Hybrid wired/wireless PROFIBUS networks supported by bridges/routers

Fieldbus networks are becoming increasingly popular in industrial computer-controlled systems. More recently, there has been the desire to extend the capabilities of fieldbuses to cover functionalities not previously considered in such networks, with particular emphasis on industrial wireless communications. Thinking about wireless means considering hybrid wired/wireless solutions capable of interoperating with legacy (wired) systems. One possible solution is to use intermediate systems (IS) acting as repeaters to interconnect the wired and wireless parts. In contrast, we analyze a solution where intermediate systems are implemented as bridges/routers. We detail the main advantages in terms of dependability and timeliness, and propose mechanisms to manage message transactions and intercell mobility.

Real-time communications over hybrid wired/wireless PROFIBUS-based networks

PROFIBUS is an international standard (IEC 61158) for factory-floor communications, with some hundreds of thousands of world-wide installations. However, it does not include any wireless capabilities. In this paper we propose a hybrid wired/wireless PROFIBUS solution where most of the design options are made in order to guarantee the proper real-time behaviour of the overall network. We address the timing unpredictability problems placed by the co-existence of heterogeneous transmission media in the same network. Moreover, we propose a novel solution to provide inter-cell mobility to PROFIBUS wireless nodes.

Scheduling IP traffic in multimedia-enabled PROFIBUS networks

Technological developments are pulling fieldbus networks to support a new wide class of applications, such as industrial multimedia applications. To enable its use in this kind of applications the TCP/IP suite of protocols can be integrated within a fieldbus stack, leading to a dual-stack approach that is briefly outlined in the paper. One important requirement that must be fulfilled by this approach is that the hard real-time guarantees provided to the control-related traffic ("native" fieldbus traffic) are kept. At the same time it must also provide the desired quality of service (QoS) to IP applications. The focus of the paper is on how, in such a dual-stack approach, QoS can be efficiently provided to IP applications requiring quasi-constant bandwidth.

Fieldbus networks: real-time from the perspective of the application tasks

Fieldbus communication networks aim to interconnect sensors, actuators and controllers within distributed computer-controlled systems. Therefore they constitute the foundation upon which real-time applications are to be implemented. A potential leap towards the use of fieldbus in such time-critical applications lies in the evaluation of its temporal behaviour. In the past few years several research works have been performed on a number of fieldbuses. However, these have mostly focused on the message passing mechanisms, without taking into account the communicating application tasks running in those distributed systems. The main contribution of this paper is to provide an approach for engineering real-time fieldbus systems where the schedulability analysis of the distributed system integrates both the characteristics of the application tasks and the characteristics of the message transactions performed by these tasks. In particular, we address the case of system where the Process-Pascal multitasking language is used to develop P-NET based distributed applications

Integrating inaccessibility in response time analysis of CAN networks

Controller Area Network (CAN) is a fieldbus network suitable for small-scale Distributed Computer Controlled Systems, being appropriate for transferring short real-time messages. Nevertheless, it must be understood that the continuity of service is not fully guaranteed, since it may be disturbed by temporary periods of network inaccessibility [1]. In this paper, such temporary periods of network inaccessibility are integrated in the response time analysis of CAN networks. The achieved results emphasise that, in the presence of temporary periods of network inaccessibility, a CAN network is not able to provide different integrity levels to the supported applications, since errors in low priority messages interfere with the response time of higher priority message streams.

Service offloading in adaptive real-time systems

Smartphones and other internet enabled devices are now common on our everyday life, thus unsurprisingly a current trend is to adapt desktop PC applications to execute on them. However, since most of these applications have quality of service (QoS) requirements, their execution on resource-constrained mobile devices presents several challenges. One solution to support more stringent applications is to offload some of the applications’ services to surrogate devices nearby. Therefore, in this paper, we propose an adaptable offloading mechanism which takes into account the QoS requirements of the application being executed (particularly its real-time requirements), whilst allowing offloading services to several surrogate nodes. We also present how the proposed computing model can be implemented in an Android environment

WCET analysis considering contention on memory bus in COTS-based multicores

The usage of COTS-based multicores is becoming widespread in the field of embedded systems. Providing realtime guarantees at design-time is a pre-requisite to deploy real-time systems on these multicores. This necessitates the consideration of the impact of the contention due to shared low-level hardware resources on the Worst-Case Execution Time (WCET) of the tasks. As a step towards this aim, this paper first identifies the different factors that make the WCET analysis a challenging problem in a typical COTS-based multicore system. Then, we propose and prove, a mathematically correct method to determine tight upper bounds on the WCET of the tasks, when they are co-scheduled on different cores.

An Explicit GTS allocation algorithm for IEEE 802.15.4

The IEEE 802.15.4 standard provides appealing features to simultaneously support real-time and non realtime traffic, but it is only capable of supporting real-time communications from at most seven devices. Additionally, it cannot guarantee delay bounds lower than the superframe duration. Motivated by this problem, in this paper we propose an Explicit Guaranteed time slot Sharing and Allocation scheme (EGSA) for beacon-enabled IEEE 802.15.4 networks. This scheme is capable of providing tighter delay bounds for real-time communications by splitting the Contention Free access Period (CFP) into smaller mini time slots and by means of a new guaranteed bandwidth allocation scheme for a set of devices with periodic messages. At the same the novel bandwidth allocation scheme can maximize the duration of the CFP for non real-time communications. Performance analysis results show that the EGSA scheme works efficiently and outperforms competitor schemes both in terms of guaranteed delay and bandwidth utilization.

Aferições e exames clínicos realizados nos participantes do ELSA-Brasil

Este artigo descreve os exames clínicos realizados no Estudo Longitudinal de Saúde do Adulto (ELSA-Brasil). Alguns deles (antropometria, pressão arterial e índice tornozelo-braquial) já têm uso clínico consolidado. Outros, como a velocidade de onda de pulso, variabilidade da frequência cardíaca e medida da espessura médio-intimal de carótidas, carecem de valor de referência na população brasileira não doente e podem constituir preditores importantes de desfechos cardiovasculares. A medida da pressão arterial após manobra postural foi incluída no ELSA-Brasil porque foi pouco testada em estudos epidemiológicos. O ELSA-Brasil inovou na realização do índice tornozelo-braquial, ao usar um aparelho automático em substituição à coluna de mercúrio na medida da pressão arterial, e também na medida do diâmetro ântero-posterior do lobo direito do fígado pela ultrassonografia, proposta para avaliação quantitativa da doença hepática gordurosa não-alcoólica. Os participantes são indivíduos mais jovens (a partir dos 35 anos) do que em outras coortes focadas no estudo da aterosclerose subclínica. A inclusão de indivíduos mais jovens e a diversidade dos exames realizados tornam o ELSA-Brasil um estudo relevante no contexto da epidemiologia brasileira e internacional.

Logística de coleta e transporte de material biológico e organização do laboratório central no ELSA-Brasil

O Estudo Longitudinal de Saúde do Adulto (ELSA-Brasil) é um estudo de coorte multicêntrico com o objetivo de identificar os fatores de risco associados ao diabetes tipo 2 e à doença cardiovascular na população brasileira. O artigo descreve as estratégias de coleta, processamento, transporte e de controle de qualidade dos exames de sangue e urina no ELSA. O estudo optou pela centralização dos exames em um único laboratório. O processamento das amostras foi realizado nos laboratórios locais, reduzindo o peso do material a ser transportado e diminuindo os custos do transporte para o laboratório central no Hospital da Universidade de São Paulo. O estudo incluiu exames para avaliação de diabetes, resistência à insulina, dislipidemias, alterações eletrolíticas, hormônios tireoidianos, ácido úrico, alterações de enzimas hepáticas, inflamação e hemograma completo. Além desses exames, foram estocados DNA de leucócitos, amostras de urina, plasma e soro. O laboratório central realizou aproximadamente 375.000 exames.

Delineamento e implementação do biobanco do ELSA-Brasil: estudo prospectivo na população brasileira

O Estudo Longitudinal de Saúde do Adulto (ELSA-Brasil) é uma coorte prospectiva multicêntrica de funcionários públicos delineada para avaliar os determinantes das doenças crônicas, principalmente a doença cardiovascular e o diabetes tipo 2. Neste artigo são descritos os principais pontos do delineamento e implementação do projeto do biobanco do ELSA-Brasil. São detalhados aspectos econômicos, políticos, logísticos e tecnológicos do estudo. O artigo também discute o protocolo final de estocagem de material biológico e as instalações implementadas para atingir esse objetivo. O processo de delineamento e implementação do biobanco do ELSA-Brasil durou três anos. Tanto os biobancos centrais quanto os locais foram constituídos de acordo com as melhores práticas de estocagem de material biológico, usando soluções tecnológicas diferentes para as diferentes necessidades previstas no estudo.

Hybrid wired/wireless PROFIBUS architectures: performance study based on simulation models

The problem of providing a hybrid wired/wireless communications for factory automation systems is still an open issue, notwithstanding the fact that already there are some solutions. This paper describes the role of simulation tools on the validation and performance analysis of two wireless extensions for the PROFIBUS protocol. In one of them, the Intermediate Systems, which connect wired and wireless network segments, operate as repeaters. In the other one the Intermediate Systems operate as bridge. We also describe how the analytical analysis proposed for these kinds of networks can be used for the setting of some network parameters and for the guaranteeing real-time behaviour of the system. Additionally, we also compare the bridge-based solution simulation results with the analytical results.

Desafios à implantação do centro de leitura de eletrocardiografia no ELSA-Brasil

O eletrocardiograma é um método estabelecido de avaliação cardiovascular de baixo custo utilizado há décadas em estudos epidemiológicos de grande porte. Apesar disso, sua utilização em estudos desse tipo se constitui em desafio, especialmente quando se pretende implantar Centro de Leitura próprio. Este artigo descreve o processo, dificuldades e desafios de implantação do Centro de Leitura em eletrocardiograma no Estudo Longitudinal de Saúde do Adulto (ELSA-Brasil). Dentre os aspectos discutidos, ressaltam-se: os critérios para escolha dos eletrocardiógrafos e da central de armazenamento e manejo dos aparelhos; o pessoal necessário; os procedimentos de aquisição e de transmissão dos eletrocardiogramas para o Centro de Leitura; os sistemas de codificação dos traçados, com ênfase para o código de Minnesota; os aspectos éticos e práticos relacionados à entrega dos laudos aos participantes do estudo; e os aspectos relacionados ao controle de qualidade.

A distributed algorithm for hexagonal topology formation in wireless sensor networks

Hexagonal wireless sensor network refers to a network topology where a subset of nodes have six peer neighbors. These nodes form a backbone for multi-hop communications. In a previous work, we proposed the use of hexagonal topology in wireless sensor networks and discussed its properties in relation to real-time (bounded latency) multi-hop communications in large-scale deployments. In that work, we did not consider the problem of hexagonal topology formation in practice - which is the subject of this research. In this paper, we present a decentralized algorithm that forms the hexagonal topology backbone in an arbitrary but sufficiently dense network deployment. We implemented a prototype of our algorithm in NesC for TinyOS based platforms. We present data from field tests of our implementation, collected using a deployment of fifty wireless sensor nodes.

Reprodutibilidade da pressão arterial medida no ELSA-Brasil com a monitorização pressórica de 24h

OBJETIVO: Determinar a reprodutibilidade da pressão arterial casual de participantes do Estudo Longitudinal de Saúde do Adulto (ELSA-Brasil) e confirmar o diagnóstico pressórico pela monitorização.MÉTODOS: A pressão arterial casual foi medida em aparelho oscilométrico. Uma subamostra dos participantes do estado do Espírito Santo (N = 255) foi reavaliada com igual metodologia de uma a dez semanas após; além disso, foi realizada monitorização. O diagnóstico de hipertensão seguiu os pontos de corte de 140/90 mmHg ou 130/80 mmHg para a pressão casual e na monitorização, respectivamente. A hipertensão do jaleco branco foi definida pela presença hipertensão na medida casual e normotensão na monitorização e o inverso para a hipertensão mascarada.RESULTADOS: Os dados referem-se a 230 participantes que nas duas ocasiões estavam sem medicação (N1 = 153) ou sob a mesma medicação anti-hipertensiva (N2 = 77). No N1, a normotensão casual foi confirmada em 120 dos 134 pela monitorização. No N2, a monitorização confirmou o controle pressórico em 43 dos 54 participantes com pressão controlada pela medida casual. A concordância geral de diagnósticos entre a pressão casual e monitorada foi de 78% (kappa = 0,44). No grupo N1, seis indivíduos (4%) apresentaram hipertensão do jaleco branco e 23 (25%), mascarada.CONCLUSÕES: A concordância de diagnósticos entre a pressão arterial casual e a monitorada foi moderada. A padronização rigorosa da medida casual adotada no ELSA-Brasil foi capaz de reduzir a hipertensão do jaleco branco. A alta frequência de hipertensão mascarada sugere que a medida pressórica da monitorização indique grau elevado de estresse no trabalho.