Simulation study of energy efficient scheduling for IEEE 802.15.4/ZigBee cluster-treeWireless Sensor Networks with time-bounded data flows

The simulation analysis is important approach to developing and evaluating the systems in terms of development time and cost. This paper demonstrates the application of Time Division Cluster Scheduling (TDCS) tool for the configuration of IEEE 802.15.4/ZigBee beaconenabled cluster-tree WSNs using the simulation analysis, as an illustrative example that confirms the practical applicability of the tool. The simulation study analyses how the number of retransmissions impacts the reliability of data transmission, the energy consumption of the nodes and the end-to-end communication delay, based on the simulation model that was implemented in the Opnet Modeler. The configuration parameters of the network are obtained directly from the TDCS tool. The simulation results show that the number of retransmissions impacts the reliability, the energy consumption and the end-to-end delay, in a way that improving the one may degrade the others.

A traffic differentiation add-on to the IEEE 802.15.4 protocol: implementation and experimental validation over a real-time operating system

The IEEE 802.15.4 is the most widespread used protocol for Wireless Sensor Networks (WSNs) and it is being used as a baseline for several higher layer protocols such as ZigBee, 6LoWPAN or WirelessHART. Its MAC (Medium Access Control) supports both contention-free (CFP, based on the reservation of guaranteed time-slots GTS) and contention based (CAP, ruled by CSMA/CA) access, when operating in beacon-enabled mode. Thus, it enables the differentiation between real-time and best-effort traffic. However, some WSN applications and higher layer protocols may strongly benefit from the possibility of supporting more traffic classes. This happens, for instance, for dense WSNs used in time-sensitive industrial applications. In this context, we propose to differentiate traffic classes within the CAP, enabling lower transmission delays and higher success probability to timecritical messages, such as for event detection, GTS reservation and network management. Building upon a previously proposed methodology (TRADIF), in this paper we outline its implementation and experimental validation over a real-time operating system. Importantly, TRADIF is fully backward compatible with the IEEE 802.15.4 standard, enabling to create different traffic classes just by tuning some MAC parameters.

Open-ZB: an open-source implementation of the IEEE 802.15.4/ZigBee protocol stack on TinyOS

The IEEE 802.15.4/ZigBee protocols are gaining increasing interests in both research and industrial communities as candidate technologies for Wireless Sensor Network (WSN) applications. In this paper, we present an open-source implementation of the IEEE 802.15.4/Zigbee protocol stack under the TinyOS operating system for the MICAz motes. This work has been driven by the need for an open-source implementation of the IEEE 802.15.4/ZigBee protocols, filling a gap between some newly released complex C implementations and black-box implementations from different manufacturers. In addition, we share our experience on the challenging problem that we have faced during the implementation of the protocol stack on the MICAz motes. We strongly believe that this open-source implementation will potentiate research works on the IEEE 802.15.4/Zigbee protocols allowing their demonstration and validation through experimentation.

A time division beacon scheduling mechanism for IEEE 802.15.4/Zigbee cluster-tree wireless sensor networks

While the IEEE 802.15.4/Zigbee protocol stack is being considered as a promising technology for low-cost low-power Wireless Sensor Networks (WSNs), several issues in the standard specifications are still open. One of those ambiguous issues is how to build a synchronized multi-hop cluster-tree network, which is quite suitable for ensuring QoS support in WSNs. In fact, the current IEEE 802.15.4/Zigbee specifications restrict the synchronization in the beacon-enabled mode (by the generation of periodic beacon frames) to star-based networks, while it supports multi-hop networking using the peer-to-peer mesh topology, but with no synchronization. Even though both specifications mention the possible use of cluster-tree topologies, which combine multihop and synchronization features, the description on how to effectively construct such a network topology is missing. This paper tackles this problem, unveils the ambiguities regarding the use of the cluster-tree topology and proposes a synchronization mechanism based on Time Division Beacon Scheduling to construct cluster-tree WSNs. We also propose a methodology for an efficient duty cycle management in each router (cluster-head) of a cluster-tree WSN that ensures the fairest use of bandwidth resources. The feasibility of the proposal is clearly demonstrated through an experimental test bed based on our own implementation of the IEEE 802.15.4/Zigbee protocol.

IEEE 802.15.4: a Federating Communication Protocol for Time-Sensitive Wireless Sensor Networks

Wireless Sensor Networks (WSNs) have been attracting increasing interests for developing a new generation of embedded systems with great potential for many applications such as surveillance, environment monitoring, emergency medical response and home automation. However, the communication paradigms in WSNs differ from the ones attributed to traditional wireless networks, triggering the need for new communication protocols. In this context, the recently standardised IEEE 802.15.4 protocol presents some potentially interesting features for deployment in wireless sensor network applications, such as power-efficiency, timeliness guarantees and scalability. Nevertheless, when addressing WSN applications with (soft/hard) timing requirements some inherent paradoxes emerge, such as power-efficiency versus timeliness, triggering the need of engineering solutions for an efficient deployment of IEEE 802.15.4 in WSNs. In this technical report, we will explore the most relevant characteristics of the IEEE 802.15.4 protocol for wireless sensor networks and present the most important challenges regarding time-sensitive WSN applications. We also provide some timing performance and analysis of the IEEE 802.15.4 that unveil some directions for resolving the previously mentioned paradoxes.

GTS allocation analysis in IEEE 802.15.4 for real-time wireless sensor networks

The IEEE 802.15.4 protocol proposes a flexible communication solution for Low-Rate Wireless Personal Area Networks including sensor networks. It presents the advantage to fit different requirements of potential applications by adequately setting its parameters. When enabling its beacon mode, the protocol makes possible real-time guarantees by using its Guaranteed Time Slot (GTS) mechanism. This paper analyzes the performance of the GTS allocation mechanism in IEEE 802.15.4. The analysis gives a full understanding of the behavior of the GTS mechanism with regards to delay and throughput metrics. First, we propose two accurate models of service curves for a GTS allocation as a function of the IEEE 802.15.4 parameters. We then evaluate the delay bounds guaranteed by an allocation of a GTS using Network Calculus formalism. Finally, based on the analytic results, we analyze the impact of the IEEE 802.15.4 parameters on the throughput and delay bound guaranteed by a GTS allocation. The results of this work pave the way for an efficient dimensioning of an IEEE 802.15.4 cluster.

A comprehensive simulation study of slotted CSMA/CA for IEEE 802.15.4 wireless sensor networks

In this paper, we analyze the performance limits of the slotted CSMA/CA mechanism of IEEE 802.15.4 in the beacon-enabled mode for broadcast transmissions in WSNs. The motivation for evaluating the beacon-enabled mode is due to its flexibility for WSN applications as compared to the non-beacon enabled mode. Our analysis is based on an accurate simulation model of the slotted CSMA/CA mechanism on top of a realistic physical layer, with respect to the IEEE 802.15.4 standard specification. The performance of the slotted CSMA/CA is evaluated and analyzed for different network settings to understand the impact of the protocol attributes (superframe order, beacon order and backoff exponent) on the network performance, namely in terms of throughput (S), average delay (D) and probability of success (Ps). We introduce the concept of utility (U) as a combination of two or more metrics, to determine the best offered load range for an optimal behavior of the network. We show that the optimal network performance using slotted CSMA/CA occurs in the range of 35% to 60% with respect to an utility function proportional to the network throughput (S) divided by the average delay (D).

Energy and delay trade-off of the GTS allocation mechanism in IEEE 802.15.4 for wireless sensor networks

The IEEE 802.15.4 protocol proposes a flexible communication solution for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPAN) including wireless sensor networks (WSNs). It presents the advantage to fit different requirements of potential applications by adequately setting its parameters. When in beaconenabled mode, the protocol can provide timeliness guarantees by using its Guaranteed Time Slot (GTS) mechanism. However, power-efficiency and timeliness guarantees are often two antagonistic requirements in wireless sensor networks. The purpose of this paper is to analyze and propose a methodology for setting the relevant parameters of IEEE 802.15.4-compliant WSNs that takes into account a proper trade-off between power-efficiency and delay bound guarantees. First, we propose two accurate models of service curves for a GTS allocation as a function of the IEEE 802.15.4 parameters, using Network Calculus formalism. We then evaluate the delay bound guaranteed by a GTS allocation and express it as a function of the duty cycle. Based on the relation between the delay requirement and the duty cycle, we propose a power-efficient superframe selection method that simultaneously reduces power consumption and enables meeting the delay requirements of real-time flows allocating GTSs. The results of this work may pave the way for a powerefficient management of the GTS mechanism in an IEEE 802.15.4 cluster.

FPGA implementation of IEEE 802.15.3C receiver

This paper presents the implementation of the OFDM demodulator and the Viterbi decoder, proposed as part of a wireless High Definition video receiver to be integrated in an FPGA. These blocks were implemented in a Xilinx Virtex-6 FPGA. The complete system was previously modeled and simulated using MATLAB/Simulink to extract importante hardware characteristics for the FPGA implementation.

A Eficácia do Programa Fifa 11+ na Prevenção de Lesões em Atletas de Futebol Sub18

Introdução: No futebol, as lesões são da mais fulcral importância pelo que a sua prevenção se revela de extrema pertinência. A FIFA criou o FIFA 11+, um programa de prevenção de lesões, que revelou resultados positivos em equipas jovens tanto femininas como masculinas. No entanto, em Portugal, os resultados da sua implementação são escassos, principalmente em camadas jovens. Objetivo: Estudar a eficácia do programa FIFA 11+ na prevenção de lesões em atletas de futebol – sub 18. Métodos: O presente estudo quasi experimental teve como amostra uma equipa de 24 atletas, divididos voluntariamente em 2 grupos: o grupo experimental (GE) (n=12), e o grupo controlo (GC) (n= 12). Ambos os grupos realizaram os treinos normais sendo o grupo experimental sujeito adicionalmente ao programa FIFA 11+ duas vezes por semana, durante 12 semanas. Foi utilizado ainda o Orchard Sports Injury Classification System (OSICS-10) como sistema de classificação de lesões, sendo estas divididas em graves, moderadas, leves e mínimas. O teste Mann-Whitney foi utilizado para a comparação entre grupos, e o teste de Wilcoxon para a comparação intra grupo. Resultados: Quando comparados o GE com o GC em M0 não se observaram diferenças estatisticamente significativas (p=0.065), no número de lesões entre os grupos. O mesmo se verificou após a implementação do programa FIFA 11+ (p=1,000). Na comparação intra-grupo de M0 e M1 o grupo controlo não apresentou diferenças estatisticamente significativas (p=0,317) enquanto que no grupo experimental se observou que existiam significativamente menos lesões após a implementação do programa. (p=0,025). Conclusão: O programa FIFA 11+ parece ser indicado para a prevenção e diminuição de lesões desportivas em jogadores amadores de equipas sub-18, quando aplicado duas vezes por semana. Apesar disso, para eleger o programa como uma ferramenta de eleição na promoção da saúde, mais estudos são sugeridos utilizando uma amostra maior e se possível num período superior.

Projeto de comportamento térmico, certificação energética e ensaios acústicos

O presente relatório incluído na Unidade Curricular de Dissertação/Projeto/Estágio do Mestrado (DIPRE) em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) e desenvolvido no âmbito do estágio curricular realizado na empresa Asl & Associados, tem como principais objetivos a minha integração no mercado de trabalho e obtenção de experiência profissional. Neste trabalho, serão abordados temas como as introduções teóricas ao Comportamento Térmico e Acústico de Edifícios de Habitação, estudos de casos práticos como o Projeto de Comportamento Térmico de uma grande intervenção, Certificação Energética de edifícios existentes com base no Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação e Ensaios Acústicos de Edifícios de acordo com o Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios. O projeto realizado consistiu no estudo do comportamento térmico do edifício na Avenida Marechal Gomes da Costa nº802, no Porto. Nesse estudo realizou-se a verificação das soluções construtivas, por vezes foram propostas alterações das mesmas de modo a verificar os requisitos impostos pelo REH e foi realizada a emissão do seu pré-certificado. A maior parte do período em que decorreu o estágio na empresa foi preenchida com a realização de certificados energéticos de frações autónomas e de moradias. Para a recolha da informação necessária à sua elaboração, foram efetuadas várias vistorias aos imóveis referidos. Foram também efetuados durante o estágio, ensaios acústicos a edifícios de habitação e comércio e elaborado o respetivo relatório de ensaio.

Da Lexicologia e lexicografia de aprendizagem ao ensino da língua portuguesa: no II Ciclo do Ensino Secundário: 10ª,11ª,12ª e 13ª CLASSES NA E.F.P. – Escola de Formação de Professores “COR MARIAE” DO UÍJE”

Tese a apresentar para o cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Doutor em Linguística – Especialidade de Lexicologia, Lexicografia e Terminologia

Entre “Nós” e os “Outros”: o excecionalismo americano como enquadramento identitário das narrativas securitizadoras das migrações nos Estados Unidos da América no pós-11 de Setembro, 2001-2013

O fim da Guerra Fria e em particular os ataques terroristas de 11 de Setembro de 2001 foram importantes aceleradores de um constante (e já longo) processo de crescente securitização das fronteiras e migrações nos EUA, que por sua vez teve impacto na forma como as elites políticas norte-americanas conceberam a identidade nacional do país, ancorada na ideologia da excecionalidade da experiência e do destino americanos e associada a uma posição dirigente do país nos assuntos externos, o excecionalismo americano. As migrações internacionais são relevantes neste contexto porque expõem a tensão inerente entre a necessidade dos Estados-nação protegerem o seu território e a sua população e a impossibilidade fazer esse controlo de forma perfeita, em especial num mundo globalizado; e as dificuldades em manter uma identidade nacional homogénea quando se partilha a comunidade política com membros que à mesma são alheios/estrangeiros (imigrantes). Esta dissertação analisa as relações entre o excecionalismo americano como visão do mundo primacial para a conceção de identidade das elites políticas americanas e a crescente securitização das migrações no período pós-11 de Setembro de 2001, em especial até 2013. A análise empírica centra-se numa análise crítica do discurso (recorrendo à abordagem discursivo-histórica da Escola linguística de Viena) de textos com caráter discursivo criados pelos dois Presidentes (George W. Bush e Barack Obama) e utilizando-os como base para uma discussão acerca das formas como as narrativas securitizadoras foram justificadas pelos atores políticos norte-americanos e se o excecionalismo americano continua o paradigma através do qual essas elites veem o mundo e segundo o qual alinham as suas posições nos recorrentes debates públicos sobre as políticas de segurança e de imigração dos EUA. No fim da dissertação, concluir-se-á que a securitização das fronteiras e migrações foi e continua a ser justificada por narrativas excecionalistas, o que favorecerá a sua permanência e crescimento ao longo dos próximos anos. Ainda assim, a continuada existência de proponentes de visões alternativas à dominante e o carácter fluído do conceito de excecionalismo podem eventualmente permitir uma inversão de curso no futuro que favoreça o fortalecimento da liberdade e dos direitos cívicos nos EUA.