Surrogate-based analysis and optimization for the design of heat sinks with jet impingement

Heat sinks are widely used for cooling electronic devices and systems. Their thermal performance is usually determined by the material, shape, and size of the heat sink. With the assistance of computational fluid dynamics (CFD) and surrogate-based optimization, heat sinks can be designed and optimized to achieve a high level of performance. In this paper, the design and optimization of a plate-fin-type heat sink cooled by impingement jet is presented. The flow and thermal fields are simulated using the CFD simulation; the thermal resistance of the heat sink is then estimated. A Kriging surrogate model is developed to approximate the objective function (thermal resistance) as a function of design variables. Surrogate-based optimization is implemented by adaptively adding infill points based on an integrated strategy of the minimum value, the maximum mean square error approach, and the expected improvement approaches. The results show the influence of design variables on the thermal resistance and give the optimal heat sink with lowest thermal resistance for given jet impingement conditions. 

Enhancing design space exploration by extending CPU/GPU specifications onto FPGAs

The design cycle for complex special-purpose computing systems is extremely costly and time-consuming. It involves a multiparametric design space exploration for optimization, followed by design verification. Designers of special purpose VLSI implementations often need to explore parameters, such as optimal bitwidth and data representation, through time-consuming Monte Carlo simulations. A prominent example of this simulation-based exploration process is the design of decoders for error correcting systems, such as the Low-Density Parity-Check (LDPC) codes adopted by modern communication standards, which involves thousands of Monte Carlo runs for each design point. Currently, high-performance computing offers a wide set of acceleration options that range from multicore CPUs to Graphics Processing Units (GPUs) and Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). The exploitation of diverse target architectures is typically associated with developing multiple code versions, often using distinct programming paradigms. In this context, we evaluate the concept of retargeting a single OpenCL program to multiple platforms, thereby significantly reducing design time. A single OpenCL-based parallel kernel is used without modifications or code tuning on multicore CPUs, GPUs, and FPGAs. We use SOpenCL (Silicon to OpenCL), a tool that automatically converts OpenCL kernels to RTL in order to introduce FPGAs as a potential platform to efficiently execute simulations coded in OpenCL. We use LDPC decoding simulations as a case study. Experimental results were obtained by testing a variety of regular and irregular LDPC codes that range from short/medium (e.g., 8,000 bit) to long length (e.g., 64,800 bit) DVB-S2 codes. We observe that, depending on the design parameters to be simulated, on the dimension and phase of the design, the GPU or FPGA may suit different purposes more conveniently, thus providing different acceleration factors over conventional multicore CPUs.

The design and psychometric assessment of a TPB-based questionnaire suitable for use with primary school children

Despite the popularity of the Theory of Planned Behaviour (TPB) a lack of research assessing the efficacy of the model in understanding the health behaviour of children exists, with those studies that have been conducted reporting problems with questionnaire formulation and low to moderate internal consistencies for TPB constructs. The aim of this study was to develop and test a TPB-based measure suitable for use with primary school children aged 9 to 10 years. A mixed method sequential design was employed. In Stage 1, 7 semi-structured focus group discussions (N=56) were conducted to elicit the underlying beliefs specific to tooth brushing. Using content thematic analysis the beliefs were identified and a TPB measure was developed. A repeated measures design was employed in Stage 2 using test re-test reliability analysis in order to assess its psychometric properties. In all, 184 children completed the questionnaire. Test-retest reliabilities support the validity and reliability of the TPB measure for assessing the tooth brushing beliefs of children. Pearson’s product moment correlations were calculated for all of the TPB beliefs, achieving substantial to almost perfect agreement levels. Specifically, a significant relationship between all 10 of the direct and indirect TPB constructs at the 0.01 level was achieved. This paper will discuss the design and development of the measure so could serve as a guide to fellow researchers and health psychologists interested in using theoretical models to investigate the health and well-being of children.

Design and Demonstration of an Electronically Scanned Reflectarray Antenna at 100 GHz using Multiresonant Cells Based on Liquid Crystals

The design, fabrication, and measured results are presented for a reconfigurable reflectarray antenna based on liquid crystals (LCs)which operates above 100 GHz. The antenna has been designed to provide beam scanning capabilities over a wide angular range, a large bandwidth,and reduced side-lobe level (SLL). Measured radiation patterns are in good agreement with simulations, and show that the antenna generates an electronically steerable beam in one plane over an angular range of 55◦ in the frequency band from 96 to 104 GHz. The SLL is lower than −13 dB for all the scan angles and −18 dB is obtained over 16% of the scan range. The measured performance is significantly better than previously published results for this class of electronically tunable antenna, and moreover, veri-fies the accuracy of the proposed procedure for LC modeling and antenna design.

Establishing a population-based patient-reported outcomes study (PROMs) using national cancer registries across two jurisdictions: The Prostate Cancer Treatment, your experience (PiCTure) study

Objective: To establish an international patient-reported outcomes (PROMs) study among prostate cancer survivors, up to 18 years postdiagnosis, in two countries with different healthcare systems and ethical frameworks. Design: A cross-sectional, postal survey of prostate cancer survivors sampled and recruited via two population-based cancer registries. Healthcare professionals (HCPs) evaluated patients for eligibility to participate. Questionnaires contained validated instruments to assess health-related quality of life and psychological well-being, including QLQ-C30, QLQPR-25, EQ-5D-5L, 21-question Depression, Anxiety and Stress Scale (DASS-21) and the Decisional Regret Scale. Setting: Republic of Ireland (RoI) and Northern Ireland (NI). Primary outcome measures: Registration completeness, predictors of eligibility and response, data missingness, unweighted and weighted PROMs. Results: Prostate cancer registration was 80% (95% CI 75% to 84%) and 91% (95% CI 89% to 93%) complete 2 years postdiagnosis in NI and RoI, respectively. Of 12 322 survivors sampled from registries, 53% (n=6559) were classified as eligible following HCP screening. In the multivariate analysis, significant predictors of eligibility were: being ≤59 years of age at diagnosis (p<0.001), short-term survivor (<5 years postdiagnosis; p<0.001) and from RoI (p<0.001). 3348 completed the questionnaire, yielding a 54% adjusted response rate. 13% of men or their families called the study freephone with queries for assistance with questionnaire completion or to talk about their experience. Significant predictors of response in multivariate analysis were: being ≤59 years at diagnosis (p<0.001) and from RoI (p=0.016). Mean number of missing questions in validated instruments ranged from 0.12 (SD 0.71; EQ-5D-5L) to 3.72 (SD 6.30; QLQ-PR25). Weighted and unweighted mean EQ-5D-5L, QLQ-C30 and QLQ-PR25 scores were similar, as were the weighted and unweighted prevalences of depression, anxiety and distress. Conclusions: It was feasible to perform PROMs studies across jurisdictions, using cancer registries as sampling frames; we amassed one of the largest, international, population-based data set of prostate cancer survivors. We highlight improvements which could inform future PROMs studies, including utilising general practitioners to assess eligibility and providing a freephone service.

Multiloop robust H∞ control design based on the dynamic PLS approach to chemical processes

In this paper, a multiloop robust control strategy is proposed based on H∞ control and a partial least squares (PLS) model (H∞_PLS) for multivariable chemical processes. It is developed especially for multivariable systems in ill-conditioned plants and non-square systems. The advantage of PLS is to extract the strongest relationship between the input and the output variables in the reduced space of the latent variable model rather than in the original space of the highly dimensional variables. Without conventional decouplers, the dynamic PLS framework automatically decomposes the MIMO process into multiple single-loop systems in the PLS subspace so that the controller design can be simplified. Since plant/model mismatch is almost inevitable in practical applications, to enhance the robustness of this control system, the controllers based on the H∞ mixed sensitivity problem are designed in the PLS latent subspace. The feasibility and the effectiveness of the proposed approach are illustrated by the simulation results of a distillation column and a mixing tank process. Comparisons between H∞_PLS control and conventional individual control (either H∞ control or PLS control only) are also made

Design, analysis and performance of a polymer-carbon nanotubes based economic solar collector

A low cost flat plate solar collector was developed by using polymeric components as opposed to metal and glass components of traditional flat plate solar collectors. In order to improve the thermal and optical properties of the polymer absorber of the solar collector, Carbon Nanotubes (CNT) were added as a filler. The solar collector was designed as a multi-layer construction with an emphasis on low manufacturing costs. Through the mathematical heat transfer analysis, the thermal performance of the collector and the characteristics of the design parameters were analyzed. Furthermore, the prototypes of the proposed collector were built and tested at a state-of-the-art solar simulator facility to evaluate its actual performance. The inclusion of CNT improved significantly the properties of the polymer absorber. The key design parameters and their effects on the thermal performance were identified via the heat transfer analysis. Based on the experimental and analytical results, the cost-effective polymer-CNT solar collector, which achieved a high thermal efficiency similar to that of a conventional glazed flat plate solar panel, was successfully developed.

Building information modeling based building design optimization for sustainability

Environmental problems, especially climate change, have become a serious global issue waiting for people to solve. In the construction industry, the concept of sustainable building is developing to reduce greenhouse gas emissions. In this study, a building information modeling (BIM) based building design optimization method is proposed to facilitate designers to optimize their designs and improve buildings’ sustainability. A revised particle swarm optimization (PSO) algorithm is applied to search for the trade-off between life cycle costs (LCC) and life cycle carbon emissions (LCCE) of building designs. In order tovalidate the effectiveness and efficiency of this method, a case study of an office building is conducted in Hong Kong. The result of the case study shows that this method can enlarge the searching space for optimal design solutions and shorten the processing time for optimal design results, which is really helpful for designers to deliver an economic and environmental friendly design scheme.

Design Method for Circularly Polarized Frequency Selective Surfaces

This paper proposes a design method for the realisation of circularly polarised frequency selective surfaces (CP FSS). An equivalent circuit model for a capacitive asymmetric loop FSS is proposed. For this model a set of nonlinear design equation for CP operation is obtained. Based on space mapping of the model and full-wave simulation, a fast converging design method for CP FSS synthesis is demonstrated for the first time. 

Uma história do design do cartaz português do século XVII ao século XX

Constatada que foi uma lacuna na área da história do design gráfico português, a necessidade deste estudo surgiu naturalmente no sentido, se não de a colmatar pelo menos de a diminuir. Consequentemente, realizou-se a investigação desde o séc. XVII ao séc. XX. O trabalho baseou-se primeiramente na pesquisa de material, quer na Biblioteca Nacional de Portugal, quer na colecção de Madeira Luís em arquivo na Universidade de Aveiro. Foram ainda realizadas entrevistas a designers no sentido de obter um conhecimento maior sobre a prática de projecto, nomeadamente do projecto do cartaz. Foi selecionada uma amostra que se considerou representativa e criou-se uma base de dados no sentido de sistematizar os conteúdos que interessavam ser estudados. Essa amostra foi posteriormente objecto de uma selecção por parte de dez especialistas convidados. Paralelamente, analisaram-se os cartazes dessa selecção do ponto de vista do design utilizando como metodologia a aplicação do modelo triangular (autoria, tecnologia, programa) de Francisco Providência. Concluiu-se que a história do design do cartaz português é resultado de um conjunto de interacções que se prendem com os acontecimentos políticos, económicos, culturais que se devem mesclar com a prática projectual realçando a importância e a intervenção da autoria nesse processo. Importou revelar uma visão interna da disciplina narrada pela autoria. Considerando as hipóteses de investigação e a abordagem metodológica utilizada, foi possível obter uma perspectiva centrada no design sobre a história do design do cartaz português.

Do design de interação ao design da experiência tecnologicamente (i)mediata

Partindo da ideia de ʻDesign Globalʼ e tendo como pano de fundo a emergência e consolidação de novos paradigmas de interação baseados numa relação mais direta entre o corpo e os conteúdos digitais, a presente tese aborda a questão da (re)qualificação da experiência humana tecnologicamente mediada do ponto de vista do Design, designadamente do Design de Interação e do Design da Experiência. Neste contexto, a noção de ʻexperiência tecnologicamente (i)mediadaʼ representa uma ação humana que é, simultaneamente, mediada (do ponto de vista técnico) e direta ou imediada (do ponto de vista da percepção) entre o ser e a sua ação no mundo. Dado o objecto de estudo ser a experiência real que os objetos e dispositivos técnicos convocam designadamente na vida quotidiana, o nosso estudo implica toda a dinâmica holística da relação singular – racional, emocional, estética e projetiva – do ser com o seu mundo. Desse modo, defende-se a necessidade de enquadrar a raiz do pensamento e ação em Design numa hermenêutica fenomenológica e ontológica do projeto. Esta tese visa desta forma contribuir para apuramento e consolidação de uma praxis transdisciplinar para os designers e restantes intervenientes do processo do Design, cujo desígnio é a (re)qualificação da experiência que os artefactos e dispositivos técnicos convocam, assim como na apropriação e vínculo que a pessoa estabelece com estes. O resultado deste estudo sintetiza-se nos seguintes objetivos: 1. no desenvolvimento de conceitos operativos que estruturem o pensamento de uma Filosofia da Ação em Design com base numa prática que designamos por “design centrado-no-ser”; 2. na reflexão da experiência tecnológica através do conceito do estado de fluxo de Mihaly Csikszentmihalyi, enquadrando essa tipologia de experiências no contexto de uma vida, ou seja, no projeto de um eu; 3. na problematização da (re)qualificação da experiência técnica numa perspetiva de vida mais alargada que envolve o princípio de simetria entre ação ética e ação estética no pensamento e prática em Design; 4. na definição de um quadro de ações que manifesta a aplicabilidade dos conceitos desenvolvidos no ensino, investigação e prática do Design.

Microstructure design of Titanate-based electroceramics

Electrocerâmicos são uma classe de materiais avançados com propriedades eléctricas valiosas para aplicações. Estas propriedades são geralmente muito dependentes da microestrutura dos materiais. Portanto, o objectivo geral deste trabalho é investigar o desenho da resposta dieléctrica de filmes espessos obtidos por Deposição Electroforética (EPD) e cerâmicos monolíticos, através do controlo da evolução da microestrutura durante a sinterização de electrocerâmicos à base de titanatos. Aplicações sem fios na indústria microelectrónica e de comunicações, em rápido crescimento, tornaram-se um importante mercado para os fabricantes de semicondutores. Devido à constante necessidade de miniaturização, redução de custos e maior funcionalidade e integração, a tecnologia de filmes espessos está a tornar-se uma abordagem de processamento de materiais funcionais cada vez mais importante. Uma técnica adequada neste contexto é EPD. Os filmes espessos resultantes necessitam de um passo subsequente de sinterização que é afectada pelo substrato subjacente, tendo este um forte efeito sobre a evolução da microestrutura. Relacionado com a miniaturização e a discriminação do sinal, materiais dieléctricos usados como componentes operando a frequências das microondas em aplicações na industria microelectrónica de comunicações devem apresentar baixas perdas dieléctricas e elevadas permitividade dieléctrica e estabilidade com a temperatura. Materiais do sistema BaO-Ln2O3- TiO2 (BLnT: Ln = La ou Nd), como BaLa4Ti4O15 (BLT) e Ba4.5Nd9Ti18O54 (BNT), cumprem esses requisitos e são interessantes para aplicações, por exemplo, em estações de base para comunicações móveis ou em ressonadores para telefones móveis, onde a miniaturização dos dispositivos é muito importante. Por sua vez, o titanato de estrôncio (SrTiO3, STO) é um ferroeléctrico incipiente com constante dieléctrica elevada e baixas perdas, que encontra aplicação em, por exemplo, condensadores de camada interna, tirando partido de fronteiras de grão altamente resistivas. A dependência da permitividade dieléctrica do campo eléctrico aplicado torna este material muito interessante para aplicações em dispositivos de microondas sintonizáveis. Materiais à base de STO são também interessantes para aplicações termoeléctricas, que podem contribuir para a redução da actual dependência de combustíveis fósseis por meio da geração de energia a partir de calor desaproveitado. No entanto, as mesmas fronteiras de grão resistivas são um obstáculo relativamente à eficiência do STO para aplicações termoeléctricas. Para além do efeito do substrato durante a sinterização constrangida, outros factores, como a presença de fase líquida, a não-estequiometria ou a temperatura de sinterização, afectam significativamente não apenas a microestrutura dos materiais funcionais, mas também a sua resposta dieléctrica. Se adequadamente compreendidos, estes factores podem ser intencionalmente usados para desenhar a microestrutura dos electrocerâmicos e, desta forma, as suas propriedades dieléctricas. O efeito da não-estequiometria (razão Sr/Ti 0.995-1.02) no crescimento de grão e resposta dieléctrica de cerâmicos de STO foi investigado neste trabalho. A mobilidade das fronteiras de grão aumenta com a diminuição da razão Sr/Ti. A resistividade do interior dos grãos e das fronteiras de grão é sistematicamente diminuída em amostras não-estequiométricas de STO, em comparação com o material estequiométrico. O efeito é muito mais forte para as fronteiras de grão do que para o seu interior. Dependências sistemáticas da não-estequiometria foram também observadas relativamente à dependência da condutividade da temperatura (muito mais afectada no caso da contribuição das fronteiras de grão), à capacitância do interior e fronteiras de grão e à espessura das fronteiras de grão. Uma anomalia no crescimento de grão em cerâmicos de STO ricos em Ti foi também observada e sistematicamente analisada. Foram detectadas três descontinuidades na dependência do tipo Arrhenius do crescimento de grão relativamente à temperatura com diminuições no tamanho de grão a temperaturas em torno de 1500, 1550 e 1605 °C. Além disso, descontinuidades semelhantes foram também observadas na dependência da energia de activação relativamente à condutividade das fronteiras de grão e na espessura das fronteiras de grão, avaliadas por Espectroscopia de Impedância. Estas notáveis coincidências suportam fortemente a formação de diferentes complexos de fronteira de grão com transições entre os regimes de crescimento de grão observados, que podem ser correlacionados com diferentes mobilidades de fronteira de grão e propriedades dieléctricas. Um modelo é sugerido, que se baseia na diminuição da fase líquida localizada nas fronteiras de grão, como o aumento da temperatura de sinterização, um cenário compatível com um fenómeno de solubilidade retrógrada, observado anteriormente em metais e semicondutores, mas não em cerâmicos. A EPD de filmes espessos de STO em substratos de folha de Pt e a sinterização constrangida dos filmes fabricados foram também preliminarmente tratadas. Filmes espessos de STO foram depositados com êxito por EPD sobre substratos de Pt e, depois de sinterizados, atingiram densidades elevadas. Um aumento da densificação e do tamanho de grão assim como o alargamento da distribuição de tamanho do grão foram observados com a diminuição da razão Sr/Ti, tal como anteriormente observado em amostras cerâmicas. Grãos equiaxiados foram observados para todas as composições, mas um certo grau de anisotropia na orientação dos poros foi detectado: os poros revelaram uma orientação vertical preferencial. Este trabalho focou-se também na sinterização constrangida do sistema BLnT (Ln = La ou Nd), nomeadamente de filmes espessos de BLT e BNT sobre substratos de folha de platina, e na relação do desenvolvimento de anisotropia microestrutural com as propriedades dieléctricas. As observações durante a sinterização constrangida foram comparadas com cerâmicos monolíticos equivalentes sinterizados livremente. Filmes espessos de BLnT (Ln = La ou Nd) com elevada densidade foram obtidos por EPD e subsequente sinterização constrangida. A anisometria cristalográfica do material em conjunto com um passo de sinterização constrangida resultou em grãos alongados e microestruturas anisotrópicas. O efeito do stress do substrato durante a sinterização constrangida originou graus mais elevados de anisotropia (grãos e poros alongados e orientação preferencial, bem como textura cristalográfica) nos filmes sinterizados relativamente aos cerâmicos equivalentes sinterizados livremente, não obstante o estado equivalente das amostras em verde. A densificação dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é retardada em comparação com os cerâmicos, mas depois de longos tempos de sinterização densidades semelhantes são obtidas. No entanto, em oposição a observações na sinterização constrangida de outros sistemas, o crescimento do grão em filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é favorecido pelo constrangimento causado pelo substrato. Além disso, grãos e poros alongados orientados paralelamente ao substrato foram desenvolvidos durante a sinterização constrangida de filmes espessos. Verificou-se uma forte correlação entre a evolução de grãos e poros, que começou assim que o crescimento do grão se iniciou. Um efeito da tensão do substrato no aumento do crescimento de grão, bem como um forte “Zener pinning”, origina microestruturas altamente texturizadas, o que também é observado a nível cristalográfico. Efeitos marcantes da anisotropia microestrutural foram também detectados nas propriedades dieléctricas dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd). Juntamente com o aumento da razão de aspecto dos grãos, do factor de orientação e do grau de textura cristalográfica, a permitividade relativa é ligeiramente diminuída e o coeficiente de temperatura da permitividade evolui de negativo para positivo com o aumento do tempo isotérmico de sinterização. Este trabalho mostra que a não-estequiometria pode ser usada para controlar a mobilidade das fronteiras de grão e, portanto, desenhar a microestrutura e as propriedades dieléctricas de electrocerâmicos à base de STO, com ênfase nas propriedades das fronteiras de grão. O papel da não-estequiometria no STO e dos complexos de fronteira de grão no desenvolvimento microestrutural é discutido e novas oportunidades para desenhar as propriedades de materiais funcionais são abertas. As observações relativamente à sinterização constrangida apontam para o efeito de tensões mecânicas desenvolvidas devido ao substrato subjacente no desenvolvimento da microestrutura de materiais funcionais. É assim esperado que a escolha adequada de substrato permitia desenhar a microestrutura de filmes espessos funcionais com desempenho optimizado. “Stress Assisted Grain Growth” (SAGG) é então proposto como uma técnica potencial para desenhar a microestrutura de materiais funcionais, originando microestruturas anisotrópicas texturizadas com propriedades desejadas.

Design de unidades funcionais: plataforma para o desenvolvimento novos produtos universidade-indústria

Este trabalho de investigação teve como principais objetivos, por um lado, procurar as relações existentes entre a Instituição Ensino Superior de Design (IES-D) e as empresas, por outro, configurar um modelo que permitisse criar uma plataforma de inovação para o desenvolvimento de novos produtos na IES-D num contexto globalizado. Nos últimos anos, o setor “ensino superior” na Europa e em várias partes do mundo passou por grandes mudanças, o que acentuou o ambiente competitivo entre as IES, incluindo as de Design. Neste âmbito, procurou-se demonstrar o novo posicionamento estratégico da IES-D perante o mercado, e quais as ações a desenvolver que possibilitam alcançar uma vantagem competitiva sustentável. Primeiro, considerou-se fundamental identificar a importância do design perante o ensino, a situação mundial e a mudança da cultura económica. Depois, assinalaram-se as iniciativas de promoção do design e as políticas de inovação europeias. E por fim, reuniram-se os aspetos que obrigam as IES-D a assumir novos papéis de interação com o mercado. Por análise comparativa internacional procedeu-se à seleção de uma amostra de dezoito (18) IES-D – dez europeias, quatro norte americanas e quatro asiáticas. Instituições de ensino com tipologias diversas e pertencentes a distintos contextos socioeconómicos. A caracterização da amostra através de análise estrutural permitiu identificar aspetos comuns às IES-D – ações estratégicas que servem para promover a inovação. Para explicitar a interação do sistema formado por esses elementos comuns, configurou-se um modelo concetual – Hexágono da Inovação (HI). O modelo, enquanto instrumento de análise, permite criar um padrão da inovação da IES-D e posicioná-la perante o setor - ensino superior de design. Foi também realizado um ensaio da aplicabilidade do modelo concetual HI na ESAD.cr/IPL. Através da implementação da plataforma de inovação - ESAD Design Studio - Centro de Estudos e Investigação em Design (EDS/CEID), foram ensaiadas as ações necessárias para promover o design estratégico e o design de inovação.

Design e avaliação de pictogramas farmacêuticos

A informação inerente aos medicamentos no processo de medicação e prescrição tem revelado insuficiências relativamente às necessidades do utilizador. Este projecto aborda essas dificuldades e procura contribuir, através do design e avaliação de pictogramas farmacêuticos, para um melhor acesso das pessoas à informação, oral e escrita, prestada por médicos, farmacêuticos e pela literatura inclusa dos medicamentos. Verificámos que, nos últimos 40 anos, se desenvolveram quase mil representações gráficas, provenientes de 20 países, sobre mensagens relativas a perigos, precauções e informações de como tomar o medicamento. Com base nesse conjunto mundial colectado, tão alargado e diversificado, procedeu-se à analise, agrupamento e comparação dessas representações com vista a apurar a diversidade gráfica e escrita das 75 mensagens farmacêuticas identificadas nesta investigação. Foi seguidamente consultada uma centena de profissionais de saúde dentro da área farmacêutica para selecção e definição da informação a ser projectada em pictogramas. Algumas das mensagens seleccionadas foram, por ordem de importância: “Não aplicar nos olhos”, “Não beber álcool enquanto estiver a tomar o medicamento” e “Guardar no frigorífico”. Foi concebido um sistema PictoPharma, bilingue (Português e Inglês), composto por 32 pictogramas farmacêuticos, com várias possibilidades cromáticas de acordo com as diversas aplicações para suportes de impressão e ecrã (Registo de Propriedade Industrial – marca e design). Embora o sistema projectado possa aumentar a capacidade de recordar as informações importantes pelas pessoas em geral, os públicos-alvo que mais beneficiarão com o sistema são: pessoas que apresentam especiais dificuldades de leitura - analfabetos, pessoas com nenhum conhecimento ou um conhecimento limitado da língua; pessoas com dificuldades para relembrar e / ou compreender o tratamento - população envelhecida, sob múltiplos tratamentos ou com menores capacidades intelectuais; pessoas que não falam a língua local ou são de uma cultura diferente - estrangeiros, turistas, imigrantes. Foram feitos testes de usabilidade com os públicos-alvo específicos, de forma a verificar a percentagem de compreensão dos pictogramas, sem a respectiva legenda e de acordo com as normas internacionais de normalização. Os resultados dos testes indicaram que metade do sistema atingiu os 100% de compreensão e a outra metade atingiu mais de 88%. O sistema PictoPharma criado caracteriza-se: pelo design gráfico no seu contraste visual e na possibilidade de leitura numa escala reduzida; pelo conceito de familiaridade gráfica representada no seu conjunto, de forma a tornar os pictogramas mais facilmente memorizáveis; pelo estudo feito para minimizar especificidades culturais visuais; pelas diversas aplicações possíveis na indústria; pelas direcções que aponta para futuras investigações sobre as escolhas visuais culturais inerentes a um projecto de design com este.

Control design for multicast-aware class-based networks

The expectations of citizens from the Information Technologies (ITs) are increasing as the ITs have become integral part of our society, serving all kinds of activities whether professional, leisure, safety-critical applications or business. Hence, the limitations of the traditional network designs to provide innovative and enhanced services and applications motivated a consensus to integrate all services over packet switching infrastructures, using the Internet Protocol, so as to leverage flexible control and economical benefits in the Next Generation Networks (NGNs). However, the Internet is not capable of treating services differently while each service has its own requirements (e.g., Quality of Service - QoS). Therefore, the need for more evolved forms of communications has driven to radical changes of architectural and layering designs which demand appropriate solutions for service admission and network resources control. This Thesis addresses QoS and network control issues, aiming to improve overall control performance in current and future networks which classify services into classes. The Thesis is divided into three parts. In the first part, we propose two resource over-reservation algorithms, a Class-based bandwidth Over-Reservation (COR) and an Enhanced COR (ECOR). The over-reservation means reserving more bandwidth than a Class of Service (CoS) needs, so the QoS reservation signalling rate is reduced. COR and ECOR allow for dynamically defining over-reservation parameters for CoSs based on network interfaces resource conditions; they aim to reduce QoS signalling and related overhead without incurring CoS starvation or waste of bandwidth. ECOR differs from COR by allowing for optimizing control overhead minimization. Further, we propose a centralized control mechanism called Advanced Centralization Architecture (ACA), that uses a single state-full Control Decision Point (CDP) which maintains a good view of its underlying network topology and the related links resource statistics on real-time basis to control the overall network. It is very important to mention that, in this Thesis, we use multicast trees as the basis for session transport, not only for group communication purposes, but mainly to pin packets of a session mapped to a tree to follow the desired tree. Our simulation results prove a drastic reduction of QoS control signalling and the related overhead without QoS violation or waste of resources. Besides, we provide a generic-purpose analytical model to assess the impact of various parameters (e.g., link capacity, session dynamics, etc.) that generally challenge resource overprovisioning control. In the second part of this Thesis, we propose a decentralization control mechanism called Advanced Class-based resource OverpRovisioning (ACOR), that aims to achieve better scalability than the ACA approach. ACOR enables multiple CDPs, distributed at network edge, to cooperate and exchange appropriate control data (e.g., trees and bandwidth usage information) such that each CDP is able to maintain a good knowledge of the network topology and the related links resource statistics on real-time basis. From scalability perspective, ACOR cooperation is selective, meaning that control information is exchanged dynamically among only the CDPs which are concerned (correlated). Moreover, the synchronization is carried out through our proposed concept of Virtual Over-Provisioned Resource (VOPR), which is a share of over-reservations of each interface to each tree that uses the interface. Thus, each CDP can process several session requests over a tree without requiring synchronization between the correlated CDPs as long as the VOPR of the tree is not exhausted. Analytical and simulation results demonstrate that aggregate over-reservation control in decentralized scenarios keep low signalling without QoS violations or waste of resources. We also introduced a control signalling protocol called ACOR Protocol (ACOR-P) to support the centralization and decentralization designs in this Thesis. Further, we propose an Extended ACOR (E-ACOR) which aggregates the VOPR of all trees that originate at the same CDP, and more session requests can be processed without synchronization when compared with ACOR. In addition, E-ACOR introduces a mechanism to efficiently track network congestion information to prevent unnecessary synchronization during congestion time when VOPRs would exhaust upon every session request. The performance evaluation through analytical and simulation results proves the superiority of E-ACOR in minimizing overall control signalling overhead while keeping all advantages of ACOR, that is, without incurring QoS violations or waste of resources. The last part of this Thesis includes the Survivable ACOR (SACOR) proposal to support stable operations of the QoS and network control mechanisms in case of failures and recoveries (e.g., of links and nodes). The performance results show flexible survivability characterized by fast convergence time and differentiation of traffic re-routing under efficient resource utilization i.e. without wasting bandwidth. In summary, the QoS and architectural control mechanisms proposed in this Thesis provide efficient and scalable support for network control key sub-systems (e.g., QoS and resource control, traffic engineering, multicasting, etc.), and thus allow for optimizing network overall control performance.