Man-in-the-Middle Attack Test-bed Investigating Cyber-security Vulnerabilities in Smart Grid SCADA Systems

The increased complexity and interconnectivity of Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) systems in the Smart Grid has exposed them to a wide range of cyber-security issues, and there are a multitude of potential access points for cyber attackers. This paper presents a SCADA-specific cyber-security test-bed which contains SCADA software and communication infrastructure. This test-bed is used to investigate an Address Resolution Protocol (ARP) spoofing based man-in-the-middle attack. Finally, the paper proposes a future work plan which focuses on applying intrusion detection and prevention technology to address cyber-security issues in SCADA systems.

A Study of Tower Shadow Effect on Fixed-Speed Wind Turbines

This paper studies the impact of tower shadow effect on the power output of a fixed-speed wind farm. A data acquisition unit was placed at a wind farm in Northern Ireland which consists of ten fixed-speed wind turbines. The recording equipment logged the wind farmpsilas electrical data, which was time stamped using the global positioning network. Video footage of the wind farm was recorded and from it the blade angle of each turbine was determined with respect to time. Using the blade angle data and the wind farmpsilas power output, studies where performed to ascertain the extent of tower shadow effect on power fluctuation. This paper presents evidence that suggests that tower shadow effect has a significant impact on power fluctuation and that this effect is increased due to the synchronising of turbine blades around the tower region.

Overcoming the Scalability Challenges of Epidemic Simulations on Blue Waters

Modeling dynamical systems represents an important application class covering a wide range of disciplines including but not limited to biology, chemistry, finance, national security, and health care. Such applications typically involve large-scale, irregular graph processing, which makes them difficult to scale due to the evolutionary nature of their workload, irregular communication and load imbalance. EpiSimdemics is such an application simulating epidemic diffusion in extremely large and realistic social contact networks. It implements a graph-based system that captures dynamics among co-evolving entities. This paper presents an implementation of EpiSimdemics in Charm++ that enables future research by social, biological and computational scientists at unprecedented data and system scales. We present new methods for application-specific processing of graph data and demonstrate the effectiveness of these methods on a Cray XE6, specifically NCSA's Blue Waters system.

Incorporating PGMs into a BDI Architecture

In this paper, we present a hybrid BDI-PGM framework, in which PGMs (Probabilistic Graphical Models) are incorporated into a BDI (belief-desire-intention) architecture. This work is motivated by the need to address the scalability and noisy sensing issues in SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) systems. Our approach uses the incorporated PGMs to model the uncertainty reasoning and decision making processes of agents situated in a stochastic environment. In particular, we use Bayesian networks to reason about an agent’s beliefs about the environment based on its sensory observations, and select optimal plans according to the utilities of actions defined in influence diagrams. This approach takes the advantage of the scalability of the BDI architecture and the uncertainty reasoning capability of PGMs. We present a prototype of the proposed approach using a transit scenario to validate its effectiveness.

Can(Plan)+: Extending the Operational Semantics of the BDI Architecture to deal with Uncertain Information

The BDI architecture, where agents are modelled based on their beliefs, desires and intentions, provides a practical approach to develop large scale systems. However, it is not well suited to model complex Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) systems pervaded by uncertainty. In this paper we address this issue by extending the operational semantics of Can(Plan) into Can(Plan)+. We start by modelling the beliefs of an agent as a set of epistemic states where each state, possibly using a different representation, models part of the agent's beliefs. These epistemic states are stratified to make them commensurable and to reason about the uncertain beliefs of the agent. The syntax and semantics of a BDI agent are extended accordingly and we identify fragments with computationally efficient semantics. Finally, we examine how primitive actions are affected by uncertainty and we define an appropriate form of lookahead planning.

Monitoring Bridge Dynamic Behaviour using an Instrumented Two Axle Vehicle

Highway structures such as bridges are subject to continuous degradation primarily due to ageing, loading and environmental factors. A rational transport policy must monitor and provide adequate maintenance to this infrastructure to guarantee the required levels of transport service and safety. Increasingly in recent years, bridges are being instrumented and monitored on an ongoing basis due to the implementation of Bridge Management Systems. This is very effective and provides a high level of protection to the public and early warning if the bridge becomes unsafe. However, the process can be expensive and time consuming, requiring the installation of sensors and data acquisition electronics on the bridge. This paper investigates the use of an instrumented 2-axle vehicle fitted with accelerometers to monitor the dynamic behaviour of a bridge network in a simple and cost-effective manner. A simplified half car-beam interaction model is used to simulate the passage of a vehicle over a bridge. This investigation involves the frequency domain analysis of the axle accelerations as the vehicle crosses the bridge. The spectrum of the acceleration record contains noise, vehicle, bridge and road frequency components. Therefore, the bridge dynamic behaviour is monitored in simulations for both smooth and rough road surfaces. The vehicle mass and axle spacing are varied in simulations along with bridge structural damping in order to analyse the sensitivity of the vehicle accelerations to a change in bridge properties. These vehicle accelerations can be obtained for different periods of time and serve as a useful tool to monitor the variation of bridge frequency and damping with time.

Cybersecurity Test-Bed for IEC 61850 based Smart Substations

With the development and deployment of IEC 61850 based smart substations, cybersecurity vulnerabilities of supervisory control and data acquisition (SCADA) systems are increasingly emerging. In response to the emergence of cybersecurity vulnerabilities in smart substations, a test-bed is indispensable to enable cybersecurity experimentation. In this paper, a comprehensive and realistic cyber-physical test-bed has been built to investigate potential cybersecurity vulnerabilities and the impact of cyber-attacks on IEC 61850 based smart substations. This test-bed is close to a real production type environment, and has the ability to carry out end-to-end testing of cyber-attacks and physical consequences. A fuzz testing approach is proposed for detecting IEC 61850 based intelligent electronic devices (IEDs) and validated in the proposed test-bed.

Electron impact fragmentation of thymine:partial ionization cross sections for positive fragments

We have measured mass spectra for positive ions for low-energy electron impact on thymine using a reflectron time-of-flight mass spectrometer. Using computer controlled data acquisition, mass spectra have been acquired for electron impact energies up to 100 eV in steps of 0.5 eV. Ion yield curves for most of the fragment ions have been determined by fitting groups of adjacent peaks in the mass spectra with sequences of normalized Gaussians. The ion yield curves have been normalized by comparing the sum of the ion yields to the average of calculated total ionization cross sections. Appearance energies have been determined. The nearly equal appearance energies of 83 u and 55 u observed in the present work strongly indicate that near threshold the 55 u ion is formed directly by the breakage of two bonds in the ring, rather than from a successive loss of HNCO and CO from the parent ion. Likewise 54 u is not formed by CO loss from 82 u. The appearance energies are in a number of cases consistent with the loss of one or more hydrogen atoms from a heavier fragment, but 70 u is not formed by hydrogen loss from 71 u.

Metrologia óptica com fibra polimérica

O presente trabalho teve por objectivo global o estudo e desenvolvimento de sensores baseados em fibra óptica polimérica. O crescimento da tecnologia polimérica nos últimos anos permitiu a introdução deste tipo de fibras ópticas na área das telecomunicações e no desenvolvimento de sensores. As vantagens associadas à metrologia óptica com fibra polimérica têm vindo a atrair as atenções da comunidade científica dado que permitem o desenvolvimento de sistemas de baixo-custo ou custo competitivo face às tecnologias convencionais. Dada a actualidade do tema proposto, descreve-se, numa primeira fase, a tecnologia em fibra óptica polimérica existente no mercado e o estado de arte de sensores em fibra óptica polimérica. Segue-se a descrição de dois tipos de sensores baseados em modulação de intensidade. Projectou-se um sensor extrínseco capaz de avaliar a quantidade de luz dispersa e absorvida por partículas suspensas num líquido. Foi efectuada a caracterização do sensor quanto à concentração de partículas suspensas, tamanho e reflectividade. O sensor foi testado no âmbito da monitorização ambiental, designadamente, na análise de turbidez em amostras de sedimentos recolhidos em áreas ardidas. O sistema desenvolvido foi comparado com um sistema comercial. Um sensor intrínseco, baseado no polimento lateral de fibra óptica polimérica, foi analisado analiticamente. O modelo teórico avalia o sensor em diferentes condições de macroencurvamento e de índice de refracção do meio envolvente. O modelo teórico foi validado positivamente através de resultados experimentais. Foi avaliada a sensibilidade à temperatura e os conhecimentos adquiridos foram aplicados no desenvolvimento de um sistema capaz de monitorizar a cura de diferentes materiais. É ainda apresentada uma técnica para melhorar a sensibilidade do sensor de curvatura através da aplicação de um revestimento na zona sensível. A dependência na curvatura da potência transmitida por uma fibra óptica polida lateralmente serviu de base ao desenvolvimento de uma joelheira e de uma cotoveleira instrumentada, capazes de avaliar quantitativamente o movimento articular. A necessidade de portabilidade levou ao desenvolvimento de um sistema sem fios para aquisição e transmissão de dados. Espera-se que os protótipos desenvolvidos venham a ter um impacto significativo em sistemas futuros aplicados à medicina física e reabilitação.

Análise de tripletos e de repetições em estruturas primárias de DNA

O desenvolvimento de equipamentos de descodificação massiva de genomas veio aumentar de uma forma brutal os dados disponíveis. No entanto, para desvendarmos informação relevante a partir da análise desses dados é necessário software cada vez mais específico, orientado para determinadas tarefas que auxiliem o investigador a obter conclusões o mais rápido possível. É nesse campo que a bioinformática surge, como aliado fundamental da biologia, uma vez que tira partido de métodos e infra-estruturas computacionais para desenvolver algoritmos e aplicações informáticas. Por outro lado, na maior parte das vezes, face a novas questões biológicas é necessário responder com novas soluções específicas, pelo que o desenvolvimento de aplicações se torna um desafio permanente para os engenheiros de software. Foi nesse contexto que surgiram os principais objectivos deste trabalho, centrados na análise de tripletos e de repetições em estruturas primárias de DNA. Para esse efeito, foram propostos novos métodos e novos algoritmos que permitirem o processamento e a obtenção de resultados sobre grandes volumes de dados. Ao nível da análise de tripletos de codões e de aminoácidos foi proposto um sistema concebido para duas vertentes: por um lado o processamento dos dados, por outro a disponibilização na Web dos dados processados, através de um mecanismo visual de composição de consultas. Relativamente à análise de repetições, foi proposto e desenvolvido um sistema para identificar padrões de nucleótidos e aminoácidos repetidos em sequências específicas, com particular aplicação em genes ortólogos. As soluções propostas foram posteriormente validadas através de casos de estudo que atestam a mais-valia do trabalho desenvolvido.

Formação continuada de professores para a educação em ciências no 2º CEB : conceções e práticas de índole experimental

A Formação Continuada de Professores de Ciências assume-se como uma via capaz de ajudar os alunos a desenvolver competências, como as de resolução de problemas. Nesta perspetiva, a Educação em Ciências deve visar o desenvolvimento de cidadãos cada vez mais participativos, responsáveis, capazes de tomar decisões conscientes, exigindo-se o desenvolvimento da literacia científica como uma meta a alcançar pelas escolas. Uma das estratégias considerada como potenciadora do desenvolvimento de tais competências é o trabalho experimental desenvolvido com os alunos, durante as aulas de Ciências de 2.º CEB. Neste contexto, desenvolveu-se um Programa de Formação Continuada de Professores em Ensino Experimental das Ciências no 2.º CEB, procurando-se avaliar o seu impacte nas conceções e práticas de índole experimental de quatro professores. Assim, formularam-se as seguintes questões de investigação: Qual o impacte do Programa de Formação para uma Educação em Ciências de base experimental: a) na (re)construção das conceções dos professores do 2.º CEB acerca do Trabalho Experimental?; b) e na promoção intencional, por parte dos professores envolvidos, de práticas didático-pedagógicas de base experimental no 2.º CEB? De forma a dar resposta às questões formuladas, desenvolveu-se uma investigação de natureza qualitativa, que pretendeu contribuir para a compreensão da relação entre a formação continuada de professores e as conceções e práticas de índole experimental desenvolvidas na disciplina de Ciências da Natureza, do 2.º CEB. O planeamento escolhido foi o de estudo de caso com quatro professoras participantes na formação continuada, tendo-se recorrido a várias técnicas e instrumentos de recolha e análise de dados. Para a caraterização das conceções das professoras sobre trabalho experimental foi utilizada a entrevista semi-estruturada, o Diário do Investigador e as transcrições das aulas destas professoras, bem como a reflexão oral nas sessões de acompanhamento com a Formadora. Este último instrumento também foi usado para a caracterização das práticas das professoras, assim como o Instrumento de Caraterização das Práticas Didático-Pedagógicas de índole experimental, desenvolvido para o presente estudo. Utilizou-se ainda um Questionário de Avaliação do Programa de Formação e os Portefólios das quatro professoras do estudo, para se obter a avaliação destas docentes acerca do Programa de Formação frequentado. Os resultados parecem indicar que, antes do Programa de Formação, apenas a Professora D apresentava conceções acerca de trabalho experimental, em sintonia com a perspetiva defendida na revisão de literatura. Após o Programa de Formação as quatro professoras revelaram conceções mais realistas acerca de trabalho experimental. Relativamente às práticas de índole experimental, antes do Programa de Formação, nenhuma das professoras colaboradoras do estudo implementava esta estratégia com os alunos. Após o Programa de Formação, todas as docentes passaram a contemplar nas suas práticas o trabalho experimental. De uma maneira geral, no que concerne à avaliação do Programa de Formação, as quatro docentes consideram que este teve impacte quer nas suas conceções quer nas suas práticas de índole experimental, destacando a importância do contributo das sessões de acompanhamento em sala de aula, com a Formadora, para a implementação efetiva do trabalho experimental nas suas práticas. A partir dos resultados obtidos, concluiu-se que o Programa de Formação contribuiu para que as quatro professoras colaboradoras do estudo (re) construíssem as suas conceções sobre trabalho experimental e para que o privilegiassem efetivamente nas suas aulas. O presente estudo visou contribuir para o desenvolvimento da formação de professores em ensino experimental das ciências, no que respeita à clarificação de conceções sobre o trabalho experimental e sua implementação efetiva com os alunos, dando-lhes autonomia e apelando ao desenvolvimento das suas capacidades de pensamento, relacionadas, por exemplo, com a identificação e controlo de variáveis.

Patient classification for intelligent wheelchair adaptation

A importância e preocupação dedicadas à autonomia e independência das pessoas idosas e dos pacientes que sofrem de algum tipo de deficiência tem vindo a aumentar significativamente ao longo das últimas décadas. As cadeiras de rodas inteligentes (CRI) são tecnologias que podem ajudar este tipo de população a aumentar a sua autonomia, sendo atualmente uma área de investigação bastante ativa. Contudo, a adaptação das CRIs a pacientes específicos e a realização de experiências com utilizadores reais são assuntos de estudo ainda muito pouco aprofundados. A cadeira de rodas inteligente, desenvolvida no âmbito do Projeto IntellWheels, é controlada a alto nível utilizando uma interface multimodal flexível, recorrendo a comandos de voz, expressões faciais, movimentos de cabeça e através de joystick. Este trabalho teve como finalidade a adaptação automática da CRI atendendo às características dos potenciais utilizadores. Foi desenvolvida uma metodologia capaz de criar um modelo do utilizador. A investigação foi baseada num sistema de recolha de dados que permite obter e armazenar dados de voz, expressões faciais, movimentos de cabeça e do corpo dos pacientes. A utilização da CRI pode ser efetuada em diferentes situações em ambiente real e simulado e um jogo sério foi desenvolvido permitindo especificar um conjunto de tarefas a ser realizado pelos utilizadores. Os dados foram analisados recorrendo a métodos de extração de conhecimento, de modo a obter o modelo dos utilizadores. Usando os resultados obtidos pelo sistema de classificação, foi criada uma metodologia que permite selecionar a melhor interface e linguagem de comando da cadeira para cada utilizador. A avaliação para validação da abordagem foi realizada no âmbito do Projeto FCT/RIPD/ADA/109636/2009 - "IntellWheels - Intelligent Wheelchair with Flexible Multimodal Interface". As experiências envolveram um vasto conjunto de indivíduos que sofrem de diversos níveis de deficiência, em estreita colaboração com a Escola Superior de Tecnologia de Saúde do Porto e a Associação do Porto de Paralisia Cerebral. Os dados recolhidos através das experiências de navegação na CRI foram acompanhados por questionários preenchidos pelos utilizadores. Estes dados foram analisados estatisticamente, a fim de provar a eficácia e usabilidade na adequação da interface da CRI ao utilizador. Os resultados mostraram, em ambiente simulado, um valor de usabilidade do sistema de 67, baseado na opinião de uma amostra de pacientes que apresentam os graus IV e V (os mais severos) de Paralisia Cerebral. Foi também demonstrado estatisticamente que a interface atribuída automaticamente pela ferramenta tem uma avaliação superior à sugerida pelos técnicos de Terapia Ocupacional, mostrando a possibilidade de atribuir automaticamente uma linguagem de comando adaptada a cada utilizador. Experiências realizadas com distintos modos de controlo revelaram a preferência dos utilizadores por um controlo compartilhado com um nível de ajuda associado ao nível de constrangimento do paciente. Em conclusão, este trabalho demonstra que é possível adaptar automaticamente uma CRI ao utilizador com claros benefícios a nível de usabilidade e segurança.

REVERIE: Natural Human Interaction in Virtual Immersive Environments

REVERIE (REal and Virtual Engagement in Realistic Immersive Environments [1]) targets novel research to address the demanding challenges involved with developing state-of-the-art technologies for online human interaction. The REVERIE framework enables users to meet, socialise and share experiences online by integrating cutting-edge technologies for 3D data acquisition and processing, networking, autonomy and real-time rendering. In this paper, we describe the innovative research that is showcased through the REVERIE integrated framework through richly defined use-cases which demonstrate the validity and potential for natural interaction in a virtual immersive and safe environment. Previews of the REVERIE demo and its key research components can be viewed at www.youtube.com/user/REVERIEFP7.

Assessing soil erosion due to land use change at the Alqueva reservoir surrounding area

Tese de doutoramento, Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Erstellung wiederverwendbarer RDF-Geodaten mit Google Refine

Das Forschungsinformationssystem VIVO bietet als Linked-Data-basiertes System die Möglichkeit, Daten aus anderen Quellen wiederzuverwenden. In der Praxis kann man dabei auf Konvertierungsprobleme stoßen. Oft liegen Daten nur in tabellarischem Format vor, z.B. als CSV-Datei. Zur Konvertierung dieser Daten existieren verschiedene Werkzeuge, viele dieser Werkzeuge erfordern jedoch entweder spezielle technische Umgebungen (oft Linux-Systeme) oder sie sind in der Bedienung sehr anspruchsvoll. Im Artikel wird ein Workflow für die Konvertierung von Daten aus GeoNames für VIVO mit Google Refine beschrieben.