Secure D2D Communication in Large-Scale Cognitive Cellular Networks: A Wireless Power Transfer Model

In this paper, we investigate secure device-to-device (D2D) communication in energy harvesting large-scale cognitive cellular networks. The energy constrained D2D transmitter harvests energy from multiantenna equipped power beacons (PBs), and communicates with the corresponding receiver using the spectrum of the primary base stations (BSs). We introduce a power transfer model and an information signal model to enable wireless energy harvesting and secure information transmission. In the power transfer model, three wireless power transfer (WPT) policies are proposed: 1) co-operative power beacons (CPB) power transfer, 2) best power beacon (BPB) power transfer, and 3) nearest power beacon (NPB) power transfer. To characterize the power transfer reliability of the proposed three policies, we derive new expressions for the exact power outage probability. Moreover, the analysis of the power outage probability is extended to the case when PBs are equipped with large antenna arrays. In the information signal model, we present a new comparative framework with two receiver selection schemes: 1) best receiver selection (BRS), where the receiver with the strongest channel is selected; and 2) nearest receiver selection (NRS), where the nearest receiver is selected. To assess the secrecy performance, we derive new analytical expressions for the secrecy outage probability and the secrecy throughput considering the two receiver selection schemes using the proposed WPT policies. We presented Monte carlo simulation results to corroborate our analysis and show: 1) secrecy performance improves with increasing densities of PBs and D2D receivers due to larger multiuser diversity gain; 2) CPB achieves better secrecy performance than BPB and NPB but consumes more power; and 3) BRS achieves better secrecy performance than NRS but demands more instantaneous feedback and overhead. A pivotal conclusion- is reached that with increasing number of antennas at PBs, NPB offers a comparable secrecy performance to that of BPB but with a lower complexity.

Agility and search and rescue training differently affects pet dogs' behaviour in socio-cognitive tasks

Both genetic factors and life experiences appear to be important in shaping dogs' responses in a test situation. One potentially highly relevant life experience may be the dog's training history, however few studies have investigated this aspect so far. This paper briefly reviews studies focusing on the effects of training on dogs' performance in cognitive tasks, and presents new, preliminary evidence on trained and untrained pet dogs' performance in an 'unsolvable task'. Thirty-nine adult dogs: 13 trained for search and rescue activities (S&R group), 13 for agility competition (Agility group) and 13 untrained pets (Pet group) were tested. Three 'solvable' trials in which dogs could obtain the food by manipulating a plastic container were followed by an 'unsolvable' trial in which obtaining the food became impossible. The dogs' behaviours towards the apparatus and the people present (owner and researcher) were analysed. Both in the first 'solvable' and in the 'unsolvable' trial the groups were comparable on actions towards the apparatus, however differences emerged in their human-directed gazing behaviour. In fact, results in the 'solvable' trial, showed fewer S&R dogs looking back at a person compared to agility dogs, and the latter alternating their gaze between person and apparatus more frequently than pet dogs. In the unsolvable trial no difference between groups emerged in the latency to look at the person however agility dogs looked longer at the owner than both pet and S&R dogs; whereas S&R dogs exhibited significantly more barking (always occurring concurrently to looking at the person or the apparatus) than both other groups. Furthermore, S&R dogs alternated their gaze between person and apparatus more than untrained pet dogs, with agility dogs falling in between these two groups. Thus overall, it seems that the dogs' human-directed communicative behaviours are significantly influenced by their individual training experiences. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

MRZ-99030 – a novel modulator of Aβ aggregation: II – reversal of Aβ oligomer-induced deficits in long-term potentiation (LTP) and cognitive performance in rats and mice.

β-amyloid1-42 (Aβ1-42) is a major endogenous pathogen underlying the aetiology of Alzheimer's disease (AD). Recent evidence indicates that soluble Aβ oligomers, rather than plaques, are the major cause of synaptic dysfunction and neurodegeneration. Small molecules that suppress Aβ aggregation, reduce oligomer stability or promote off-pathway non-toxic oligomerization represent a promising alternative strategy for neuroprotection in AD. MRZ-99030 was recently identified as a dipeptide that modulates Aβ1-42 aggregation by triggering a non-amyloidogenic aggregation pathway, thereby reducing the amount of intermediate toxic soluble oligomeric Aβ species. The present study evaluated the relevance of these promising results with MRZ-99030 under pathophysiological conditions i.e. against the synaptotoxic effects of Aβ oligomers on hippocampal long term potentiation (LTP) and two different memory tasks. Aβ1-42 interferes with the glutamatergic system and with neuronal Ca2+ signalling and abolishes the induction of LTP. Here we demonstrate that MRZ-99030 (100–500 nM) at a 10:1 stoichiometric excess to Aβ clearly reversed the synaptotoxic effects of Aβ1-42 oligomers on CA1-LTP in murine hippocampal slices. Co-application of MRZ-99030 also prevented the two-fold increase in resting Ca2+ levels in pyramidal neuron dendrites and spines triggered by Aβ1-42 oligomers. In anaesthetized rats, pre-administration of MRZ-99030 (50 mg/kg s.c.) protected against deficits in hippocampal LTP following i.c.v. injection of oligomeric Aβ1-42. Furthermore, similar treatment significantly ameliorated cognitive deficits in an object recognition task and under an alternating lever cyclic ratio schedule after the i.c.v. application of Aβ1-42 and 7PA2 conditioned medium, respectively. Altogether, these results demonstrate the potential therapeutic benefit of MRZ-99030 in AD.

Public perceptions of personalised nutrition through the lens of Social Cognitive Theory

Social Cognitive Theory has been used to explain findings derived from focus group discussions (N = 4) held in the United Kingdom with the aim of informing best practice in personalised nutrition. Positive expectancies included weight loss and negative expectancies surrounded on-line security. Monitoring and feedback were crucial to goal setting and progress. Coaching by the service provider, family and friends was deemed important for self-efficacy. Paying for personalised nutrition symbolised commitment to behaviour change. The social context of eating, however, was perceived a problem and should be considered when designing personalised diets. Social Cognitive Theory could provide an effective framework through which to deliver personalised nutrition.

Fractionated Radiation Exposure of Rat Spinal Cords Leads to Latent Neuro- Inflammation in Brain, Cognitive Deficits,and Alterations in Apurinic Endonuclease 1

Ionizing radiation causes degeneration of myelin, the insulating sheaths of neuronal axons, leading to neurological impairment. As radiation research on the central nervous system has predominantly focused on neurons, with few studies addressing the role of glial cells, we have focused our present research on identifying the latent effects of single/ fractionated -low dose of low/ high energy radiation on the role of base excision repair protein Apurinic Endonuclease-1, in the rat spinal cords oligodendrocyte progenitor cells’ differentiation. Apurinic endonuclease-1 is predominantly upregulated in response to oxidative stress by low- energy radiation, and previous studies show significant induction of Apurinic Endonuclease-1 in neurons and astrocytes. Our studies show for the first time, that fractionation of protons cause latent damage to spinal cord architecture while fractionation of HZE (28Si) induce increase in APE1 with single dose, which then decreased with fractionation. The oligodendrocyte progenitor cells differentiation was skewed with increase in immature oligodendrocytes and astrocytes, which likely cause the observed decrease in white matter, increased neuro-inflammation, together leading to the observed significant cognitive defects.

Responding to mental health statutory drivers: experience of a low intensity cognitive behavioural therapy programme

Objectives Stress control (SC), a brief psycho-education course, was implemented to increase access to psychological therapies in line with Northern Irish mental health service statutory drivers. The first aim of this study was to gauge the efficacy of SC in a robust manner with clinical significance testing. The second aim was to assess whether demographics traditionally ‘hard-to-reach’ – males, younger adults and those from deprived areas – accessed SC. The third aim was to elucidate what prompted their access and the experiences of attendees at SC. Methods Attendees at SC were 170 adults over six iterations of the course. Pre- and post-questionnaires included the Depression Anxiety Stress Scales – 21, captured demographic details and qualitative feedback, which was subject to a mixed-methods analysis. Results SC attendees reported significant decreases on depression, anxiety and stress sub-scales post-intervention. Moreover, 38.71% ( n =36) of attendees who completed SC exhibited clinically significant improvement afterwards on one or more sub-scale. Attendance figures for males, younger adults and those classified as socioeconomically deprived were modest. Patterns within the data suggested prospective success for targeting these cohorts. Conclusions SC attracted people in need of mental healthcare input and affected quantifiable change within those people’s lives, while satisfying statutory demands for service delivery in an accessible community context. Recommendations to increase engagement with those traditionally ‘hard-to-reach’ for psychological services are provided, which, if implemented, have the potential to achieve further compliance with Northern Irish mental health statutory drivers.

Impaired orthostatic blood pressure recovery and cognitive performance at two-year follow up in older adults: The Irish Longitudinal Study on Ageing

Background: Prospective investigations of the association between impaired orthostatic blood pressure (BP) regulation and cognitive decline in older adults are limited, and findings to-date have been mixed. The aim of this study was to determine whether impaired recovery of orthostatic BP was associated with change in cognitive function over a 2-year period, in a population based sample of community dwelling older adults. 

Methods: Data from the first two waves of the Irish Longitudinal Study on Ageing were analysed. Orthostatic BP was measured during a lying to standing orthostatic stress protocol at wave 1 using beat-to-beat digital plethysmography, and impaired recovery of BP at 40 s post stand was investigated. Cognitive function was assessed at wave 1 and wave 2 (2 years later) using the Mini-Mental State Exam (MMSE), verbal fluency and word recall tasks. 

Results: After adjustment for measured, potential confounders, and multiple imputation for missing data, the change in the number of errors between waves on the MMSE was 10 % higher [IRR (95 % CI) = 1.10 (0.96, 1.26)] in those with impaired recovery at 40 s. However, this was not statistically significant (p = 0.17). Impaired BP recovery was not associated with change in performance on any of the other cognitive measures. 

Conclusions: There was no clear evidence for an association between impaired recovery of orthostatic BP and change in cognition over a 2-year period in this nationally representative cohort of older adults. Longer follow-up and more detailed cognitive testing would be advantageous to further investigate the relationship between orthostatic BP and cognitive decline.

Multilayer optimization in radio resource allocation for the packet transmission in wireless networks

Na última década tem-se assistido a um crescimento exponencial das redes de comunicações sem fios, nomeadamente no que se refere a taxa de penetração do serviço prestado e na implementação de novas infra-estruturas em todo o globo. É ponto assente neste momento que esta tendência irá não só continuar como se fortalecer devido à convergência que é esperada entre as redes móveis sem fio e a disponibilização de serviços de banda larga para a rede Internet fixa, numa evolução para um paradigma de uma arquitectura integrada e baseada em serviços e aplicações IP. Por este motivo, as comunicações móveis sem fios irão ter um papel fundamental no desenvolvimento da sociedade de informação a médio e longo prazos. A estratégia seguida no projecto e implementação das redes móveis celulares da actual geração (2G e 3G) foi a da estratificação da sua arquitectura protocolar numa estrutura modular em camadas estanques, onde cada camada do modelo é responsável pela implementação de um conjunto de funcionalidades. Neste modelo a comunicação dá-se apenas entre camadas adjacentes através de primitivas de comunicação pré-estabelecidas. Este modelo de arquitectura resulta numa mais fácil implementação e introdução de novas funcionalidades na rede. Entretanto, o facto das camadas inferiores do modelo protocolar não utilizarem informação disponibilizada pelas camadas superiores, e vice-versa acarreta uma degradação no desempenho do sistema. Este paradigma é particularmente importante quando sistemas de antenas múltiplas são implementados (sistemas MIMO). Sistemas de antenas múltiplas introduzem um grau adicional de liberdade no que respeita a atribuição de recursos rádio: o domínio espacial. Contrariamente a atribuição de recursos no domínio do tempo e da frequência, no domínio espacial os recursos rádio mapeados no domínio espacial não podem ser assumidos como sendo completamente ortogonais, devido a interferência resultante do facto de vários terminais transmitirem no mesmo canal e/ou slots temporais mas em feixes espaciais diferentes. Sendo assim, a disponibilidade de informação relativa ao estado dos recursos rádio às camadas superiores do modelo protocolar é de fundamental importância na satisfação dos critérios de qualidade de serviço exigidos. Uma forma eficiente de gestão dos recursos rádio exige a implementação de algoritmos de agendamento de pacotes de baixo grau de complexidade, que definem os níveis de prioridade no acesso a esses recursos por base dos utilizadores com base na informação disponibilizada quer pelas camadas inferiores quer pelas camadas superiores do modelo. Este novo paradigma de comunicação, designado por cross-layer resulta na maximização da capacidade de transporte de dados por parte do canal rádio móvel, bem como a satisfação dos requisitos de qualidade de serviço derivados a partir da camada de aplicação do modelo. Na sua elaboração, procurou-se que o standard IEEE 802.16e, conhecido por Mobile WiMAX respeitasse as especificações associadas aos sistemas móveis celulares de quarta geração. A arquitectura escalonável, o baixo custo de implementação e as elevadas taxas de transmissão de dados resultam num processo de multiplexagem de dados e valores baixos no atraso decorrente da transmissão de pacotes, os quais são atributos fundamentais para a disponibilização de serviços de banda larga. Da mesma forma a comunicação orientada à comutação de pacotes, inenente na camada de acesso ao meio, é totalmente compatível com as exigências em termos da qualidade de serviço dessas aplicações. Sendo assim, o Mobile WiMAX parece satisfazer os requisitos exigentes das redes móveis de quarta geração. Nesta tese procede-se à investigação, projecto e implementação de algoritmos de encaminhamento de pacotes tendo em vista a eficiente gestão do conjunto de recursos rádio nos domínios do tempo, frequência e espacial das redes móveis celulares, tendo como caso prático as redes móveis celulares suportadas no standard IEEE802.16e. Os algoritmos propostos combinam métricas provenientes da camada física bem como os requisitos de qualidade de serviço das camadas superiores, de acordo com a arquitectura de redes baseadas no paradigma do cross-layer. O desempenho desses algoritmos é analisado a partir de simulações efectuadas por um simulador de sistema, numa plataforma que implementa as camadas física e de acesso ao meio do standard IEEE802.16e.

Study of the impact from nonlinear distortion in radio receiver architectures

A dissertação de doutoramento apresentada insere-se na área de electrónica não-linear de rádio-frequência (RF), UHF e microondas, tendo como principal campo de acção o estudo da distorção nãolinear em arquitecturas de recepção rádio, nomeadamente receptores de conversão directa como Power Meters, RFID (Radio Frequency IDentification) ou SDR (Software Define Radio) front-ends. Partindo de um estudo exaustivo das actuais arquitecturas de recepção de radiofrequência e revendo todos os conceitos teóricos relacionados com o desempenho não-linear dos sistemas/componentes electrónicos, foram desenvolvidos algoritmos matemáticos de modulação dos comportamentos não-lineares destas arquitecturas, simulados e testados em laboratório e propostas novas arquitecturas para a minimização ou cancelamento do impacto negativo de grandes interferidores em frequências vizinhas ao do sistema pretendido.

Dinâmicas de MOODLiz@ção num agrupamento de escolas de Matosinhos: o caso do agrupamento vertical de escolas de Leça da Palmeira/Santa Cruz do Bispo

O advento da Internet e da Web, na década de 1990, a par da introdução e desenvolvimento das novas TIC e, por consequência, a emergência da Sociedade da Informação e do Conhecimento, implicaram uma profunda alteração na forma de análise dos processos de ensino-aprendizagem, já não apenas segundo um prisma cognitivista, mas, agora, também social, isto é, segundo a(s) perspetiva(s) construtivista(s). Simultaneamente, torna-se imperativo que, para que possam transformar-se em futuros trabalhadores de sucesso, isto é, trabalhadores de conhecimento (Gates, 1999), os sujeitos aprendentes passem a ser efetivamente educados/preparados para a Sociedade da Informação e do Conhecimento e, tanto quanto possível, através da educação/formação ao longo da vida (Moore e Thompson, 1997; Chute, Thompson e Hancock, 1999). Todavia, de acordo com Jorge Reis Lima e Zélia Capitão, não se deve considerar esta mudança de paradigma como uma revolução mas, antes, uma evolução, ou, mais concretamente ainda, uma “conciliação de perspectivas cognitivas e sociais” (Reis Lima e Capitão, 2003:53). Assim, às instituições de ensino/formação cumprirá a tarefa de preparar os alunos para as novas competências da era digital, promovendo “a aprendizagem dos pilares do conhecimento que sustentarão a sua aprendizagem ao longo da vida” (Reis Lima e Capitão, Ibidem:54), isto é, “aprender a conhecer”, “aprender a fazer”, “aprender a viver em comum”, e “aprender a ser” (Equipa de Missão para a Sociedade da Informação, 1997:39; negritos e sublinhados no original). Para outros, a Internet, ao afirmar-se como uma tecnologia ubíqua, cada vez mais acessível, e de elevado potencial, “vem revolucionando a gestão da informação, o funcionamento do mercado de capitais, as cadeias e redes de valor, o comércio mundial, a relação entre governos e cidadãos, os modos de trabalhar e de comunicar, o entretenimento, o contacto intercultural, os estilos de vida, as noções de tempo e de distância. A grande interrogação actual reside em saber se a Internet poderá também provocar alterações fundamentais nos modos de aprender e de ensinar” (Carneiro, 2002:17-18; destaques no original). Trata-se, portanto, como argumenta Armando Rocha Trindade (2004:10), de reconhecer que “Os requisitos obrigatórios para a eficácia da aprendizagem a ser assim assegurada são: a prévia disponibilidade de materiais educativos ou de formação de alta qualidade pedagógica e didáctica, tanto quanto possível auto-suficientes em termos de conteúdos teóricos e aplicados, bem como a previsão de mecanismos capazes de assegurar, permanentemente, um mínimo de interactividade entre docentes e aprendentes, sempre que quaisquer dificuldades destes possam manifestarse”. Esta questão é também equacionada pelo Eng.º Arnaldo Santos, da PT Inovação, quando considera que, à semelhança da “maioria dos países, a formação a distância em ambientes Internet e Intranet, vulgo e-Learning, apresenta-se como uma alternativa pedagógica em franca expansão. Portugal está a despertar para esta nova realidade. São várias as instituições nacionais do sector público e privado que utilizam o e-Learning como ferramenta ou meio para formar as suas pessoas” (Santos, 2002:26). Fernando Ramos acrescenta também que os sistemas de educação/formação que contemplam componentes não presenciais, “isto é que potenciam a flexibilidade espacial, têm vindo a recorrer às mais variadas tecnologias de comunicação para permitir a interacção entre os intervenientes, nomeadamente entre os professores e os estudantes. Um pouco por todo o mundo, e também em Portugal, se têm implantado sistemas (habitualmente designados como sistemas de ensino a distância), recorrendo às mais diversas tecnologias de telecomunicações, de que os sistemas de educação através de televisão ou os sistemas de tutoria por rádio ou telefone são exemplos bem conhecidos” (Ramos, 2002b:138-139). Ora, o nosso estudo entronca precisamente na análise de um sistema ou plataforma tecnológica de gestão de aprendizagens (Learning Management System - LMS), o MOODLE, procurando-se, deste modo, dar resposta ao reconhecimento de que “urge investigar sobre a utilização real e pedagógica da plataforma” (Carvalho, 2007:27). Por outro lado, não descurando o rol de interrogações de outros investigadores em torno da utilização do MOODLE, nem enveredando pelas visões mais céticas que inclusive pressagiam a sua “morte” (Fernandes, 2008b:134), também nós nos questionamos se esta ferramenta nem sequer vai conseguir transpor “a fase de final de entusiasmo, e tornar-se uma ferramenta de minorias e de usos ocasionais?” (Fernandes, Op. cit.:133).

Characterization of RSOA modulators in radio over fiber links

In this work physical and behavioral models for a bulk Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) modulator in Radio over Fiber (RoF) links are proposed. The transmission performance of the RSOA modulator is predicted under broadband signal drive. At first, the simplified physical model for the RSOA modulator in RoF links is proposed, which is based on the rate equation and traveling-wave equations with several assumptions. The model is implemented with the Symbolically Defined Devices (SDD) in Advanced Design System (ADS) and validated with experimental results. Detailed analysis regarding optical gain, harmonic and intermodulation distortions, and transmission performance is performed. The distribution of the carrier and Amplified Spontaneous Emission (ASE) is also demonstrated. Behavioral modeling of the RSOA modulator is to enable us to investigate the nonlinear distortion of the RSOA modulator from another perspective in system level. The Amplitude-to-Amplitude Conversion (AM-AM) and Amplitude-to-Phase Conversion (AM-PM) distortions of the RSOA modulator are demonstrated based on an Artificial Neural Network (ANN) and a generalized polynomial model. Another behavioral model based on Xparameters was obtained from the physical model. Compensation of the nonlinearity of the RSOA modulator is carried out based on a memory polynomial model. The nonlinear distortion of the RSOA modulator is reduced successfully. The improvement of the 3rd order intermodulation distortion is up to 17 dB. The Error Vector Magnitude (EVM) is improved from 6.1% to 2.0%. In the last part of this work, the performance of Fibre Optic Networks for Distributed and Extendible Heterogeneous Radio Architectures and Service Provisioning (FUTON) systems, which is the four-channel virtual Multiple Input Multiple Output (MIMO), is predicted by using the developed physical model. Based on Subcarrier Multiplexing (SCM) techniques, four-channel signals with 100 MHz bandwidth per channel are generated and used to drive the RSOA modulator. The transmission performance of the RSOA modulator under the broadband multi channels is depicted with the figure of merit, EVM under di erent adrature Amplitude Modulation (QAM) level of 64 and 254 for various number of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) subcarriers of 64, 512, 1024 and 2048.