Enhanced ethernet switching technology for adaptive hard real-time applications: Tecnologia de comutação ethernet melhorada para aplicações adaptativas e críticas de tempo-real

Os Sistemas Embarcados Distribuídos (SEDs) estão, hoje em dia, muito difundidos em vastas áreas, desde a automação industrial, a automóveis, aviões, até à distribuição de energia e protecção do meio ambiente. Estes sistemas são, essencialmente, caracterizados pela integração distribuída de aplicações embarcadas, autónomas mas cooperantes, explorando potenciais vantagens em termos de modularidade, facilidade de manutenção, custos de instalação, tolerância a falhas, entre outros. Contudo, o ambiente operacional onde se inserem estes tipos de sistemas pode impor restrições temporais rigorosas, exigindo que o sistema de comunicação subjacente consiga transmitir mensagens com garantias temporais. Contudo, os SEDs apresentam uma crescente complexidade, uma vez que integram subsistemas cada vez mais heterogéneos, quer ao nível do tráfego gerado, quer dos seus requisitos temporais. Em particular, estes subsistemas operam de forma esporádica, isto é, suportam mudanças operacionais de acordo com estímulos exteriores. Estes subsistemas também se reconfiguram dinamicamente de acordo com a actualização dos seus requisitos e, ainda, têm lidar com um número variável de solicitações de outros subsistemas. Assim sendo, o nível de utilização de recursos pode variar e, desta forma, as políticas de alocação estática tornam-se muito ineficientes. Consequentemente, é necessário um sistema de comunicação capaz de suportar com eficácia reconfigurações e adaptações dinâmicas. A tecnologia Ethernet comutada tem vindo a emergir como uma solução sólida para fornecer comunicações de tempo-real no âmbito dos SEDs, como comprovado pelo número de protocolos de tempo-real que foram desenvolvidos na última década. No entanto, nenhum dos protocolos existentes reúne as características necessárias para fornecer uma eficiente utilização da largura de banda e, simultaneamente, para respeitar os requisitos impostos pelos SEDs. Nomeadamente, a capacidade para controlar e policiar tráfego de forma robusta, conjugada com suporte à reconfiguração e adaptação dinâmica, não comprometendo as garantias de tempo-real. Esta dissertação defende a tese de que, pelo melhoramento dos comutadores Ethernet para disponibilizarem mecanismos de reconfiguração e isolamento de tráfego, é possível suportar aplicações de tempo-real críticas, que são adaptáveis ao ambiente onde estão inseridas.Em particular, é mostrado que as técnicas de projecto, baseadas em componentes e apoiadas no escalonamento hierárquico de servidores de tráfego, podem ser integradas nos comutadores Ethernet para alcançar as propriedades desejadas. Como suporte, é fornecida, também, uma solução para instanciar uma hierarquia reconfigurável de servidores de tráfego dentro do comutador, bem como a análise adequada ao modelo de escalonamento. Esta última fornece um limite superior para o tempo de resposta que os pacotes podem sofrer dentro dos servidores de tráfego, com base unicamente no conhecimento de um dado servidor e na hierarquia actual, isto é, sem o conhecimento das especifidades do tráfego dentro dos outros servidores. Finalmente, no âmbito do projecto HaRTES foi construído um protótipo do comutador Ethernet, o qual é baseado no paradigma “Flexible Time-Triggered”, que permite uma junção flexível de uma fase síncrona para o tráfego controlado pelo comutador e uma fase assíncrona que implementa a estrutura hierárquica de servidores referidos anteriormente. Além disso, as várias experiências práticas realizadas permitiram validar as propriedades desejadas e, consequentemente, a tese que fundamenta esta dissertação.

A integração de media sociais nas organizações de gestão de destinos: proposta de um modelo orientador para a utilização de media sociais nas atividades de comunicação com os turistas

Sendo o turismo um dos setores económicos onde a informação desempenha um papel fundamental, é, também, um dos mais afetados com a chegada da nova realidade que são os media sociais. Atualmente, devido à utilização generalizada de aplicações da Web 2.0 e, sobretudo, devido ao crescimento exponencial da utilização de aplicações de media sociais, verifica-se que esta utilização está a provocar alterações significativas na promoção dos destinos turísticos, com uma estratégia clara destes passarem a utilizar os conteúdos gerados pelos utilizadores na Internet. Perante este novo paradigma, as Organizações de Gestão de Destinos, como organizações dinâmicas cujo objetivo é a promoção dos destinos turísticos, têm que se adaptar de forma a enquadrar esta nova realidade. O presente trabalho pretende, pois, analisar a forma como as Organizações de Gestão de Destinos portuguesas utilizam a Internet, e em particular as aplicações da Web 2.0/media sociais nas suas estratégias de comunicação. Assim, pretende-se fazer uma análise da situação atual em que se encontram as Organizações de Gestão de Destinos Portuguesas, na utilização deste tipo de aplicações para, a partir daí, se desenvolver uma proposta de modelo orientador para a utilização de media sociais nas atividades de comunicação com os turistas, que permita explorar ao máximo este enorme potencial. Como resultado desta investigação, espera-se contribuir para uma melhor compreensão de como as Organizações de Gestão de Destinos Portuguesas devem usar as aplicações de media sociais nas suas estratégias de comunicação por aplicação da proposta de modelo desenvolvida.

Primary production in systems subject to natural and anthropogenic eutrophication

Tese dout., Química, Universidade do Algarve, 2005

Ultralow voltage resonant tunnelling diode electroabsorption modulator

Embedding a double barrier resonant tunnelling diode (RTD) in a unipolar InGaAlAs optical waveguide gives rise to a very low driving voltage electroabsorption modulator (EAM) at optical wavelengths around 1550 nm. The presence of the RTD within the waveguide core introduces high non- linearity and negative di erential resistance in the current±voltage (I±V) characteristic of the waveguide. This makes the electric ®eld distribution across the waveguide core strongly dependent on the bias voltage: when the current decreases from the peak to the valley, there is an increase of the electric ®eld across the depleted core. The electric ®eld enhancement in the core-depleted layer causes the Franz±Keldysh absorption band-edge to red shift, which is responsible for the electroabsorption e ect. High-frequency ac signals as low as 100mV can induce electric ®eld high-speed switching, producing substantial light modulation (up to 15 dB) at photon energies slightly lower than the waveguide core band-gap energy. The key di erence between this device and conventional p-i-n EAMs is that the tunnelling characteristics of the RTD are employed to switch the electric ®eld across the core-depleted region; the RTD- EAM has in essence an integrated electronic ampli®er and, therefore, requires considerably less switching power.

11-ketotestosterone inhibits the alternative mating tactic in sneaker males of the peacock blenny, Salaria pavo

In the peacock blenny, Salaria pavo, a species with courtship sex-role reversal, smaller, younger males mimic the courtship behavior and the nuptial coloration of females in order to get access to nests during spawning and to parasitize egg fertilization from nest-holder males. Later in their life, sneakers transform both morphologically and behaviorally into nest-holder males. In the present paper we investigate the activational role of 11-ketotestosterone (KT), the most potent androgen in most teleost species, to promote the switch between tactics in sneaker males of S. pavo. Sneakers were implanted either with KT or with control (i.e. castor oil) silastic implants. A week after implantation they were subjected to a set of behavioral tests and morphometric measurements. KT treatment promoted the differentiation of secondary sex characters, such as the anal glands, and inhibited the expression of female courtship behavior. KT-treated sneakers also showed a trend toward less frequent display of female nuptial coloration. There was no effect of KT treatment on the expression of typical nest-holder male behavior. Finally, there was no effect of KT treatment on the number or soma size of arginine vasotocin neurons in the preoptic area, which are often associated with the expression of vertebrate sexual behavior. Thus, KT seems to play a key role in mating tactic switching by inhibiting the expression of female courtship behavior and by promoting the development of male displaying traits (e.g. anal glands). The lack of a KT effect on behavior typical of nest-holding males and vasotocinergic preoptic neurons suggests that a longer time frame or other endocrine/social signals are needed for the initiation of these traits in males that are switching tactics.

Electrical characterization of metal-oxide-polymer devices for non-volatile memory applications

The objective of this thesis is to study the properties of resistive switching effect based on bistable resistive memory which is fabricated in the form of Al2O3/polymer diodes and to contribute to the elucidation of resistive switching mechanisms. Resistive memories were characterized using a variety of electrical techniques, including current-voltage measurements, small-signal impedance, and electrical noise based techniques. All the measurements were carried out over a large temperature range. Fast voltage ramps were used to elucidate the dynamic response of the memory to rapid varying electric fields. The temperature dependence of the current provided insight into the role of trapped charges in resistive switching. The analysis of fast current fluctuations using electric noise techniques contributed to the elucidation of the kinetics involved in filament formation/rupture, the filament size and correspondent current capabilities. The results reported in this thesis provide insight into a number of issues namely: (i) The fundamental limitations on the speed of operation of a bi-layer resistive memory are the time and voltage dependences of the switch-on mechanism. (ii) The results explain the wide spread in switching times reported in the literature and the apparently anomalous behaviour of the high conductance state namely the disappearance of the negative differential resistance region at high voltage scan rates which is commonly attributed to a “dead time” phenomenon which had remained elusive since it was first reported in the ‘60s. (iii) Assuming that the current is filamentary, Comsol simulations were performed and used to explain the observed dynamic properties of the current-voltage characteristics. Furthermore, the simulations suggest that filaments can interact with each other. (iv) The current-voltage characteristics have been studied as a function of temperature. The findings indicate that creation and annihilation of filaments is controlled by filling and neutralizing traps localized at the oxide/polymer interface. (v) Resistive switching was also studied in small-molecule OLEDs. It was shown that the degradation that leads to a loss of light output during operation is caused by the presence of a resistive switching layer. A diagnostic tool that predicts premature failure of OLEDs was devised and proposed. Resistive switching is a property of oxides. These layers can grow in a number of devices including, organic light emitting diodes (OLEDs), spin-valve transistors and photovoltaic devices fabricated in different types of material. Under strong electric fields the oxides can undergo dielectric breakdown and become resistive switching layers. Resistive switching strongly modifies the charge injection causing a number of deleterious effects and eventually device failure. In this respect the findings in this thesis are relevant to understand reliability issues in devices across a very broad field.

Optically reconfigurable CPW filters for UWB applications

A miniature optically reconfigurable ultra-wideband CPW bandpass filter is proposed. With the optical switch in the ON state (200W), the circuit behaves as a bandpass filter while in the OFF state (0W), the circuit behaves as a bandstop filter within the same frequency band. The simulation results of the proposed bandpass/bandstop filter are presented.

Nonlinear distortion evaluation of reconfigurable RF circuits in wireless communication systems

A compact highly linear microstrip dual - mode optically switchable filter and a reconfigurable power amplifier are presented. The key characteristics of the dual - mode switchable filter are investigated and described. A second order filter design procedure is outlined to facilitate the realisation of Butterworth and Chebyshev functions. The proposed filter was built and tested with an optical switch, which comprised of a silicon dice acti vated using near infrared light. The measured and simulated results are in good agreement. The measured insertion loss in the ON state was 3.0 dB the isolation in the OFF state was 45 dB at the centre frequency. An evaluation of filter distortion is presen ted for digitally modulated M - QAM and M - QAM OFDM singals.

Network mechanisms of intentional learning

The ability to learn new tasks rapidly is a prominent characteristic of human behaviour. This ability relies on flex- ible cognitive systems that adapt in order to encode temporary programs for processing non-automated tasks. Previous functional imaging studies have revealed distinct roles for the lateral frontal cortices (LFCs) and the ven- tral striatum in intentional learning processes. However, the human LFCs are complex; they house multiple dis- tinct sub-regions, each of which co-activates with a different functional network. It remains unclear how these LFC networks differ in their functions and how they coordinate with each other, and the ventral striatum, to support intentional learning. Here, we apply a suite of fMRI connectivity methods to determine how LFC networks activate and interact at different stages of two novel tasks, in which arbitrary stimulus-response rules are learnt either from explicit instruction or by trial-and-error. We report that the networks activate en masse and in synchrony when novel rules are being learnt from instruction. However, these networks are not homogeneous in their functions; instead, the directed connectivities between them vary asymmetrically across the learning timecourse and they disengage from the task sequentially along a rostro-caudal axis. Furthermore, when negative feedback indicates the need to switch to alternative stimulus–response rules, there is additional input to the LFC networks from the ventral striatum. These results support the hypotheses that LFC networks interact as a hierarchical system during intentional learning and that signals from the ventral striatum have a driving influence on this system when the internal program for processing the task is updated.

Comportamento motor do tronco e membro superior, num sistema de posicionamento rígido e dinâmico, durante atividade

A funcionalidade dos indivíduos com Paralisia Cerebral está muitas vezes comprometida devido às alterações do movimento e do controlo postural. Dadas estas alterações, a posição de sentado oferece uma maior estabilidade sendo muitas das atividades de vida diária desempenhadas nesta posição. O objetivo mais importante de intervenção é obter o máximo de funcionalidade na posição de sentado, particularmente do membro superior. Este objectivo, na maioria das vezes, só pode ser atingido com o uso de sistemas de posicionamento que tentam colmatar as alterações posturais e do movimento. Assim, o objetivo deste estudo de caso é verificar se existem diferenças no comportamento motor do tronco e do membro superior, com um sistema de posicionamento rígido e com um sistema de posicionamento dinâmico, numa jovem com Paralisia Cerebral, aquando da ativação manual de um switch. Foi realizado um estudo de caso único em que foi feita uma análise cinemática do movimento do tronco e membro superior na ativação de um switch BigMack, em três posições de teste com distâncias diferentes. Simultaneamente mediu-se a distribuição do peso durante o movimento, através do mapa de pressão e foi registada, bilateralmente a atividade dos músculos trapézio (porção média), longuíssimo, recto abdominal e oblíquo externo. Os resultados obtidos apontam, neste caso em particular, para uma melhoria na qualidade do movimento e da distribuição de peso, com o sistema de posicionamento dinâmico, sem diferenças entre os dois sistemas relativamente à ativação muscular.

Pentagonal parch-excited sectorized antenna for localization systems

A pentagonal patch-excited sectorized antenna (SA) suitable for 2.4-2.5 GHz localization systems was studied and developed. The integration of six patch-excited structures converges into a sectorized antenna called Hive5 that provides gain improvement compared to a patch antenna, maximum variation of 3 dB beam width over the radiation pattern and circular polarization (CP). This antenna is presented and analyzed taking into account the tap length and the flare angle. The proposed antenna in combination with a RF-Switch provides a cost effective solution for localization based on Wireless Sensor Networks (WSN) and will be used for implementing angle of arrival (AoA) techniques combined with RF fingerprinting techniques.

Reconfigurable antenna for mobile terminal

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações

Sistema de monitorização e alarmística de ativos de rede

Este documento contém todo o estudo e planeamento para a implementação de um novo sistema de monitorização e alarmística, desenvolvido para o serviço de informática, no decorrer do estágio profissional no Instituto Português de Oncologia do Porto. Observou-se que o sistema já existente, apesar de facilitar algumas ações da equipa, apresentava muitas lacunas, mas ao mesmo tempo uma boa abertura para evolução. A criação desse sistema teve que contemplar um conjunto de objetivos que levaram a elaboração de estudos, permitindo uma análise e fundamento na tomada de decisões e na criação de tarefas e testes. É apresentado também um estudo de uma nova arquitetura, pois devido a falta de recursos que a solução já implementada tinha, que permitisse ao serviço de informática obter um sistema robusto, redundante, fiável, seguro e sempre disponível.

Estratégias de Comercialização de Potência como Medida de Eficiência Energética

A presente dissertação insere-se no âmbito da unidade curricular “ Dissertação” do 2º ano do mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia. Com o aumento crescente do número de consumidores de energia, é cada vez mais imperioso a adoção de medidas de racionalização e gestão dos consumos da energia elétrica. Existem diferentes tipos de dificuldades no planeamento e implementação de novas centrais produtoras de energia renovável, pelo que também por este motivo é cada vez mais importante adoção de medidas de gestão de consumos, quer ao nível dos clientes alimentados em média tensão como de baixa tensão. Desta forma será mais acessível a criação de padrões de eficiência energética elevados em toda a rede de distribuição de energia elétrica. Também a economia é afetada por uma fraca gestão dos consumos por parte dos clientes. Elevados desperdícios energéticos levam a que mais energia tenha que ser produzida, energia essa que contribui ainda mais para a elevada taxa de dependência energética em Portugal, e para o degradar da economia nacional. Coloca-se assim a necessidade de implementar planos e métodos que promovam a eficiência energética e a gestão racional de consumos de energia elétrica. Apresenta-se nesta dissertação várias propostas, algumas na forma de projetos já em execução, que visam sensibilizar o consumidor para a importância da utilização eficiente de energia e, ao mesmo tempo, disponibilizam as ferramentas tecnológicas adequadas para auxiliar a implementação dos métodos propostos. Embora os planos apresentados, sobejamente conhecidos, tenham imensa importância, a implementação nos vários consumidores de sistemas capazes de efetivamente reduzir consumos tem um papel fundamental. Equipamentos de gestão de consumos, que são apresentados nesta dissertação, permitem ao consumidor aceder diretamente ao seu consumo. Podem aceder não apenas ao consumo global da instalação mas também ao consumo específico por equipamento, permitindo perceber onde se verifica a situação mais desfavorável. Funcionalidades de programação de perfis tipo, com limitações de potência em vários períodos horários, bem como possibilidades de controlo remoto com recurso a aplicações para Smartphones permitem a redução de consumos ao nível da rede de distribuição e, desta forma, contribuir para a redução dos desperdícios e da dependência energética em Portugal. No âmbito do trabalho de dissertação é desenvolvida uma metodologia de comercialização de potência, que é apresentada nesta tese. Esta metodologia propõem que o consumidor, em função dos seus consumos, pague apenas a quantidade de potência que efetivamente necessita num certo período de tempo. Assim, o consumidor deixa de pagar uma tarifa mensal fixa associada á sua potência contratada, e passará a pagar um valor correspondente apenas à potência que efetivamente solicitou em todas as horas durante o mês. Nesta metodologia que é apresentada, o consumidor poderá também fazer uma análise do seu diagrama de cargas e simular uma alteração da sua tarifa, tarifa esta que varia entre tarifa simples, bi-horária semanal, bi-horária diária, tri-horária semanal ou tri-horária diária, de forma a perceber em qual destas pagará um menor valor pela mesma energia. De forma a que o consumidor possa perceber se haverá vantagem de uma alteração para uma potência contratada flexível, ou para uma outra tarifa associada á energia, tem ao seu dispor uma ferramenta, que em função dos seus consumos, permite retirar conclusões sobre o preço final a pagar na fatura, após cada tipo de alteração. Esta ferramenta foi validada com recurso a várias simulações, para diferentes perfis de consumidores. Desta forma, o utilizador fica a perceber que realmente pode poupar com uma potência contratada flexível, ao mesmo tempo que pode identificar-se com um perfil de simulação e, mais facilmente, perceber para que alteração tarifária pode usufruir de uma maior poupança.

Localização Ótima de Aparelhos de Corte Normalmente Abertos e Normalmente Fechados em Redes de Distribuição

Tipicamente as redes elétricas de distribuição apresentam uma topologia parcialmente malhada e são exploradas radialmente. A topologia radial é obtida através da abertura das malhas nos locais que otimizam o ponto de operação da rede, através da instalação de aparelhos de corte que operam normalmente abertos. Para além de manterem a topologia radial, estes equipamentos possibilitam também a transferência de cargas entre saídas, aquando da ocorrência de defeitos. As saídas radiais são ainda dotadas de aparelhos de corte que operam normalmente fechados, estes têm como objetivo maximizar a fiabilidade e isolar defeitos, minimizando a área afetada pelos mesmos. Assim, na presente dissertação são desenvolvidos dois algoritmos determinísticos para a localização ótima de aparelhos de corte normalmente abertos e fechados, minimizando a potência ativa de perdas e o custo da energia não distribuída. O algoritmo de localização de aparelhos de corte normalmente abertos visa encontrar a topologia radial ótima que minimiza a potência ativa de perdas. O método é desenvolvido em ambiente Matlab – Tomlab, e é formulado como um problema de programação quadrática inteira mista. A topologia radial ótima é garantida através do cálculo de um trânsito de potências ótimo baseado no modelo DC. A função objetivo é dada pelas perdas por efeito de Joule. Por outro lado o problema é restringido pela primeira lei de Kirchhoff, limites de geração das subestações, limites térmicos dos condutores, trânsito de potência unidirecional e pela condição de radialidade. Os aparelhos de corte normalmente fechados são localizados ao longo das saídas radiais obtidas pelo anterior algoritmo, e permite minimizar o custo da energia não distribuída. No limite é possível localizar um aparelho de corte normalmente fechado em todas as linhas de uma rede de distribuição, sendo esta a solução que minimiza a energia não distribuída. No entanto, tendo em conta que a cada aparelho de corte está associado um investimento, é fundamental encontrar um equilíbrio entre a melhoria de fiabilidade e o investimento. Desta forma, o algoritmo desenvolvido avalia os benefícios obtidos com a instalação de aparelhos de corte normalmente fechados, e retorna o número e a localização dos mesmo que minimiza o custo da energia não distribuída. Os métodos apresentados são testados em duas redes de distribuição reais, exploradas com um nível de tensão de 15 kV e 30 kV, respetivamente. A primeira rede é localizada no distrito do Porto e é caraterizada por uma topologia mista e urbana. A segunda rede é localizada no distrito de Bragança e é caracterizada por uma topologia maioritariamente aérea e rural.