Rede de monitorização ambiental em tempo- real com sistemas móveis

A compreensão das interacções entre os oceanos, a linha de costa, a qualidade do ar e as florestas só será possível através do registo e análise de informação geo-temporalmente referenciada. Mas a monitorização de grandes áreas apresenta o problema da cobertura espacial e temporal, e os custos nela envolvidos pela impossibilidade de disseminar a quantidade de estações de monitorização necessários à compreensão do fenómeno. É necessário então definir metodologias de colocação de sensores e recolha de informação de forma robusta, económica e temporalmente útil. Nesta dissertação apresentamos uma estratégia de monitorização ambiental, para meios hídricos, (ou de grande dimensão) que baseada em sistemas móveis e alguns princípios da geoestatística, fornece uma ferramenta de monitorização mais económica, sem prejuízo da qualidade de informação. Os modelos usados na geoestatística assentam na ideia de que medidas mais próximas tendem a serem mais parecidas do que valores observados em locais distantes e fornece métodos para quantificar esta correlação espacial e incorporá-la na estimação. Os resultados obtidos sustentam a convicção do uso de veículos móveis em redes de sensores e que contribuímos para responder à seguinte questão “Qual a técnica que nos permite com poucos sensores monitorizar grandes áreas?”. A solução passará por modelos de estimação de grandezas utilizados na geoestatística associados a sistemas móveis.

Modelação do transporte e dispersão de um marcador corado no Rio Febros

O rio Febros é um pequeno curso de água, situado no concelho de Vila Nova de Gaia, com cerca de 15 km de extensão, cuja bacia hidrográfica ocupa uma área de aproximadamente 35,4 km2. Nasce em Seixezelo e desagua na margem esquerda do Rio Douro no Cais do Esteiro, em Avintes. Em Maio de 2008, um acidente de viação teve como consequência o derrame de cerca de quatro toneladas de ácido clorídrico que rapidamente convergiu às águas do rio. Apenas um dia depois, o pH desceu para três e muitos foram os peixes que morreram. A solução adoptada para evitar o desaire foi introduzir milhares de litros de água de modo a diluir o ácido presente, ao longo de todo o curso de água. Tal facto não evitou a destruição de parte de um ecossistema, que ainda nos dias de hoje se encontra em recuperação. De forma a avaliar-se o impacto destas possíveis perturbações sejam estas de origem antropogénica ou natural é necessário possuir conhecimentos dos processos químicos tais como a advecção, a mistura devida à dispersão e a transferência de massa ar/água. Estes processos irão determinar o movimento e destino das substâncias que poderão ser descarregadas no rio. Para tal, recorrer-se-á ao estudo hidrogeométrico do curso de água assim como ao estudo do comportamento de um marcador, simulando uma possível descarga. A rodamina WT será o marcador a ser utilizado devido à panóplia de características ambientalmente favoráveis. Os estudos de campo com este corante, realizados em sequência de descarga previamente estudada, fornecem uma das melhores fontes de informação para verificação e validação de modelos hidráulicos utilizados em estudos de qualidade de águas e protecção ambiental. Escolheram-se dois pontos de descarga no Febros, um em Casal Drijo e outro no Parque Biológico de Gaia, possuindo cada um deles, a jusante, duas estações de monitorização. Pelo modelo ADE os valores obtidos para o coeficiente de dispersão longitudinal para as estações Pontão d’ Alheira, Pinheiral, Menesas e Giestas foram, respectivamente, 0,3622; 0,5468; 1,6832 e 1,7504 m2/s. Para a mesma sequência de estações, os valores da velocidade de escoamento obtidos neste trabalho experimental foram de 0,0633; 0,0684; 0,1548 e 0,1645 m/s. Quanto ao modelo TS, os valores obtidos para o coeficiente de dispersão longitudinal para as estações Pontão d’ Alheira, Pinheiral, Menesas e Giestas foram, respectivamente, 0,2339; 0,1618; 0,5057e 1,1320 m2/s. Para a mesma sequência de estações, os valores da velocidade de escoamento obtidos neste trabalho experimental foram de 0,0652; 0,0775; 0,1891 e 0,1676 m/s. Os resultados foram ajustados por um método directo, o método dos momentos, e por dois métodos indirectos, os modelos ADE e TS. O melhor ajuste corresponde ao modelo TS onde os valores do coeficiente de dispersão longitudinal e da velocidade de escoamento são aqueles que melhor se aproximam da realidade. Quanto ao método dos momentos, o valor estimado para a velocidade é de 0,162 m/s e para o coeficiente de dispersão longitudinal de 9,769 m2/s. Não obstante, a compreensão da hidrodinâmica do rio e das suas características, bem como a adequação de modelos matemáticos no tratamento de resultados formam uma estratégia de protecção ambiental inerente a futuros impactos que possam suceder.

Outdoor and indoor benzene evaluation by GC-FID and GC-MS/MS

The evaluation of benzene in different environments such as indoor (with and without tobacco smoke), a city area, countryside, gas stations and near exhaust pipes from cars running on different types of fuels was performed. The samples were analyzed using gas chromatography (GC) with flame ionization detection (FID) and tandem mass spectrometric detection (MS/MS) (to confirm the identification of benzene in the air samples). Operating conditions for the GC-MS analysis were optimized as well as the sampling and sample preparation. The results obtained in this work indicate that i) the type of fuel directly influences the benzene concentration in the air. Gasoline with additives provided the highest amount of benzene followed by unleaded gasoline and diesel; ii) the benzene concentration in the gas station was always higher than the advisable limit established by law (5 μg m−3) and during the unloading of gasoline the achieved concentration was 8371 μg m−3; iii) the data from the countryside (Taliscas) and the urban city (Matosinhos) were below 5 μg m−3 except 5 days after a fire on a petroleum refinery plant located near the city; iv) it was proven that in coffee shops where smoking is allowed the benzene concentration is higher (6 μg m−3) than in coffee shops where this is forbidden (4 μg m−3). This method may also be helpful for environmental analytical chemists who use GC-MS/MS for the confirmation or/and quantification of benzene.

Detecção de sectores cruzados e optimização de cobertura em redes LTE

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

Optimização da lista de células vizinhas em redes LTE

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

Implementação em hardware reconfigurável de método de separação de dados hiperespetrais

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

The influence of inter-domain mobility on message stream response time in wired/wireless PROFIBUS-based networks

In previous works we have proposed a hybrid wired/wireless PROFIBUS solution where the interconnection between the heterogeneous media was accomplished through bridge-like devices with wireless stations being able to move between different wireless cells. Additionally, we had also proposed a worst-case timing analysis assuming that stations were stationary. In this paper we advance these previous works by proposing a worst-case timing analysis for the system’s message streams considering the effect of inter-cell mobility.

Supporting internet protocols in master-slave fieldbus networks

In this paper we describe how to integrate Internet Protocols (IP) into a typical hierarchical master-slave fieldbus network, supporting a logical ring token passing mechanism between master stations. The integration of the TCP/IP protocols in the fieldbus protocol rises a number of issues that must be addressed properly. In this paper we particularly address the issues related to the conveyance of IP fragments in fieldbus frames (fragmentation/de-fragmentation) and on how to support the symmetry inherent to the TCP/IP protocols in fieldbus slaves, which lack communication initiative.

On the adaptation of broadcast transactions in token-passing fieldbus networks with heterogeneous transmission media

Broadcast networks that are characterised by having different physical layers (PhL) demand some kind of traffic adaptation between segments, in order to avoid traffic congestion in linking devices. In many LANs, this problem is solved by the actual linking devices, which use some kind of flow control mechanism that either tell transmitting stations to pause (the transmission) or just discard frames. In this paper, we address the case of token-passing fieldbus networks operating in a broadcast fashion and involving message transactions over heterogeneous (wired or wireless) physical layers. For the addressed case, real-time and reliability requirements demand a different solution to the traffic adaptation problem. Our approach relies on the insertion of an appropriate idle time before a station issuing a request frame. In this way, we guarantee that the linking devices’ queues do not increase in a way that the timeliness properties of the overall system turn out to be unsuitable for the targeted applications.

Evaluating P-NET message's response time with fixed priority queuing at application process level

P-NET is a multi-master fieldbus standard based on a virtual token passing scheme. In P-NET each master is allowed to transmit only one message per token visit. In the worst-case, the communication response time can be derived considering that, in each token cycle, all stations use the token to transmit a message. In this paper, we define a more sophisticated P-NET model, which considers the actual token utilisation. We then analyse the possibility of implementing a local priority-based scheduling policy to improve the real-time behaviour of P-NET.

Communication response time in P-NET networks: worst-case analysis considering the actual token utilisation

Fieldbus networks aim at the interconnection of field devices such as sensors, actuators and small controllers. Therefore, they are an effective technology upon which Distributed Computer Controlled Systems (DCCS) can be built. DCCS impose strict timeliness requirements to the communication network. In essence, by timeliness requirements we mean that traffic must be sent and received within a bounded interval, otherwise a timing fault is said to occur. P-NET is a multi-master fieldbus standard based on a virtual token passing scheme. In P-NET each master is allowed to transmit only one message per token visit, which means that in the worst-case the communication response time could be derived considering that the token is fully utilised by all stations. However, such analysis can be proved to be quite pessimistic. In this paper we propose a more sophisticated P-NET timing analysis model, which considers the actual token utilisation by different masters. The major contribution of this model is to provide a less pessimistic, and thus more accurate, analysis for the evaluation of the worst-case communication response time in P-NET fieldbus networks.

Timing analysis of an inter-cell mobility procedure for a wired/wireless PROFIBUS network

Recently, there have been a few research efforts towards extending the capabilities of fieldbus networks to encompass wireless support. In previous works we have proposed a hybrid wired/wireless PROFIBUS network solution where the interconnection between the heterogeneous communication media was accomplished through bridge-like interconnecting devices. The resulting networking architecture embraced a Multiple Logical Ring (MLR) approach, thus with multiple independent tokens, where the communication between different domains was supported by the Inter-Domain Protocol (IDP). The proposed architecture also supports mobility of stations between different wireless cells. To that hybrid wired/wireless networking architecture we have proposed a worst-case response timing analysis of the IDP, without considering inter-cell mobility (or handoff) of stations. In this paper, we advance that previous work by proposing a worst-case timing analysis of the mobility procedure.

Avaliação do impacto energético resultante da utilização de repetidores em sistema LTE

Actualmente uma grande preocupação global refere-se ao continuo aumento do custo da energia, resultante da procura e do impacto ambiental. A escalada do custo da energia obriga a procura sistemática de melhores sistemas que permitam diminuir esse custo. Nas comunicações móveis sem fios a economia de energia obtida pelo aumento da eficiência do equipamento das estaçõesbase é insuficiente, pelo qual é necessário também encontrar soluções ao nível da arquitectura. O LTE define os repetidores como um recurso de baixo consumo para aumentar a cobertura e ou capacidade da rede. Nesta dissertação é avaliado um método de economia de energia baseado na substituição de uma estação-base central, circundada por outras estações-base, por um determinado número de repetidores. A cobertura e a capacidade resultante é avaliada assim como a energia poupada. Os resultados obtidos permitem verificar que se pode poupar até 1 000,00 € anuais e 20 kW diários com a substituição de uma estação-base, completamente rodeada por outras estações, por um número de repetidores compreendido entre 1 e 9 dependendo da ISD (até 1750 m). Verifica-se ainda um ganho de eficiência energética de até 13% ao nível do sistema.

Internet based VRS Code Positioning

Absolute positioning – the real time satellite based positioning technique that relies solely on global navigation satellite systems – lacks accuracy for several real time application domains. To provide increased positioning quality, ground or satellite based augmentation systems can be devised, depending on the extent of the area to cover. The underlying technique – multiple reference station differential positioning – can, in the case of ground systems, be further enhanced through the implementation of the virtual reference station concept. Our approach is a ground based system made of a small-sized network of three stations where the concept of virtual reference station was implemented. The stations provide code pseudorange corrections, which are combined using a measurement domain approach inversely proportional to the distance from source station to rover. All data links are established trough the Internet.

Planeamento de rede LTE de baixo custo com uso de repetidor

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