Toward a Run-Time Verification Framework for Real-Time Safety-Critical Systems

Presented at SEMINAR "ACTION TEMPS RÉEL:INFRASTRUCTURES ET SERVICES SYSTÉMES". 10, Apr, 2015. Brussels, Belgium.

Quality-of-service aware routing for static and mobile IPv6-based low-power and lossy sensor networks using RPL

The Internet of Things (IoT) has emerged as a paradigm over the last few years as a result of the tight integration of the computing and the physical world. The requirement of remote sensing makes low-power wireless sensor networks one of the key enabling technologies of IoT. These networks encompass several challenges, especially in communication and networking, due to their inherent constraints of low-power features, deployment in harsh and lossy environments, and limited computing and storage resources. The IPv6 Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks (RPL) [1] was proposed by the IETF ROLL (Routing Over Low-power Lossy links) working group and is currently adopted as an IETF standard in the RFC 6550 since March 2012. Although RPL greatly satisfied the requirements of low-power and lossy sensor networks, several issues remain open for improvement and specification, in particular with respect to Quality of Service (QoS) guarantees and support for mobility. In this paper, we focus mainly on the RPL routing protocol. We propose some enhancements to the standard specification in order to provide QoS guarantees for static as well as mobile LLNs. For this purpose, we propose OF-FL (Objective Function based on Fuzzy Logic), a new objective function that overcomes the limitations of the standardized objective functions that were designed for RPL by considering important link and node metrics, namely end-to-end delay, number of hops, ETX (Expected transmission count) and LQL (Link Quality Level). In addition, we present the design of Co-RPL, an extension to RPL based on the corona mechanism that supports mobility in order to overcome the problem of slow reactivity to frequent topology changes and thus providing a better quality of service mainly in dynamic networks application. Performance evaluation results show that both OF-FL and Co-RPL allow a great improvement when compared to the standard specification, mainly in terms of packet loss ratio and average network latency. 2015 Elsevier B.V. Al

Homograph ambiguity resolution in front-end design for portuguese TTS systems

In this paper, a module for homograph disambiguation in Portuguese Text-to-Speech (TTS) is proposed. This module works with a part-of-speech (POS) parser, used to disambiguate homographs that belong to different parts-of-speech, and a semantic analyzer, used to disambiguate homographs which belong to the same part-of-speech. The proposed algorithms are meant to solve a significant part of homograph ambiguity in European Portuguese (EP) (106 homograph pairs so far). This system is ready to be integrated in a Letter-to-Sound (LTS) converter. The algorithms were trained and tested with different corpora. The obtained experimental results gave rise to 97.8% of accuracy rate. This methodology is also valid for Brazilian Portuguese (BP), since 95 homographs pairs are exactly the same as in EP. A comparison with a probabilistic approach was also done and results were discussed.

Automatic syllabification for danish text-to-speech systems

In this paper, a rule-based automatic syllabifier for Danish is described using the Maximal Onset Principle. Prior success rates of rule-based methods applied to Portuguese and Catalan syllabification modules were on the basis of this work. The system was implemented and tested using a very small set of rules. The results gave rise to 96.9% and 98.7% of word accuracy rate, contrary to our initial expectations, being Danish a language with a complex syllabic structure and thus difficult to be rule-driven. Comparison with data-driven syllabification system using artificial neural networks showed a higher accuracy rate of the former system.

Scalable Intelligence for Scheduling Systems

A personalização é um aspeto chave de uma interação homem-computador efetiva. Numa era em que existe uma abundância de informação e tantas pessoas a interagir com ela, de muitas maneiras, a capacidade de se ajustar aos seus utilizadores é crucial para qualquer sistema moderno. A criação de sistemas adaptáveis é um domínio bastante complexo que necessita de métodos muito específicos para ter sucesso. No entanto, nos dias de hoje ainda não existe um modelo ou arquitetura padrão para usar nos sistemas adaptativos modernos. A principal motivação desta tese é a proposta de uma arquitetura para modelação do utilizador que seja capaz de incorporar diferentes módulos necessários para criar um sistema com inteligência escalável com técnicas de modelação. Os módulos cooperam de forma a analisar os utilizadores e caracterizar o seu comportamento, usando essa informação para fornecer uma experiência de sistema customizada que irá aumentar não só a usabilidade do sistema mas também a produtividade e conhecimento do utilizador. A arquitetura proposta é constituída por três componentes: uma unidade de informação do utilizador, uma estrutura matemática capaz de classificar os utilizadores e a técnica a usar quando se adapta o conteúdo. A unidade de informação do utilizador é responsável por conhecer os vários tipos de indivíduos que podem usar o sistema, por capturar cada detalhe de interações relevantes entre si e os seus utilizadores e também contém a base de dados que guarda essa informação. A estrutura matemática é o classificador de utilizadores, e tem como tarefa a sua análise e classificação num de três perfis: iniciado, intermédio ou avançado. Tanto as redes de Bayes como as neuronais são utilizadas, e uma explicação de como as preparar e treinar para lidar com a informação do utilizador é apresentada. Com o perfil do utilizador definido torna-se necessária uma técnica para adaptar o conteúdo do sistema. Nesta proposta, uma abordagem de iniciativa mista é apresentada tendo como base a liberdade de tanto o utilizador como o sistema controlarem a comunicação entre si. A arquitetura proposta foi desenvolvida como parte integrante do projeto ADSyS - um sistema de escalonamento dinâmico - utilizado para resolver problemas de escalonamento sujeitos a eventos dinâmicos. Possui uma complexidade elevada mesmo para utilizadores frequentes, daí a necessidade de adaptar o seu conteúdo de forma a aumentar a sua usabilidade. Com o objetivo de avaliar as contribuições deste trabalho, um estudo computacional acerca do reconhecimento dos utilizadores foi desenvolvido, tendo por base duas sessões de avaliação de usabilidade com grupos de utilizadores distintos. Foi possível concluir acerca dos benefícios na utilização de técnicas de modelação do utilizador com a arquitetura proposta.

Middleware for Large-scale Distributed Systems

Nos últimos anos o aumento exponencial da utilização de dispositivos móveis e serviços disponibilizados na “Cloud” levou a que a forma como os sistemas são desenhados e implementados mudasse, numa perspectiva de tentar alcançar requisitos que até então não eram essenciais. Analisando esta evolução, com o enorme aumento dos dispositivos móveis, como os “smartphones” e “tablets” fez com que o desenho e implementação de sistemas distribuidos fossem ainda mais importantes nesta área, na tentativa de promover sistemas e aplicações que fossem mais flexíveis, robutos, escaláveis e acima de tudo interoperáveis. A menor capacidade de processamento ou armazenamento destes dispositivos tornou essencial o aparecimento e crescimento de tecnologias que prometem solucionar muitos dos problemas identificados. O aparecimento do conceito de Middleware visa solucionar estas lacunas nos sistemas distribuidos mais evoluídos, promovendo uma solução a nível de organização e desenho da arquitetura dos sistemas, ao memo tempo que fornece comunicações extremamente rápidas, seguras e de confiança. Uma arquitetura baseada em Middleware visa dotar os sistemas de um canal de comunicação que fornece uma forte interoperabilidade, escalabilidade, e segurança na troca de mensagens, entre outras vantagens. Nesta tese vários tipos e exemplos de sistemas distribuídos e são descritos e analisados, assim como uma descrição em detalhe de três protocolos (XMPP, AMQP e DDS) de comunicação, sendo dois deles (XMPP e AMQP) utilzados em projecto reais que serão descritos ao longo desta tese. O principal objetivo da escrita desta tese é demonstrar o estudo e o levantamento do estado da arte relativamente ao conceito de Middleware aplicado a sistemas distribuídos de larga escala, provando que a utilização de um Middleware pode facilitar e agilizar o desenho e desenvolvimento de um sistema distribuído e traz enormes vantagens num futuro próximo.

Solução Industrial para Controlo de OEE

É cada vez mais forte e natural o desenvolvimento de aplicações móveis. Hoje em dia qualquer pessoa seja de forma amadora ou profissional tenta tirar o máximo partido do seu dispositivo móvel, através de aplicações desenvolvidas para as mais diversas áreas. Um dos sistemas operativos que mais programadores apostam é no Android devido à sua versatilidade e ás suas capacidades enquanto sistema operativo dentro de um smartphone. Para além dessas mais-valias, desenvolver uma aplicação para Android não tem qualquer custo, apenas terá, caso seja uma aplicação para adicionar a Google Play Store, caso contrário pode desenvolver-se qualquer tipo de aplicação sem custos, o que não acontece com outros sistemas operativos. Tendo em conta os custos, é normal as pequenas e médias empresas tentarem investir neste tipo de desenvolvimento, pois evitam gastos em licenciamentos para produzir os seus produtos. Seguindo este contexto, esta dissertação insere-se nesse perfil, isto é, tentar encontrar uma solução com baixos custos e que produza os resultados pretendidos. Através das mais diversas API’s é possível adaptar o sistema operativo Android a qualquer área apenas basta enquadrar da melhor maneira ideias e dar asas à imaginação. Desta forma, esta dissertação irá centrar-se na área industrial, na qual o Android pode e deve ser bastante útil, se for usado com rigor. Irá ser abordado o desenvolvimento de aplicações móveis e serão analisadas as tecnologias envolventes no projeto assim como algumas das principais soluções já implementadas e desenvolvidas por empresas no setor e para o sector industrial. O projeto aborda também de que forma é possível aliar o sistema operativo Android á área industrial de forma a permitir um melhor desempenho por parte de todos em prol da empresa á qual está associado. A necessidade de criação desta aplicação, surgiu numa perspectiva de melhoria contínua, com o objectivo de abandonar o procedimento instituído, que era realizado manualmente, passando a fazê-lo de uma forma automática e mais interativa. O processo será realizado pelos colaboradores e terá sempre o seu contributo, mas de uma forma mais rigorosa, simples e eficiente, aumentando a qualidade do serviço.

Sustainability of systems interoperability in dynamic business networks

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Assessing self-organization and emergence in Evolvable Assembly Systems (EAS)

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Petri net based development of globally-asynchronous locally-synchronous distributed embedded systems

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Combining WLAN fingerprint-based localization with sensor data for indoor navigation using mobile devices

This project proposes an approach for supporting Indoor Navigation Systems using Pedestrian Dead Reckoning-based methods and by analyzing motion sensor data available in most modern smartphones. Processes suggested in this investigation are able to calculate the distance traveled by a user while he or she is walking. WLAN fingerprint- based navigation systems benefit from the processes followed in this research and results achieved to reduce its workload and improve its positioning estimations.

High ffficiency transmission techniques for broadband wireless systems

Future broadband wireless systems are expected to cope with severely time dispersive channels, due to multi-path signal propagation between the transmitter and the receiver while having high power and spectral efficiency. Thus, advanced Frequency Domain Equalization techniques are required. The implementation complexity in mobile terminals should be as low as possible to achieve highest possible efficiency. Therefore, most of the signal processing requirements will be shifted to the base station and we will employ signals compatible with an efficient, grossly nonlinear power amplification. For this reason, we will consider offset modulation signals with quasi-constant envelope and develop receivers that will obtain good BER performance. However, these signals require a bandwidth significantly above the Nyquist rate, which can be reduced by an overlap of different frequency channels.

Integration of a mobile autonomous robot in a surveillance multi-agent system

This dissertation aims to guarantee the integration of a mobile autonomous robot equipped with many sensors in a multi-agent distributed and georeferenced surveillance system. The integration of a mobile autonomous robot in this system leads to new features that will be available to clients of surveillance system may use. These features may be of two types: using the robot as an agent that will act in the environment or by using the robot as a mobile set of sensors. As an agent in the system, the robot can move to certain locations when alerts are received, in order to acknowledge the underlying events or take to action in order to assist in resolving this event. As a sensor platform in the system, it is possible to access information that is read from the sensors of the robot and access complementary measurements to the ones taken by other sensors in the multi-agent system. To integrate this mobile robot in an effective way it is necessary to extend the current multi-agent system architecture to make the connection between the two systems and to integrate the functionalities provided by the robot into the multi-agent system.

Using an LED as a sensor and visible light communication device in a smart illumination system

The need for more efficient illumination systems has led to the proliferation of Solid-State Lighting (SSL) systems, which offer optimized power consumption. SSL systems are comprised of LED devices which are intrinsically fast devices and permit very fast light modulation. This, along with the congestion of the radio frequency spectrum has paved the path for the emergence of Visible Light Communication (VLC) systems. VLC uses free space to convey information by using light modulation. Notwithstanding, as VLC systems proliferate and cost competitiveness ensues, there are two important aspects to be considered. State-of-the-art VLC implementations use power demanding PAs, and thus it is important to investigate if regular, existent Switched-Mode Power Supply (SMPS) circuits can be adapted for VLC use. A 28 W buck regulator was implemented using a off-the-shelf LED Driver integrated circuit, using both series and parallel dimming techniques. Results show that optical clock frequencies up to 500 kHz are achievable without any major modification besides adequate component sizing. The use of an LED as a sensor was investigated, in a short-range, low-data-rate perspective. Results show successful communication in an LED-to-LED configuration, with enhanced range when using LED strings as sensors. Besides, LEDs present spectral selective sensitivity, which makes them good contenders for a multi-colour LED-to-LED system, such as in the use of RGB displays and lamps. Ultimately, the present work shows evidence that LEDs can be used as a dual-purpose device, enabling not only illumination, but also bi-directional data communication.

Blocking tumor exosome release using nanovectorization systems

Exosomes are small membrane vesicles secreted by most cell types, either normal or malignant and are found in most body fluids such as saliva, plasma and breast milk. In the past decade, the interest in these vesicles has been growing more and more since it was found that besides their beneficial functions such as the removal of cellular debris and unnecessary proteins during cell maturation process, they can also interact with other cells and transfer information between them, thus helping diseases like cancer to progress. The present work intended to use gold nanoparticles as vehicles for gene silencing in an attempt to reduce the tumor-derived exosome secretion, regulated by Rab27a protein, and also aimed to compare the exosome secretion between two breast cell lines, MCF7 and MDA. Changes in RAB27A gene expression were measured by Real-time Quantitative PCR and it was revealed a decreased in RAB27A gene expression, as expected. Exosomes were isolated and purified by two different methods, ultracentrifugation and the commercial kit ExoQuick™ Solution, and further characterized using Western Blot analysis. ExoQuick™ Solution was proven to be the most efficient method for exosome isolation and it was revealed that MDA cells secrete more exosomes. Furthermore, the isolated MCF7-derived exosomes were placed together with a normal bronchial/tracheal epithelial cell line (BTEC) for an additional assay, which aimed to observe the uptake of exosomes by other cells and the exosomes’ capability of promoting cell-cell communication. This observation was made based on alterations in the expression levels of c-Myc and miR-21 genes and the fact that they both have an increased expression in BTEC cells incubated with tumor-derived exosomes when compared to control cells (without incubation with the exosomes) lead us to the conclusion that the exosome uptake and exchange of information between the exosomes and the normal cells did occurred.