A middleware for service oriented computing in dynamic environments

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Gestão Inteligente de uma Habitação considerando o Controlo de Cargas, de Microgeração e Veículos Elétricos em Função do seu Perfil de Utilização

Os consumidores finais são vistos, no novo paradigma da operação das redes elétricas, como intervenientes ativos com capacidade para gerir os seus recursos energéticos, nomeadamente as cargas, as unidades de produção, os veículos elétricos e a participação em eventos de Demand Response. Tem sido evidente um aumento do consumo de energia, sendo que o setor residencial representa uma importante parte do consumo global dos países desenvolvidos. Para que a participação ativa dos consumidores seja possível, várias abordagens têm vindo a ser propostas, com ênfase nas Smart Grids e nas Microgrids. Diversos sistemas têm sido propostos e desenvolvidos com o intuito de tornar a operação dos sistemas elétricos mais flexível. Neste contexto, os sistemas de gestão de instalações domésticas apresentam-se como um elemento fulcral para a participação ativa dos consumidores na gestão energética, permitindo aos operadores de sistema coordenarem a produção mas também a procura. No entanto, é importante identificar as vantagens da implementação e uso de sistemas de gestão de energia elétrica para os consumidores finais. Nesta dissertação são propostas metodologias de apoio ao consumidor doméstico na gestão dos recursos energéticos existentes e a implementação das mesmas na plataforma de simulação de um sistema de gestão de energia desenvolvido para consumidores domésticos, o SCADA House Intelligent Management (SHIM). Para tal, foi desenvolvida uma interface que permite a simulação em laboratório do sistema de gestão desenvolvido. Adicionalmente, o SHIM foi incluído no simulador Multi-Agent Smart Grid Simulation Plataform (MASGriP) permitindo a simulação de cenários considerando diferentes agentes. Ao nível das metodologias desenvolvidas são propostos diferentes algoritmos de gestão dos recursos energéticos existentes numa habitação, considerando utilizadores com diferentes tipos de recursos (cargas; cargas e veículos elétricos; cargas, veículos elétricos e microgeração). Adicionalmente é proposto um método de gestão dinâmica das cargas para eventos de Demand Response de longa duração, considerando as características técnicas dos equipamentos. Nesta dissertação são apresentados cinco casos de estudos em que cada um deles tem diferentes cenários de simulação. Estes casos de estudos são importantes para verificar a viabilidade da implementação das metodologias propostas para o SHIM. Adicionalmente são apresentados na dissertação perfis reais dos vários recursos energéticos e de consumidores domésticos que são, posteriormente, utilizados para o desenvolvimento dos casos de estudo e aplicação das metodologias.

Modern techniques for constraint solving the CASPER experience

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Informática, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Estudo e análise das redes centradas em conteúdos

A Internet, conforme a conhecemos, foi projetada com base na pilha de protocolos TCP/IP, que foi desenvolvida nos anos 60 e 70 utilizando um paradigma centrado nos endereços individuais de cada máquina (denominado host-centric). Este paradigma foi extremamente bem-sucedido em interligar máquinas através de encaminhamento baseado no endereço IP. Estudos recentes demonstram que, parte significativa do tráfego atual da Internet centra-se na transferência de conteúdos, em vez das tradicionais aplicações de rede, conforme foi originalmente concebido. Surgiram então novos modelos de comunicação, entre eles, protocolos de rede ponto-a-ponto, onde cada máquina da rede pode efetuar distribuição de conteúdo (denominadas de redes peer-to-peer), para melhorar a distribuição e a troca de conteúdos na Internet. Por conseguinte, nos últimos anos o paradigma host-centric começou a ser posto em causa e apareceu uma nova abordagem de Redes Centradas na Informação (ICN - information-centric networking). Tendo em conta que a Internet, hoje em dia, basicamente é uma rede de transferência de conteúdos e informações, porque não centrar a sua evolução neste sentido, ao invés de comunicações host-to-host? O paradigma de Rede Centrada no Conteúdo (CCN - Content Centric Networking) simplifica a solução de determinados problemas de segurança relacionados com a arquitetura TCP/IP e é uma das principais propostas da nova abordagem de Redes Centradas na Informação. Um dos principais problemas do modelo TCP/IP é a proteção do conteúdo. Atualmente, para garantirmos a autenticidade e a integridade dos dados partilhados na rede, é necessário garantir a segurança do repositório e do caminho que os dados devem percorrer até ao seu destino final. No entanto, a contínua ineficácia perante os ataques de negação de serviço praticados na Internet, sugere a necessidade de que seja a própria infraestrutura da rede a fornecer mecanismos para os mitigar. Um dos principais pilares do paradigma de comunicação da CCN é focalizar-se no próprio conteúdo e não na sua localização física. Desde o seu aparecimento em 2009 e como consequência da evolução e adaptação a sua designação mudou atualmente para Redes de Conteúdos com Nome (NNC – Named Network Content). Nesta dissertação, efetuaremos um estudo de uma visão geral da arquitetura CCN, apresentando as suas principais características, quais os componentes que a compõem e como os seus mecanismos mitigam os tradicionais problemas de comunicação e de segurança. Serão efetuadas experiências com o CCNx, que é um protótipo composto por um conjunto de funcionalidades e ferramentas, que possibilitam a implementação deste paradigma. O objetivo é analisar criticamente algumas das propostas existentes, determinar oportunidades, desafios e perspectivas para investigação futura.

Mobile learning: recetividade e predisposição do ensino superior para a sua utilização

A evolução dos dispositivos móveis e a mudança de paradigma educacional, permitiu o surgimento de um novo conceito no processo de ensino e aprendizagem, o mobile learning. O mobile learning pode ser visto como um conceito multidisciplinar, dependendo da perspetiva de cada autor, pois ainda não existe um consenso em relação à definição do conceito. No entanto, todos os autores concordam que o mobile learning consiste na aquisição de conhecimento ou competência através do uso de tecnologias móveis, em qualquer lugar e momento. A presente investigação, de natureza exploratória, pretendeu estudar a receptividade e predisposição dos estudantes e docentes do ensino superior para com a utilização do mobile learning, uma vez que o ensino superior parece ser o ambiente ideal para a realização deste estudo. Por um lado, devido à democratização dos dispositivos móveis, por outro, porque o Instituto Politécnico do Porto pretende vir a implementar um projeto de mobile learning, enquadrado no e- IPP. Deste modo, para a concretização desta investigação, foi realizada uma revisão bibliográfica exaustiva que serviu de base de sustentação para todo o trabalho, complementada com um questionário, de forma a dar resposta às questões de investigação. Depois de recolhidos todos os resultados obtidos através do questionário, procedeu-se à análise e discussão mesmos, bem como às respectivas conclusões.

GAIC: Um sistema inteligente e flexível para simulação e apoio à participação de pequenos e médios consumidores na gestão ativa de cargas no âmbito de smart grids

A liberalização dos mercados de energia e a utilização intensiva de produção distribuída tem vindo a provocar uma alteração no paradigma de operação das redes de distribuição de energia elétrica. A continuidade da fiabilidade das redes de distribuição no contexto destes novos paradigmas requer alterações estruturais e funcionais. O conceito de Smart Grid vem permitir a adaptação das redes de distribuição ao novo contexto. Numa Smart Grid os pequenos e médios consumidores são chamados ao plano ativo das participações. Este processo é conseguido através da aplicação de programas de demand response e da existência de players agregadores. O uso de programas de demand response para alcançar benefícios para a rede encontra-se atualmente a ser estudado no meio científico. Porém, existe a necessidade de estudos que procurem benefícios para os pequenos e médios consumidores. O alcance dos benefícios para os pequenos e médios consumidores não é apenas vantajoso para o consumidor, como também o é para a rede elétrica de distribuição. A participação, dos pequenos e médios consumidores, em programas de demand response acontece significativamente através da redução de consumos energéticos. De modo a evitar os impactos negativos que podem provir dessas reduções, o trabalho aqui proposto faz uso de otimizações que recorrem a técnicas de aprendizagem através da utilização redes neuronais artificiais. Para poder efetuar um melhor enquadramento do trabalho com as Smart Grids, será desenvolvido um sistema multiagente capaz de simular os principais players de uma Smart Grid. O foco deste sistema multiagente será o agente responsável pela simulação do pequeno e médio consumidor. Este agente terá não só que replicar um pequeno e médio consumidor, como terá ainda que possibilitar a integração de cargas reais e virtuais. Como meio de interação com o pequeno e médio consumidor, foi desenvolvida no âmbito desta dissertação um sistema móvel. No final do trabalho obteve-se um sistema multiagente capaz de simular uma Smart Grid e a execução de programas de demand response, sSendo o agente representante do pequeno e médio consumidor capaz de tomar ações e reações de modo a poder responder autonomamente aos programas de demand response lançados na rede. O desenvolvimento do sistema permite: o estudo e análise da integração dos pequenos e médios consumidores nas Smart Grids por meio de programas de demand response; a comparação entre múltiplos algoritmos de otimização; e a integração de métodos de aprendizagem. De modo a demonstrar e viabilizar as capacidades de todo o sistema, a dissertação inclui casos de estudo para as várias vertentes que podem ser exploradas com o sistema desenvolvido.

Planear e inovar : contributo para o planeamento de recursos com base nas necessidades auto-avaliadas pela população com 65 e mais anos

RESUMO - Enquadramento: O envelhecimento da população ocorre em todas as sociedades desenvolvidas, resultando num aumento da prevalência da dependência funcional, associado recorrentemente à presença de doenças crónicas. Estes novos padrões demográficos, epidemiológicos, implicando populações vulneráveis com necessidades específicas, resultam em desafios incontestáveis. Como resposta a este novo paradigma, em 2006, Portugal implementa a Rede Nacional de Cuidados Continuados Integrados (RNCCI). Finalidade/objectivos: Caracterização da população com base no perfil das necessidades auto-referidas pelas pessoas com ≥65 anos, com algum nível de independência/dependência nas actividades de vida diária e/ou com pelo menos uma doença crónica. Pretende-se, ainda, desenvolver uma metodologia que permita simular cenários que contribuam para o planeamento do número de camas para internamento de carácter permanente em Unidades de Longa Duração e Manutenção (ULDM) da RNCCI. Metodologia: Construção de dois indicadores: índice de independência/dependência e existência ou não de doenças crónicas. Análise estatística e caracterização, individual e conjunta, das variáveis sociodemográficas, socioeconómicas, auto-avaliação do estado de saúde, nível de independência/dependência e/ou existência de pelo menos uma doença crónica. Simulação de cenários com base nas metas definidas pela RNCCI para 2013. Resultados e Conclusões: Da aplicação do índice de independência/dependência, resulta que 78,8% são independentes na realização das actividades de vida diária e 21,2% apresentam algum nível de dependência. À excepção do Centro, todas as regiões apresentam padrões similares. Globalmente, os resultados obtidos vão de encontro aos enunciados na literatura internacional, realçando-se apenas alguns mais pertinentes: Observa-se uma predominância de mulheres idosas. Destaca-se também uma relação directa entre a idade e os níveis de dependência. As variáveis socioeconómicas indicam que a existência de algum nível de dependência tende a ser mais frequente entre os que têm menor escolaridade e rendimento. Em média o estado de saúde é auto-avaliado como mau, piorando com o aumento da idade e níveis de dependência mais acentuados e melhorando com o aumento da escolaridade. Da simulação de cenários destaca-se que, face às 4 camas previstas nas metas de 2013, seria de alocar em média 1,7 camas ou 1 cama ao internamento permanente em ULDM. Trabalhar em rede implica canais de comunicação. A incorporação da distribuição espacial das necessidades e serviços com recurso aos sistemas de informação geográfica torna-se numa mais-valia. Possibilita avaliar hipóteses, análises sustentadas e disseminação de informação e resultados, contribuindo para um planeamento, monitorização e avaliação mais eficaz e eficiente das actividades do sector da saúde. ---------------------------------- ABSTRACT - Background: Population aging occurs in all developed societies resulting in an increased prevalence of functional dependence, frequently associated with the presence of chronic diseases. These new demographic and epidemiological patterns, which include dependency ad vulnerability situations, with specific needs, result in undeniable challenges. In response to this new paradigm, in 2006, Portugal implements the National Network for Integrated Care (RNCCI). Aim/Objectives: Characterize the population based on the self-reported needs of ≥65 year’s people, with some level of independence/dependency in activities of daily living and/or with at least one chronic disease. Also intends to develop a methodological approach that allows scenarios simulation which contributes to the planning of the number of permanent inpatient beds in Long Term Care Units (ULDM) of RNCCI. Methods: Construction of two indicators: independence/dependence index and existence of chronic diseases. Statistical analysis and characterization, individually and jointly, of sociodemographics, socioeconomics, selfassessment of health status, level of independence/dependence and/or existence of at least one chronic disease variables. Scenarios simulation based on RNCCI targets set for 2013. Results and Conclusions: According with independence/dependence index, 78.8% are independent in carrying out the activities of daily living and 21.2% have some level of dependency. With the exception of the Centroregion, all regions have similar patterns. Generally, the results are concordant with international literature, highlighting here only some of the most relevant results: A predominance of older women is observed. A direct relationship between age and levels of dependence is emphasized. Socio-economic variables indicate that the existence of some level of dependency tends to be more frequent among those with lower income and education levels. On average, health status is self-assessed as poor, being even more critical with aging and higher dependency level. On the other hand, high education levels are related with better health status. Scenarios simulations highlights that, based on 4 beds considered in the 2013 planned goals, an average of 1.7 or 1 beds in ULDM should be allocated to permanent inpatient beds. Networking involves communication channels. The incorporation of spatial distribution of needs and services using geographical information systems becomes an added value. It enables hypothesis, evaluation, sustainable analysis and information and results dissemination, contributing to a more effective and efficient planning, monitoring and assessment of the health sector activities.

Contextual Intelligent Load Management Considering Real-Time Pricing in a Smart Grid Environment

The use of demand response programs enables the adequate use of resources of small and medium players, bringing high benefits to the smart grid, and increasing its efficiency. One of the difficulties to proceed with this paradigm is the lack of intelligence in the management of small and medium size players. In order to make demand response programs a feasible solution, it is essential that small and medium players have an efficient energy management and a fair optimization mechanism to decrease the consumption without heavy loss of comfort, making it acceptable for the users. This paper addresses the application of real-time pricing in a house that uses an intelligent optimization module involving artificial neural networks.

Reactive power management strategies in future smart grids

The reactive power management in distribution network with large penetration of distributed energy resources is an important task in future power systems. The control of reactive power allows the inclusion of more distributed recourses and a more efficient operation of distributed network. Currently, the reactive power is only controlled in large power plants and in high and very high voltage substations. In this paper, several reactive power control strategies considering a smart grids paradigm are proposed. In this context, the management of distributed energy resources and of the distribution network by an aggregator, namely Virtual Power Player (VPP), is proposed and implemented in a MAS simulation tool. The proposed methods have been computationally implemented and tested using a 32-bus distribution network with intensive use of distributed resources, mainly the distributed generation based on renewable resources. Results concerning the evaluation of the reactive power management algorithms are also presented and compared.

A Communication and Resources Management Scheme to Support the Smart Grid Integration of Multiplayers Access to Resources Information

The increasing and intensive integration of distributed energy resources into distribution systems requires adequate methodologies to ensure a secure operation according to the smart grid paradigm. In this context, SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) systems are an essential infrastructure. This paper presents a conceptual design of a communication and resources management scheme based on an intelligent SCADA with a decentralized, flexible, and intelligent approach, adaptive to the context (context awareness). The methodology is used to support the energy resource management considering all the involved costs, power flows, and electricity prices leading to the network reconfiguration. The methodology also addresses the definition of the information access permissions of each player to each resource. The paper includes a 33-bus network used in a case study that considers an intensive use of distributed energy resources in five distinct implemented operation contexts.

Real-time Energy Resource Scheduling considering a Real Portuguese Scenario

The development in power systems and the introduction of decentralized generation and Electric Vehicles (EVs), both connected to distribution networks, represents a major challenge in the planning and operation issues. This new paradigm requires a new energy resources management approach which considers not only the generation, but also the management of loads through demand response programs, energy storage units, EVs and other players in a liberalized electricity markets environment. This paper proposes a methodology to be used by Virtual Power Players (VPPs), concerning the energy resource scheduling in smart grids, considering day-ahead, hour-ahead and real-time scheduling. The case study considers a 33-bus distribution network with high penetration of distributed energy resources. The wind generation profile is based on a real Portuguese wind farm. Four scenarios are presented taking into account 0, 1, 2 and 5 periods (hours or minutes) ahead of the scheduling period in the hour-ahead and realtime scheduling.

Real-Time Simulation of Real-Time Pricing Demand Response to Meet Wind Variations

Recent changes of paradigm in power systems opened the opportunity to the active participation of new players. The small and medium players gain new opportunities while participating in demand response programs. This paper explores the optimal resources scheduling in two distinct levels. First, the network operator facing large wind power variations makes use of real time pricing to induce consumers to meet wind power variations. Then, at the consumer level, each load is managed according to the consumer preferences. The two-level resources schedule has been implemented in a real-time simulation platform, which uses hardware for consumer’ loads control. The illustrative example includes a situation of large lack of wind power and focuses on a consumer with 18 loads.

Contextual and Environmental Awareness Laboratory for Energy Consumption Management

The recent changes on power systems paradigm requires the active participation of small and medium players in energy management. With an electricity price fluctuation these players must manage the consumption. Lowering costs and ensuring adequate user comfort levels. Demand response can improve the power system management and bring benefits for the small and medium players. The work presented in this paper, which is developed aiming the smart grid context, can also be used in the current power system paradigm. The proposed system is the combination of several fields of research, namely multi-agent systems and artificial neural networks. This system is physically implemented in our laboratories and it is used daily by researchers. The physical implementation gives the system an improvement in the proof of concept, distancing itself from the conventional systems. This paper presents a case study illustrating the simulation of real-time pricing in a laboratory.

A calculus for modeling and analyzing conversations in service-oriented computing

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Informática pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Impacto da redução de impostos sobre o trabalho, capital e consumo no crescimento económico da União Europeia dos 15

Este artigo tem por objectivo averiguar se uma redução nos impostos sobre o trabalho, capital e consumo poderão afectar permanentemente o crescimento económico, validando o paradigma do crescimento endógeno ou, se pelo contrário, afectam apenas o nível de output (teoria do crescimento exógeno). Recorrendo às taxas efectivas de impostos sobre as funções económicas estimadas por Martinez-Mongay (2000) e à estimação de modelos dinâmicos de séries temporais, que permitem estudar os efeitos de curto e de longo prazo, os resultados obtidos para 14 Estados-Membros da União Europeia dos 15, no período 1970-2000, sugerem a validação do paradigma de crescimento endógeno. Em particular, a redução dos impostos sobre o trabalho e o capital poderia estimular o crescimento económico de longo prazo.