de um sistema é uma propriedade importante, pois permite a sua adaptação às condições e requisitos envolventes, contribuindo também para a simplicidade de manutenção e reparação. Adicionalmente, nos sistemas embarcados, a flexibilidade também é importante por potenciar uma melhor utilização dos, muitas vezes escassos, recursos existentes. Uma forma evidente de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas dos sistemas embarcados distribuídos é a replicação dos barramentos do sistema. Algumas soluções existentes, quer comerciais quer académicas, propõem a replicação dos barramentos para aumento da largura de banda ou para aumento da tolerância a falhas. No entanto e quase invariavelmente, o propósito é apenas um, sendo raras as soluções que disponibilizam uma maior largura de banda e um aumento da tolerância a falhas. Um destes raros exemplos é o FlexRay, com a limitação de apenas ser permitido o uso de dois barramentos. Esta tese apresentada e discute uma proposta para usar a replicação de barramentos de uma forma flexível com o objectivo duplo de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas. A flexibilidade dos protocolos propostos também permite a gestão dinâmica da topologia da rede, sendo o número de barramentos apenas limitado pelo hardware/software. As propostas desta tese foram validadas recorrendo ao barramento de campo CAN – Controller Area Network, escolhido devido à sua grande implantação no mercado. Mais especificamente, as soluções propostas foram implementadas e validadas usando um paradigma que combina flexibilidade com comunicações event-triggered e time-triggered: o FTT – Flexible Time- Triggered. No entanto, uma generalização para CAN nativo é também apresentada e discutida. A inclusão de mecanismos de replicação do barramento impõe a alteração dos antigos protocolos de replicação e substituição do nó mestre, bem como a definição de novos protocolos para esta finalidade. Este trabalho tira partido da arquitectura centralizada e da replicação do nó mestre para suportar de forma eficiente e flexível a replicação de barramentos. Em caso de ocorrência de uma falta num barramento (ou barramentos) que poderia provocar uma falha no sistema, os protocolos e componentes propostos nesta tese fazem com que o sistema reaja, mudando para um modo de funcionamento degradado. As mensagens que estavam a ser transmitidas nos barramentos onde ocorreu a falta são reencaminhadas para os outros barramentos. A replicação do nó mestre baseia-se numa estratégia líder-seguidores (leaderfollowers), onde o líder (leader) controla todo o sistema enquanto os seguidores (followers) servem como nós de reserva. Se um erro ocorrer no nó líder, um dos nós seguidores passará a controlar o sistema de uma forma transparente e mantendo as mesmas funcionalidades. As propostas desta tese foram também generalizadas para CAN nativo, tendo sido para tal propostos dois componentes adicionais. É, desta forma possível ter as mesmas capacidades de tolerância a falhas ao nível dos barramentos juntamente com a gestão dinâmica da topologia de rede. Todas as propostas desta tese foram implementadas e avaliadas. Uma implementação inicial, apenas com um barramento foi avaliada recorrendo a uma aplicação real, uma equipa de futebol robótico onde o protocolo FTT-CAN foi usado no controlo de movimento e da odometria. A avaliação do sistema com múltiplos barramentos foi feita numa plataforma de teste em laboratório. Para tal foi desenvolvido um sistema de injecção de faltas que permite impor faltas nos barramentos e nos nós mestre, e um sistema de medida de atrasos destinado a medir o tempo de resposta após a ocorrência de uma falta.

Electronic health records for mobile citizens: a secure and collaborative architecture

Durante as ultimas décadas, os registos de saúde eletrónicos (EHR) têm evoluído para se adaptar a novos requisitos. O cidadão tem-se envolvido cada vez mais na prestação dos cuidados médicos, sendo mais pró ativo e desejando potenciar a utilização do seu registo. A mobilidade do cidadão trouxe mais desafios, a existência de dados dispersos, heterogeneidade de sistemas e formatos e grande dificuldade de partilha e comunicação entre os prestadores de serviços. Para responder a estes requisitos, diversas soluções apareceram, maioritariamente baseadas em acordos entre instituições, regiões e países. Estas abordagens são usualmente assentes em cenários federativos muito complexos e fora do controlo do paciente. Abordagens mais recentes, como os registos pessoais de saúde (PHR), permitem o controlo do paciente, mas levantam duvidas da integridade clinica da informação aos profissionais clínicos. Neste cenário os dados saem de redes e sistemas controlados, aumentando o risco de segurança da informação. Assim sendo, são necessárias novas soluções que permitam uma colaboração confiável entre os diversos atores e sistemas. Esta tese apresenta uma solução que permite a colaboração aberta e segura entre todos os atores envolvidos nos cuidados de saúde. Baseia-se numa arquitetura orientada ao serviço, que lida com a informação clínica usando o conceito de envelope fechado. Foi modelada recorrendo aos princípios de funcionalidade e privilégios mínimos, com o propósito de fornecer proteção dos dados durante a transmissão, processamento e armazenamento. O controlo de acesso _e estabelecido por políticas definidas pelo paciente. Cartões de identificação eletrónicos, ou certificados similares são utilizados para a autenticação, permitindo uma inscrição automática. Todos os componentes requerem autenticação mútua e fazem uso de algoritmos de cifragem para garantir a privacidade dos dados. Apresenta-se também um modelo de ameaça para a arquitetura, por forma a analisar se as ameaças possíveis foram mitigadas ou se são necessários mais refinamentos. A solução proposta resolve o problema da mobilidade do paciente e a dispersão de dados, capacitando o cidadão a gerir e a colaborar na criação e manutenção da sua informação de saúde. A arquitetura permite uma colaboração aberta e segura, possibilitando que o paciente tenha registos mais ricos, atualizados e permitindo o surgimento de novas formas de criar e usar informação clínica ou complementar.

Adaptive digital receivers for analog front-end mismatch correction

Phase and gain mismatches between the I and Q analog signal processing paths of a quadrature receiver are responsible for the generation of image signals which limit the dynamic range of a practical receiver. In this paper we analyse the effects these mismatches and propose a low-complexity blind adaptive algorithm to minimize this problem. The proposed solution is based on two, 2-tap adaptive filters, arranged in Adaptive Noise Canceller (ANC) set-up. The algorithm lends itself to efficient real-time implementation with minimal increase in modulator complexity.

Adaptive compensation of analog front-end I/Q mismatches in digital receivers

I and Q Channel phase and gain misniatches are of great concern in communications receiver design. In this paper we analyse the effects of I and Q channel mismatches and propose a low-complexity blind adaptive algorithm to minimize this problem. The proposed solution consists of two, 2-tap adaptive filters, arranged in Adaptive Noise Canceller (ANC) set-up, with the output of one cross-fed to the input of the other. The system works as a de-correlator eliminating I and Q mismatch errors.