Reliable and energy efficient routing for ad hoc networks

In Mobile Ad hoc NETworks (MANETs), where cooperative behaviour is mandatory, there is a high probability for some nodes to become overloaded with packet forwarding operations in order to support neighbor data exchange. This altruistic behaviour leads to an unbalanced load in the network in terms of traffic and energy consumption. In such scenarios, mobile nodes can benefit from the use of energy efficient and traffic fitting routing protocol that better suits the limited battery capacity and throughput limitation of the network. This PhD work focuses on proposing energy efficient and load balanced routing protocols for ad hoc networks. Where most of the existing routing protocols simply consider the path length metric when choosing the best route between a source and a destination node, in our proposed mechanism, nodes are able to find several routes for each pair of source and destination nodes and select the best route according to energy and traffic parameters, effectively extending the lifespan of the network. Our results show that by applying this novel mechanism, current flat ad hoc routing protocols can achieve higher energy efficiency and load balancing. Also, due to the broadcast nature of the wireless channels in ad hoc networks, other technique such as Network Coding (NC) looks promising for energy efficiency. NC can reduce the number of transmissions, number of re-transmissions, and increase the data transfer rate that directly translates to energy efficiency. However, due to the need to access foreign nodes for coding and forwarding packets, NC needs a mitigation technique against unauthorized accesses and packet corruption. Therefore, we proposed different mechanisms for handling these security attacks by, in particular by serially concatenating codes to support reliability in ad hoc network. As a solution to this problem, we explored a new security framework that proposes an additional degree of protection against eavesdropping attackers based on using concatenated encoding. Therefore, malicious intermediate nodes will find it computationally intractable to decode the transitive packets. We also adopted another code that uses Luby Transform (LT) as a pre-coding code for NC. Primarily being designed for security applications, this code enables the sink nodes to recover corrupted packets even in the presence of byzantine attacks.

Channel modelling for MIMO systems

Systems equipped with multiple antennas at the transmitter and at the receiver, known as MIMO (Multiple Input Multiple Output) systems, offer higher capacities, allowing an efficient exploitation of the available spectrum and/or the employment of more demanding applications. It is well known that the radio channel is characterized by multipath propagation, a phenomenon deemed problematic and whose mitigation has been achieved through techniques such as diversity, beamforming or adaptive antennas. By exploring conveniently the spatial domain MIMO systems turn the characteristics of the multipath channel into an advantage and allow creating multiple parallel and independent virtual channels. However, the achievable benefits are constrained by the propagation channel’s characteristics, which may not always be ideal. This work focuses on the characterization of the MIMO radio channel. It begins with the presentation of the fundamental results from information theory that triggered the interest on these systems, including the discussion of some of their potential benefits and a review of the existing channel models for MIMO systems. The characterization of the MIMO channel developed in this work is based on experimental measurements of the double-directional channel. The measurement system is based on a vector network analyzer and a two-dimensional positioning platform, both controlled by a computer, allowing the measurement of the channel’s frequency response at the locations of a synthetic array. Data is then processed using the SAGE (Space-Alternating Expectation-Maximization) algorithm to obtain the parameters (delay, direction of arrival and complex amplitude) of the channel’s most relevant multipath components. Afterwards, using a clustering algorithm these data are grouped into clusters. Finally, statistical information is extracted allowing the characterization of the channel’s multipath components. The information about the multipath characteristics of the channel, induced by existing scatterers in the propagation scenario, enables the characterization of MIMO channel and thus to evaluate its performance. The method was finally validated using MIMO measurements.

Análise de estratégias de processamento de dados GPS

Nos últimos anos, a rede de estações GPS permanentes tem crescido de forma sustentada em todo o mundo. Também em Portugal existe um número cada vez maior de estações permanentes, a maior parte das quais ligadas a instituições públicas e universidades. O volume de dados produzido por estas redes implica a criação de procedimentos automáticos de processamento de observações com metodologias adequadas. Tendo como objectivo principal processar os dados GPS provenientes de uma rede de estações da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL), foi elaborado um sistema de processamento automático de observações para um conjunto alargado de estações. A rede é constituída por estações IGS (Madrid, Maspalomas, Ponta Delgada, San Fernando e Villa Franca del Campo), por estações EUREF (Cascais, Vila Nova de Gaia e Lagos) e estações da FCUL (Flores, Graciosa, Santa Maria, Instituto de Meteorologia da Madeira, Observatório Astronómico de Lisboa Norte, Observatório Astronómico de Lisboa Sul). O processamento de observações GPS foi feito com recurso ao Bernese Processing Engine, uma componente do Bernese GPS Software 4.2, e foram utilizadas diferentes estratégias que incluem a modificação do ângulo de máscara, a determinação de gradientes troposféricos e a inclusão do efeito de carga oceânica. Neste trabalho são analisadas várias séries temporais e discutidas as vantagens e desvantagens de cada uma das estratégias utilizadas.

The role of macrobenthic communities in the management of aquaculture fish ponds

Tese de Doutoramento, Aquacultura, Especialidade de Sistema de Produção, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2007

Estudo do efeito de contaminantes na espécie sentinela, a amêijoa Ruditapes decussatus, por intermédio da análise da expressão proteica: aplicação à monitorização do meio marinho

Tese dout., Ciências e Tecnologias do Ambiente, 2009, Universidade do Algarve

A influência das tecnologias de informação e de comunicação na procura turística: uma abordagem com dados em macro panel

Tese de Doutoramento em Métodos Quantitativos Aplicados à Economia e à Gestão, Especialização em Econometria, Universidade do Algarve

A integração dos sistemas de informação e do turismo, o caso IMPACTUR

Os SI e o turismo formam uma aliança bem conseguida e com inegáveis potencialidades para os agentes de decisão e investigadores. O objectivo deste artigo é o de apresentar um caso concreto e real desta aliança, o Sistema de Informação para apoio ao IMPACTUR (Indicadores de Monitorização e Previsão da Actividade Turística), que se encontra em funcionamento e disponível através da Internet, onde se pode verificar e analisar os benefícios obtidos pela conjugação entre os conceitos associados à actividade turística e às tecnologias de informação e de comunicação. O presente artigo resulta do desenvolvimento metodológico de uma componente do projecto de investigação científica denominado IMPACTUR - Indicadores de Monitorização e Previsão da Actividade Turística, sendo este beneficiário da parceria estabelecida entre o Instituto de Turismo de Portugal e a Universidade do Algarve / Centro Internacional de Investigação em Território e Turismo, aos quais a autora agradece o apoio concedido.

Análise da procura turística através de modelação dinâmica em macro painel de dados

A procura turística efectuada através da Internet, reveste-se de uma importância cada vez maior em consequência do crescimento acentuado do número de reservas online observado nos últimos anos, originando inclusive, o surgimento de um novo tipo de viajante: o turista mais experiente, sofisticado e sábio, o qual procura valores excepcionais nas suas viagens. A análise da procura turística actual não pode negligenciar as características do turismo electrónico, uma vez que o volume de compras de produtos turísticos efectuado através da Internet é cada vez mais acentuado. Neste contexto, os modelos de dados em painel apresentam-se como abordagem indicada para a análise da procura turística. Devido às suas características, que permitem a utilização de dados de séries temporais e seccionais, estes modelos possibilitam a inclusão de variáveis sociais e de variáveis observadas ao longo de um período de tempo. Os resultados da modelação e da estimação da procura turística, através dos dados em painel de grandes dimensões, permitem concluir que o ambiente tecnológico que envolve a actividade turística tem incentivado o aumento da procura turística e que pode ser um dos factores que a determinam na conjuntura que caracteriza a sociedade actual.

Eficiência energética em residências de estudantes da Universidade do Algarve. O caso de estudo da Residência Masculina Ferragial

Dissertação de mest. em energias renováveis e Gestão da Energia. Instituto Superior de Engenharia,Univ. do Algarve, 2011

Educação informal intergeracional: o caso da transmissão dos usos e costumes da medicina tradicional

Dissertação de mest., Ciências da Educação, Faculdade de Ciências Humanas e Sociais, Universidade do Algarve, 2010

Contribuição para a elaboração de um plano de gestão integrada dos campos de Z. noltii na Ria Formosa

Este trabalho representa uma contribuição para a elaboração de um Plano de Gestão Integrada dos campos de Zostera noltii na Ria Formosa. Utilizando como ferramenta os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e através de foto-interpretação, foram cartografados os campos de Z. noltii na zona de sedimentos intertidais da Ria Formosa. Foi criado um modelo SIG para a análise da cartografia obtida com outros dados relevantes para gestão deste recurso natural, nomeadamente, as áreas intertidais cedidas para a cultura de moluscos bivalves, o Plano de Ordenamento da Orla Costeira Vilamoura – Vila Real de Santo António e o Plano de Ordenamento do Parque Natural da Ria Formosa (POPNRF). Considerando a importância da vertente social num sistema de apoio à decisão considerou-se relevante a análise da actividade de cultura de bivalves pela perspectiva dos profissionais (viveiristas) quanto à importância da Z. noltii no ecossistema e a gestão da actividade. Realizou-se entrevistas semi – dirigidas aos actores chave, inquéritos à comunidade de produtores de moluscos bivalves e observação não participada. Os dados obtidos foram manipulados com recurso ao modelo de Estratégia de Actores. Verificou-se que área total de Z. noltii na zona intertidal da Ria Formosa é cerca de 1304 ha, o que corresponde a 45% da área total intertidal. Nas classes de espaço do POPNRF 25% da área ocupada por Z. noltii está incluída em classes onde a acessibilidade é condicionada. A maioria dos viveiristas manifestou o seu descontentamento pela actual gestão da actividade com consequências na sua produtividade. Relativamente a Z. noltii a maioria dos profissionais desconhece a sua função no ecossistema, não considerando necessário implementar medidas de conservação. São propostas como linhas orientadoras de gestão: a implementação de um modelo de gestão participada da actividade de cultivo de bivalves, o desenvolvimento de programas de monitorização participada dos campos de Z. noltii e das áreas de cultivo de bivalves.

Sistemas de antenas MIMO

Os sistemas de rádio comunicação com múltiplas antenas transmissoras (Tx) e receptoras (Rx), também conhecidos como sistemas MIMO (Multiple Input-Multiple Output), são um dos mais importantes avanços nos sistemas de telecomunicações. Estes sistemas tiram vantagem do uso de várias antenas transmissoras e várias antenas receptoras para explorar as propriedades espaciais do canal rádio. O crescimento dramático da capacidade dos canais que os sistemas MIMO vêm acrescentar, faz com que esta tecnologia seja promissora para os futuros serviços de Internet Wireless. Estes sistemas MIMO utilizam diversidade espacial, ou seja, tiram partido da natureza aleatória da propagação das ondas através do multipercurso e na qual réplicas de um sinal são combinadas no receptor com o intuito de se obter maior fiabilidade na detecção desse sinal. Assim sendo, um canal MIMO é o meio por onde se propaga a informação transmitida por este conjunto de antenas. O conceito inerente aos sistemas MIMO passa por combinar os sinais emitidos e recebidos de modo que seja possível melhorar a performance do sistema. Esta melhoria de desempenho irá reflectir-se na maximização dos ritmos de transmissão associados e na melhoria da qualidade de serviço oferecida ao cliente final. Esta tecnologia tem sido aprofundada com o objectivo de se resolver o problema de estrangulamento da capacidade de tráfego nas futuras redes de telecomunicações sem fios. Isto é extremamente importante em sistemas onde a capacidade é bastante limitada devido às características do ambiente de propagação. Existe portanto, um grande interesse em comparar o comportamento, características, vantagens e desvantagens dos vários tipos de sistemas existentes (SISO - Single Input - Single Output, SIMO - Single Input - Multiple Output, MISO - Multiple Input - Single Output, MIMO - Multiple Input - Multiple Output). Torna-se então necessário o estudo dos sistemas de antenas Multiple Input - Multiple Output (MIMO) e as suas vantagens/desvantagens na transmissão de informação relativamente aos sistemas Single Input - Single Output (SISO). Este estudo vem comprovar que a tecnologia MIMO é uma evolução natural para as tecnologias sem fios, visto que existe uma crescente demanda de serviços multimédia e um esforço constante para se aumentar as taxas de transmissão nas redes sem fios. Os sistemas MIMO vêm também dar um enorme contributo à investigação nesta área das telecomunicações.

Estudo da contribuição dos smart polymers na eficácia e segurança do tratamento antineoplásico

O cancro é uma das mais conhecidas e temidas doenças existentes e, como tal, existe um grande interesse no desenvolvimento de métodos de tratamento das afeções tumorais. Os grandes avanços da quimioterapia têm dado ótimos resultados no tratamento do cancro. Contudo, a administração de fármacos antineoplásicos não garante uma elevada eficácia pois os tecidos tumorais apresentam propriedades estruturais que dificultam o transporte de agentes terapêuticos, como a disposição heterogénea dos vasos sanguíneos, a ausência de sistema linfático funcional, as inúmeras barreiras de transporte que o fármaco enfrenta até chegar às células alvo ou a disparidade da expressão de antigénios e recetores nas próprias células. Para além disso, os agentes quimioterapêuticos exibem elevada toxicidade não específica, afetando tanto as células tumorais como as células saudáveis, o que resulta frequentemente em severos efeitos secundários. Se a dose for reduzida para diminuir estes efeitos, a eficácia do tratamento diminuirá também; por outro lado, o aumento da dose, apesar de permitir um melhor controlo do crescimento do tumor, leva também a uma maior toxicidade nos tecidos saudáveis. Para contornar este efeito têm-se desenvolvido diferentes tipos de sistemas de libertação de fármacos com o objetivo de maximizar o direcionamento para os tumores e minimizar a toxicidade sistémica. Entre estas alternativas figuram os chamados smart polymers, que são macromoléculas que sofrem rápidas e reversíveis mudanças na sua estrutura em resposta a estímulos, os quais correspondem geralmente a pequenas alterações no meio, como pH, temperatura, incidência de radiação ou presença de determinadas substâncias químicas. Assim, associando um fármaco a um destes polímeros, em geral recorrendo a técnicas de encapsulação, é possível fazer com que a libertação do fármaco ocorra apenas nas células tumorais, seja por estas apresentarem as características necessárias para alterar a estrutura dos polímeros (acidez ou temperatura diferente das células saudáveis, por exemplo) ou por se conferir externamente à zona do tumor essas mesmas características (por exemplo, incidindo radiação na zona afetada). Os smart polymers têm outras vantagens. Os fármacos conjugados com estes polímeros têm tendência para se acumularem nos tecidos tumorais devido aos altos efeitos de permeabilidade e retenção nestas células e também demonstram menor toxicidade sistémica comparativamente com o fármaco livre. Além disso, os sistemas de libertação poliméricos podem permitir o aumento do tempo de semivida plasmático e da solubilidade dos fármacos de baixo peso molecular, assim como a sua libertação controlada. Com este trabalho pretende-se estudar mais profundamente de que forma é que a utilização dos smart polymers pode aumentar a eficácia e diminuir a toxicidade sistémica das terapias anticancerígenas no tratamento de afeções tumorais.

Projecto de intervenção sócio-educativo "Seniores em Segurança"

Este trabalho foi desenvolvido no âmbito do projecto de investigação-acção “Seniores em Segurança” do concelho de São Brás de Alportel, pretende ser um contributo para fazer face ao grande desafio da actualidade social que é o fenómeno do envelhecimento em Portugal e dar algumas respostas de intervenção sócio-educativas, numa tentativa de melhor intervir sobre uma realidade social complexa e multifacetada. No contexto deste Projecto Social implementaram-se um conjunto de acções planeadas e articuladas em parceria entre a Junta de Freguesia de São Brás de Alportel, a Universidade do Algarve e entidades colaboradoras com o objectivo de ajudar a resolver um determinado problema diagnosticado na comunidade do Concelho de São Brás de Alportel, devendo, com a sua realização, provocar mudanças que melhorem substancial e significativamente a qualidade de vida desta população. A formação “Seniores em Segurança” é uma acção que pretendeu prevenir problemas futuros através de informação, sensibilização e educação para a saúde, segurança dos seniores do Concelho de São Brás de Alportel. A prevenção é simples e implica apenas a mudança de alguns hábitos. Decorrente da articulação das técnicas de diagnóstico participativo, e divulgação junto dos colaboradores que aderiram com entusiasmo, o projecto foi composto por numa fase inicial, por um conjunto de quatro acções de formação/informação em Primeiros Socorros, ministrada pelos Bombeiros Voluntários de SBA, destinado a um grupo restrito de indivíduos que aprenderam várias técnicas na área da emergência préhospitalar e reuniram um conjunto de informações que lhes permitirão ressalvar situações de maior risco até a chegada dos técnicos qualificados. Numa segunda fase decorrente espontaneamente das sinergias resultantes da própria investigação-acção1, o projecto foi estruturado através de um Ciclo de Sessões de Esclarecimentos, subordinadas a doze temas variados. As sessões foram abertas a toda a comunidade e tiveram lugar em vários locais do concelho. As sessões permitiram a reunião de especialistas e investigadores de diferentes áreas da saúde e da segurança, e a dinamização dos processos de divulgação, debate e reflexão sobre as problemáticas envolvidas na promoção da saúde e segurança sénior. O objecto do estudo foi consubstanciado pela população alvo composta pelo grupo “Seniores em Movimento” já formado. A partir do qual foram seleccionadas três amostras que constituíram, respectivamente, um grupo de 62 indivíduos que suportou uma primeira análise de diagnóstico dando forma aos conteúdos e organização do projecto formativo implementado; um grupo de 25 indivíduos que suportou a validação da escala construída para avaliação de resultados e finalmente um grupo de 35 indivíduos (grupo piloto de formandos) que deu origem ao estudo de avaliação da acção formativa através da confirmação das hipóteses formuladas. Os dados analisados foram recolhidos através de questionários aplicados na forma de administração directa às amostras construídas. Os resultados da avaliação derivaram de um estudo comparativo entre dois momentos (1º momento antes da formação e 2º momento depois da formação) que confirmaram na totalidade as hipóteses formuladas, demonstrando que os conhecimentos sobre as temáticas de 1ºs Socorros (saúde e segurança) apresentam diferenças positivas e estatisticamente significativas entre os dois momentos considerados. As implicações deste estudo são discutidas ao nível da formação ao longo da vida, qualificação de competências como complemento de qualidade de vida e cidadania plena na população sénior, salientando-se a necessidade de investigação adicional na área da gerontologia para melhor compreender as dimensões em análise.

Instrumentação e controlo para regulação de pH em sistemas de cultivo de organismos aquáticos

A Ria Formosa é um tesouro ambiental sem paralelo, preservando uma fauna e flora únicas no mundo. A riqueza deste habitat é de enorme importância para a região, e extremamente apetecível para cientistas oriundos de todas as partes do globo, que aqui frequentemente se deslocam para conduzirem estudos científicos e experiências. O Centro de Ciências do Mar (CCMAR) da Universidade do Algarve (que inclui o Centro Experimental do Ramalhete) conduz estudos e experiências neste palco, estudos que são de inquestionável valor para o conhecimento e desenvolvimento científico. Um assunto que está a merecer a atenção da comunidade científica mundial nos últimos anos é a questão da acidificação dos oceanos. A diminuição gradual do pH das águas pode vir a ter graves repercussões nos ecossistemas marinhos, e o Centro Experimental do Ramalhete tem vindo a conduzir experiências com fauna e flora provenientes da Ria Formosa em águas com níveis de pH mais reduzido, condições que se prevê que os oceanos venham a ter no futuro. Os equipamentos de instrumentação e controlo a que o Centro tem acesso condicionam as experiências que ali são levadas a cabo pelos investigadores, pelo que o desenvolvimento de equipamentos adequados incorporando tecnologias apropriadas permitiria a realização de novas e melhores experiências no campo da biologia marinha. Ao nível do controlo existe uma lacuna no mercado, entre controladores para aquariofilia demasiado simples e controladores industriais demasiado dispendiosos e complexos. Esta dissertação pretende colmatar essa lacuna através do desenvolvimento de um protótipo de um sistema distribuído microcontrolado para aquisição de dados e controlo de pH que vá ao encontro das necessidades dos investigadores do Centro e que se pretende simples, modular, flexível, económico e expansível no futuro. O foco centra-se no desenvolvimento da instrumentação necessária para as medições de temperatura e pH, e depois no estudo de uma malha de controlo PID utilizando como base um modelo do sistema obtido através de resultados experimentais, para o controlo automático do pH.