Applying complex network theory to the understanding of high-aspect-ratio carbon-filled composites

This work demonstrates that the theoretical framework of complex networks typically used to study systems such as social networks or the World Wide Web can be also applied to material science, allowing deeper understanding of fundamental physical relationships. In particular, through the application of the network theory to carbon nanotubes or vapour-grown carbon nanofiber composites, by mapping fillers to vertices and edges to the gap between fillers, the percolation threshold has been predicted and a formula that relates the composite conductance to the network disorder has been obtained. The theoretical arguments are validated by experimental results from the literature.

Piezoresistive sensors for force mapping of hip-prostheses

The success of artificial prosthetic replacements depends on the fixation of the artificial prosthetic component after being implanted in the thighbone. The materials for fixation are subject to mechanical stresses, which originate permanent deformations, incipient cracks and even fatigue fractures. This work shows the possibility of monitoring the mechanical stress over time in prosthesis. In this way, highly sensitive silicon thin-film piezoresistive sensors were developed attached to prosthesis and their results compared with commercial strain gauge sensors. Mechanical stress-strain experiments were performed in compressive mode, during 10,000 cycles. Experimental data was acquired at mechanical vibration frequencies of 0.5 Hz, 1 Hz and 5 Hz, and sent to a computer by means of a wireless link. The results show that there is a decrease in sensitivity of the thin-film silicon piezoresistive sensors when they are attached to the prosthesis, but this decrease does not compromise its monitoring performance. The sensitivity, compared to that of commercial strain gauges, is much larger due to their higher gauge factors (-23.5), when compared to the GFs of commercial sensors (2).

A Wireless EEG Acquisition Platform based on Embedded Systems

This paper proposes a wireless EEG acquisition platform based on Open Multimedia Architecture Platform (OMAP) embedded system. A high-impedance active dry electrode was tested for improving the scalp- electrode interface. It was used the sigma-delta ADS1298 analog-to-digital converter, and developed a “kernelspace” character driver to manage the communications between the converter unit and the OMAP’s ARM core. The acquired EEG signal data is processed by a “userspace” application, which accesses the driver’s memory, saves the data to a SD-card and transmits them through a wireless TCP/IP-socket to a PC. The electrodes were tested through the alpha wave replacement phenomenon. The experimental results presented the expected alpha rhythm (8-13 Hz) reactiveness to the eyes opening task. The driver spends about 725 μs to acquire and store the data samples. The application takes about 244 μs to get the data from the driver and 1.4 ms to save it in the SD-card. A WiFi throughput of 12.8Mbps was measured which results in a transmission time of 5 ms for 512 kb of data. The embedded system consumes about 200 mAh when wireless off and 400 mAh when it is on. The system exhibits a reliable performance to record EEG signals and transmit them wirelessly. Besides the microcontroller-based architectures, the proposed platform demonstrates that powerful ARM processors running embedded operating systems can be programmed with real-time constrains at the kernel level in order to control hardware, while maintaining their parallel processing abilities in high level software applications.

Remote Patient Monitoring Based on ZigBee: Lessons from a Real-World Deployment

AIM: This work presents detailed experimental performance results from tests executed in the hospital environment for Health Monitoring for All (HM4All), a remote vital signs monitoring system based on a ZigBee® (ZigBee Alliance, San Ramon, CA) body sensor network (BSN). MATERIALS AND METHODS: Tests involved the use of six electrocardiogram (ECG) sensors operating in two different modes: the ECG mode involved the transmission of ECG waveform data and heart rate (HR) values to the ZigBee coordinator, whereas the HR mode included only the transmission of HR values. In the absence of hidden nodes, a non-beacon-enabled star network composed of sensing devices working on ECG mode kept the delivery ratio (DR) at 100%. RESULTS: When the network topology was changed to a 2-hop tree, the performance degraded slightly, resulting in an average DR of 98.56%. Although these performance outcomes may seem satisfactory, further investigation demonstrated that individual sensing devices went through transitory periods with low DR. Other tests have shown that ZigBee BSNs are highly susceptible to collisions owing to hidden nodes. Nevertheless, these tests have also shown that these networks can achieve high reliability if the amount of traffic is kept low. Contrary to what is typically shown in scientific articles and in manufacturers' documentation, the test outcomes presented in this article include temporal graphs of the DR achieved by each wireless sensor device. CONCLUSIONS: The test procedure and the approach used to represent its outcomes, which allow the identification of undesirable transitory periods of low reliability due to contention between devices, constitute the main contribution of this work.

Network dynamics in scientific knowledge acquisition: an analysis in three public universities in the state of Bahia

This paper aims to cast some light on the dynamics of knowledge networks in developing countries by analyzing the scientific production of the largest university in the Northeast of Brazil and its influence on some of the remaining regional research institutions in the state of Bahia. Using a methodology test to be employed in a larger project, the Universidade Federal da Bahia (UFBA) (Federal University of Bahia), the Universidade do Estado da Bahia (Uneb) (State of Bahia University) and the Universidade Estadual de Santa Cruz (Uesc)'s (Santa Cruz State University) scientific productions are discussed in one of their most traditionally expressive sectors in academic production - namely, the field of chemistry, using social network analysis of co-authorship networks to investigate the existence of small world phenomena and the importance of these phenomena in research performance in these three universities. The results already obtained through this research bring to light data of considerable interest concerning the scientific production in unconsolidated research universities. It shows the important participation of the UFBA network in the composition of the other two public universities research networks, indicating a possible occurrence of small world phenomena in the UFBA and Uesc networks, as well as the importance of individual researchers in consolidating research networks in peripheral universities. The article also hints that the methodology employed appears to be adequate insofar as scientific production may be used as a proxy for scientific knowledge.

Ensuring dynamic strategic fit of firms that compete globally in alliances and networks: proposing the Global SNA - Strategic Network Analysis - framework

In order to sustain their competitive advantage in the current increasingly globalized and turbulent context, more and more firms are competing globally in alliances and networks that oblige them to adopt new managerial paradigms and tools. However, their strategic analyses rarely take into account the strategic implications of these alliances and networks, considering their global relational characteristics, admittedly because of a lack of adequate tools to do so. This paper contributes to research that seeks to fill this gap by proposing the Global Strategic Network Analysis - SNA - framework. Its purpose is to help firms that compete globally in alliances and networks to carry out their strategic assessments and decision-making with a view to ensuring dynamic strategic fit from both a global and relational perspective.

Compression Efficiency Analysis of Wyner-Ziv Video Coding with Motion Compensated Side Information Interpolation

The Wyner-Ziv video coding (WZVC) rate distortion performance is highly dependent on the quality of the side information, an estimation of the original frame, created at the decoder. This paper, characterizes the WZVC efficiency when motion compensated frame interpolation (MCFI) techniques are used to generate the side information, a difficult problem in WZVC especially because the decoder only has available some reference decoded frames. The proposed WZVC compression efficiency rate model relates the power spectral of the estimation error to the accuracy of the MCFI motion field. Then, some interesting conclusions may be derived related to the impact of the motion field smoothness and the correlation to the true motion trajectories on the compression performance.

Deuterium NMR Study of Orientational Order in Cellulosic Network Microfibers

Deuterium NMR was used to investigate the orientational order in a composite cellulosic formed by liquid crystalline acetoxypropylcellulose (A PC) and demented nematic 4'-penty1-4-cyanobiphenyl (5CB-4 alpha d(2)) with the per centage of 85% A PC by weight Three forms of the composite including electro spun microfibers, thin film and bulk samples were analyzed The NMR results initially suggest two distinct scenarios, one whet e the 503-alpha d(2), is confined to small droplets with dimensions smaller than the magnetic coherence length and the other where the 503-alpha d(2) molecules arc aligned with the A PC network chains Polarized optical microscopy (POW from thin film samples along with all the NMR results show the presence of 5CB-alpha d(2) droplets in the composite systems with a nematic wetting layer at the APC-5CB-alpha d(2) interface that experiences and order disorder transition driven by the polymer network N-I transition The characterization of the APC network I-N transition shows a pronounced subcritical behavior within a heterogeneity scenario.

A flexible side information generation framework for distributed video coding

One of the most efficient approaches to generate the side information (SI) in distributed video codecs is through motion compensated frame interpolation where the current frame is estimated based on past and future reference frames. However, this approach leads to significant spatial and temporal variations in the correlation noise between the source at the encoder and the SI at the decoder. In such scenario, it would be useful to design an architecture where the SI can be more robustly generated at the block level, avoiding the creation of SI frame regions with lower correlation, largely responsible for some coding efficiency losses. In this paper, a flexible framework to generate SI at the block level in two modes is presented: while the first mode corresponds to a motion compensated interpolation (MCI) technique, the second mode corresponds to a motion compensated quality enhancement (MCQE) technique where a low quality Intra block sent by the encoder is used to generate the SI by doing motion estimation with the help of the reference frames. The novel MCQE mode can be overall advantageous from the rate-distortion point of view, even if some rate has to be invested in the low quality Intra coding blocks, for blocks where the MCI produces SI with lower correlation. The overall solution is evaluated in terms of RD performance with improvements up to 2 dB, especially for high motion video sequences and long Group of Pictures (GOP) sizes.

Low Complexity Intra Mode Selection for Efficient Distributed Video Coding

Motion compensated frame interpolation (MCFI) is one of the most efficient solutions to generate side information (SI) in the context of distributed video coding. However, it creates SI with rather significant motion compensated errors for some frame regions while rather small for some other regions depending on the video content. In this paper, a low complexity Infra mode selection algorithm is proposed to select the most 'critical' blocks in the WZ frame and help the decoder with some reliable data for those blocks. For each block, the novel coding mode selection algorithm estimates the encoding rate for the Intra based and WZ coding modes and determines the best coding mode while maintaining a low encoder complexity. The proposed solution is evaluated in terms of rate-distortion performance with improvements up to 1.2 dB regarding a WZ coding mode only solution.

Adaptive deblocking filter for transform domain Wyner-Ziv video coding

Wyner-Ziv (WZ) video coding is a particular case of distributed video coding, the recent video coding paradigm based on the Slepian-Wolf and Wyner-Ziv theorems that exploits the source correlation at the decoder and not at the encoder as in predictive video coding. Although many improvements have been done over the last years, the performance of the state-of-the-art WZ video codecs still did not reach the performance of state-of-the-art predictive video codecs, especially for high and complex motion video content. This is also true in terms of subjective image quality mainly because of a considerable amount of blocking artefacts present in the decoded WZ video frames. This paper proposes an adaptive deblocking filter to improve both the subjective and objective qualities of the WZ frames in a transform domain WZ video codec. The proposed filter is an adaptation of the advanced deblocking filter defined in the H.264/AVC (advanced video coding) standard to a WZ video codec. The results obtained confirm the subjective quality improvement and objective quality gains that can go up to 0.63 dB in the overall for sequences with high motion content when large group of pictures are used.

Statistical motion learning for improved transform domain Wyner-Ziv video coding

Wyner - Ziv (WZ) video coding is a particular case of distributed video coding (DVC), the recent video coding paradigm based on the Slepian - Wolf and Wyner - Ziv theorems which exploits the source temporal correlation at the decoder and not at the encoder as in predictive video coding. Although some progress has been made in the last years, WZ video coding is still far from the compression performance of predictive video coding, especially for high and complex motion contents. The WZ video codec adopted in this study is based on a transform domain WZ video coding architecture with feedback channel-driven rate control, whose modules have been improved with some recent coding tools. This study proposes a novel motion learning approach to successively improve the rate-distortion (RD) performance of the WZ video codec as the decoding proceeds, making use of the already decoded transform bands to improve the decoding process for the remaining transform bands. The results obtained reveal gains up to 2.3 dB in the RD curves against the performance for the same codec without the proposed motion learning approach for high motion sequences and long group of pictures (GOP) sizes.

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.

Network air gap controller

As ameaças à segurança da informação, (INFOSEC) atentam contra a perda da respectiva confidencialidade, integridade e disponibilidade, pelo que as organizações são impelidas a implementar políticas de segurança, quer ao nível físico quer ao nível lógico, utilizando mecanismos específicos de defesa. O projecto Network Air Gap Controller (NAGC) foi concebido no sentido de contribuir para as questões da segurança, designadamente daquelas que se relacionam directamente com a transferência de informação entre redes de classificação de segurança diferenciadas ou de sensibilidades distintas, sem requisitos de comunicação em tempo real, e que mereçam um maior empenho nas condições de robustez, de disponibilidade e de controlo. Os organismos que, em razão das atribuições e competências cometidas, necessitam de fazer fluir informação entre este tipo de redes, são por vezes obrigados a realizar a transferência de dados com recurso a um processo manual, efectuado pelo homem e não pela máquina, que envolve dispositivos amovivéis, como sejam o CD, DVD, PEN, discos externos ou switches manuais. Neste processo, vulgarmente designado por Network Air Gap (NAG), o responsável pela transferência de dados deverá assumir de forma infalível, como atribuições intrínsecas e inalienáveis da função exercida, as garantias do cumprimento de um vasto conjunto de normas regulamentares. As regras estabelecidas desdobram-se em ferramentas e procedimentos que se destinam, por exemplo, à guarda em arquivo de todas as transferências efectuadas; à utilização de ferramentas de segurança (ex: antivírus) antes da colocação da informação na rede de classificação mais elevada; ao não consentimento de transferência de determinados tipos de ficheiro (ex: executáveis) e à garantia de que, em consonância com a autonomia que normalmente é delegada no elemento responsável pela operação das comunicações, apenas se efectuam transferências de informação no sentido da rede de classificação inferior para a rede de classificação mais elevada. Face ao valor da informação e do impacto na imagem deste tipo de organizações, o operador de comunicações que não cumpra escrupulosamente o determinado é inexoravelmente afastado dessas funções, sendo que o processo de apuramento de responsabilidades nem sempre poderá determinar de forma inequívoca se as razões apontam para um acto deliberado ou para factores não intencionais, como a inépcia, o descuido ou a fadiga. Na realidade, as actividades periódicas e rotineiras, tornam o homem propenso à falha e poderão ser incontornavelmente asseguradas, sem qualquer tipo de constrangimentos ou diminuição de garantias, por soluções tecnológicas, desde que devidamente parametrizadas, adaptadas, testadas e amadurecidas, libertando os recursos humanos para tarefas de manutenção, gestão, controlo e inspecção. Acresce que, para este tipo de organizações, onde se multiplicam o número de redes de entrada de informação, com diferentes classificações e actores distintos, e com destinatários específicos, a utilização deste tipo de mecanismos assume uma importância capital. Devido a este factor multiplicativo, impõe-se que o NAGC represente uma opção válida em termos de oferta tecnológica, designadamente para uma gama de produtos de baixíssimo custo e que possa desenvolver-se por camadas de contributo complementar, em função das reais necessidades de cada cenário.

Aumento de capacidade em sistemas MIMO coordenados para advanced LTE com utilização de repetidores fixos

Com vista a revolucionar o sector das comunicações móveis, muito à custa dos elevados débitos prometidos, a tecnologia LTE recorre a uma técnica que se prevê que seja bastante utilizada nas futuras redes de comunicações móveis: Relaying. Juntamente com esta técnica, o LTE recorre à técnica MIMO, para melhorar a qualidade da transmissão em ambientes hostis e oferecer elevados ritmos de transmissão. No planeamento das próximas redes LTE, o recurso à técnica Relaying é frequente. Esta técnica, tem como objectivo aumentar a cobertura e/ou capacidade da rede, e ainda melhorar o seu desempenho em condições de fronteira de célula. A performance de uma RS depende da sua localização, das condições de propagação do canal rádio a que tanto a RS como o EU estão sujeitos, e ainda da capacidade que a RS tem de receber, processar e reencaminhar a informação. O objectivo da tese é estudar a relação existente entre o posicionamento de uma RS e o seu desempenho. Desta forma, pretende-se concluir qual a posição ideal de uma RS (tanto do tipo AF como SDF). Para além deste estudo, é apresentado um comparativo do desempenho dos modos MIMO TD e OL-SM, onde se conclui em que condições deverão ser utilizados, numa rede LTE equipada com FRSs.