A questão étnico-racial na formação continuada de professores da Escola Básica: uma análise de quatro Núcleos de Estudos Afrobrasileiros do estado do Rio de Janeiro

O presente estudo teve como objetivo geral analisar em que medida os Núcleos de Estudos Afrobrasileiros(Neabs) contribuem com o processo de formação continuada de professores da Escola Básica e, como objetivos específicos: analisar a história, os dilemas e as práticas político-pedagógicas que marcam a criação e trajetória de quatro Neabs no estado do Rio de Janeiro, à luz das definições de multiculturalismo; e identificar os elementos que se aproximam e os que se distanciam, nas concepções e intervenções desses Neabs, a partir da avaliação dos seus/as coordenadores/as. Como suporte teórico se ancorou nas contribuições de McLaren (1997), a respeito das distintas vertentes de multiculturalismo e, DAdesky (2001), sobre pensar o múltiplo a raciocinar a partir de categorias que são indeterminadas ou pouco determinadas, como raça, etnia e nação. A pesquisa buscou responder quais têm sido os desdobramentos no campo da educação étnico-racial, conduzidos pelos Neabs, para a formação continuada de professores da Escola Básica, no estado do Rio de Janeiro. A pesquisa se pautou numa abordagem qualitativa dentro do paradigma crítico e, se apoiou em análise documental e em técnicas de entrevista semi-estruturada. Foram entrevistados quatro coordenadores de Neabs do estado do Rio de Janeiro. O estudo possibilitou compreender que são inúmeras as dificuldades encontradas pelos Neabs para a realização de suas propostas, tais como as de caráter governamental e institucional. Dentre vários aspectos, mostrou a defesa dos participantes por uma proposta política, de caráter emergencial, com objetivos de publicar pesquisas produzidas pelos próprios Neabs. As análises puderam mostrar, também, que existe uma má gestão dos recursos do Programa UNIAFRO pelas universidades. Contudo, é possível afirmar que os Neabs têm como perspectiva o multiculturalismo critico, na medida em que compreendemos que as representações são o resultado de lutas sociais sobre significantes e seus significados. É possível conceber que o viés do multiculturalimo crítico, apropriado pelos Neabs, traz contribuições significativas conquistadas pelos movimentos sociais, que dão visibilidade às formas pelas quais os diferentes grupos sociais constroem a sua história

A névoa do tempo: o pensamento utópico na trilogia crítico-religiosa de José Saramago

Na trilogia crítico-religiosa de José Saramago, constituída pelos romances Memorial do Convento, O Evangelho Segundo Jesus Cristo e Caim, torna-se possível perceber a presença recorrente do pensamento utópico, que, nas três obras em questão, não se revela como percepção idealística de uma realidade imutável, mas, tendo em vista a perspectiva filosófica de Ernst Bloch, revela-se como consciência aguda tanto do processo histórico quanto da práxis libertária. Na dinâmica constitutiva dessa consciência, pode-se delinear o encontro interativo dos tempos: um passado reconstituído criticamente pela ótica contemporânea, um presente permeado por intensa militância ideológica e, principalmente, a consciência de um futuro aberto como possibilidade concreta, o que viabiliza, naqueles romances, aspirações humanas por transformações radicais da ordem vigente. Esse encontro dos tempos, do ponto de vista estético-literário, substancializa-se na trilogia por intermédio essencialmente do recurso paródico: a revisitação crítica dos ícones e temas provenientes do universo judaico-cristão. Seja nas imagens desiderativas que retoma, seja no quadro conceitual que ironiza, seja, ainda, na constituição híbrida do romance, que esfacela o teor totalizante da narrativa tradicional, José Saramago parece extrair dos arquétipos religiosos uma intensidade subversiva que, na tessitura ficcional que elabora, atinge e questiona a construção metafísica erigida por séculos de judaísmo e cristianismo. Nos três romances do escritor lusitano, esse processo de releitura do passado aponta não somente para a impossibilidade, no contexto contemporâneo, de experiência com a cosmovisão totalizante da religião ocidental como também para a reconstituição existencial do mundo moderno, uma vez que, a partir de sonhos frustrados daquele passado, se tornaria possível materializar anseios utópicos latentes, represados na memória coletiva. Assim, o pensamento utópico, na trilogia saramaguiana, converte-se em névoa do tempo: no espaço múltiplo e complexo do romance, desnuda-se a dialética entre passado, presente e futuro, que, na sua dinamicidade constitutiva, abriga e gesta o novum, o ainda não

Papel dos receptores β-adrenérgicos no reparo cutâneo de lesões crônicas em camundongos: modelo não invasivo de lesão por isquemia e reperfusão

Os receptores β1- e β2-adrenérgicos estão presentes em inúmeras células que participam do processo de reparo como fibroblastos, queratinócitos, células inflamatórias e células endoteliais. Diversos trabalhos demonstram que estes receptores modulam o processo de reparo tecidual. Entretanto, nenhum trabalho demonstrou se o bloqueio destes receptores compromete o reparo de úlceras de pressão. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos no reparo de úlceras de pressão em camundongos, para isto utilizamos um modelo não invasivo de lesão por isquemia e reperfusão. No presente estudo, utilizamos animais que foram tratados por gavagem com propranolol (um antagonista não seletivo dos receptores β1- e β2-adrenérgicos). A administração do antagonista teve início um dia antes do início dos ciclos de isquemia e reperfusão e se manteve diariamente até a eutanásia. Para desenvolver a úlcera de pressão, um par de magnetos foi aplicado no dorso dos animais previamente depilado. O período de permanência do magneto é caracterizado como período de isquemia, enquanto sua retirada é caracterizada como período de reperfusão. Os ciclos de isquemia e reperfusão foram repetidos duas vezes, e ao final do último ciclo, duas úlceras circulares foram criadas no dorso dos animais. Os animais foram mortos 3, 7, 14 e 21 dias após a lesão. Após o último ciclo de isquemia, o fluxo sanguíneo da área comprimida foi nulo, 7 horas após a compressão o fluxo sanguíneo estava elevado, com níveis superiores ao da pele normal. Após 24 e 48 horas, o fluxo sanguíneo estava reduzido e abaixo dos níveis da pele normal. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou os níveis de peróxidos lipídicos 3 dias após a lesão, comprometeu a migração dos queratinócitos, levando a um aumento da proliferação epitelial, resultando em uma re-epitelização atrasada. O retardo na formação da neo-epiderme induzido pelo bloqueio destes receptores prejudicou a remoção do tecido necrótico. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou o número de células inflamatórias (neutrófilos e macrófagos), os níveis proteicos de elastase neutrofílica 3 dias após a lesão e reduziu os níveis proteicos de MCP-1 3 dias após a lesão e os níveis proteicos de MMP-12 7 dias após a lesão. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou a proliferação celular e apoptose no tecido conjuntivo 7 dias após a lesão e aumentou a densidade de vasos sanguíneos 14 e 21 dias após a lesão. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos retardou a diferenciação miofibroblástica e reduziu os níveis proteicos de TGF-β 1/2/3 3 dias após a lesão e a contração da lesão. Vinte e um dias após a lesão, o bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou a espessura da neo-epiderme e a expressão de tenascina-C em fibroblastos e reduziu a deposição de colágeno. Em conclusão, o bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos atrasa o reparo tecidual em úlceras de pressão.

Efeito do pré-condicionamento isquêmico remoto em modelo de lesão hepática por isquemia-reperfusão em ratos

A lesão por isquemia-reperfusão (I/R) é o mecanismo fisiopatológico central no desenvolvimento da insuficiência hepática pós-operatória. Diversas estratégias para minimizar suas consequências estão sendo desenvolvidas, mas ainda sem resultados satisfatórios. Recentemente o pré-condicionamento isquêmico remoto (PCIR), método em que ciclos breves de I/R aplicados em um órgão ou membro é capaz de atenuar os resultados da I/R em um órgão distante, vem sendo utilizado, em modelos experimentais, com resultados promissores. No entanto seu mecanismo de ação ainda não foi esclarecido. Um dos mecanismos propostos é a modulação na expressão das citocinas sintetizadas durante a resposta inflamatória que acompanha o processo de I/R. Foram utilizados 36 ratos (Rattus norvegicus), machos, com peso entre 250 e 280 g, divididos em três grupos: Grupo Sham, cirurgia simulada; Grupo IR, isquemia de 70% do fígado por 45 minutos e reperfusão; e Grupo PCIR, pré-condicionamento isquêmico remoto do fígado através de seis ciclos de isquemia-reperfusão da pata do animal, com quatro minutos de isquemia e quatro minutos de reperfusão em cada ciclo, seguido de isquemia hepática semelhante ao do Grupo IR. Terminado os procedimentos cirúrgicos, metade dos animais foi morta decorridos 60 minutos de reperfusão, e a outra metade após 180 minutos. Foi coletado tecido hepático do lobo submetido à isquemia, para estudo histopatológico, utilizando o índice de injúria hepática modificado; e sangue, para dosagem plasmática de TNF-α, IL-6, IL-10 e ALT. A análise histopatológica mostrou que a necrose celular foi significativamente reduzida no Grupo PCIR quando comparado com Grupo IR (p <0,0001). As transaminases mostraram o mesmo padrão com redução significativa dos seus valores no Grupo PCIR quando comparados com o Grupo I-R (p <0,0001). A dosagem das interleucinas mostrou redução significativa na expressão da IL-6 no Grupo PCIR quando comparado com o Grupo IR (p<0,001). Houve aumento da expressão de IL-10 nos grupo PCIR, porém não atingiu significância estatística. Não foi identificada diferença na dosagem de TNF-α nos grupos estudados. O PCI-R foi eficaz na redução na necrose celular resultante da lesão por I-R nos grupos estudados. A redução na síntese de IL-6 segue o padrão observado em outros estudos.

A luta da terra nas literaturas portuguesa e brasileira: a linha marcada no chão que une José Saramago e Euclides da Cunha

Dois romances escritos em países e em contextos históricos distintos aparecem como um retrato da situação do campo através do tempo em Brasil e Portugal. O processo de união dos homens em torno de um motivo comum, a oportunidade de sobrevivência na terra através da garantia do trabalho, se transforma na luta desses contra a alienação e, posteriormente, contra a força armada que protege o Estado e o grande proprietário. As questões que envolvem a terra transcendem o caráter comumente telúrico uma vez que essa é também personagem efetivamente ativo na vida dos homens do campo. Também personagem múltiplo é esse homem, representado pelas figuras do sertanejo baiano e o camponês alentejano: guardam em si a ambiguidade da fragilidade do corpo que, justamente, se torna em sua maior força. O movimento para a luta transforma homens e terra, muda a História. Esse processo é visto e traduzido por Euclides da Cunha em Os sertões e por José Saramago em Levantado do chão. A campanha de Canudos e as lutas pelo direito ao trabalho no campo português são próximas, desse modo, por representarem ambos, sob a perspectiva dos narradores desses dois romancistas, uma análise das injustiças cometidas pelo poder do Estado contra os que nada possuem e o levantar desses por seus direitos, pela transformação do estado de coisas

Avaliação estereológica glomerular em rins de ratos após isquemia-reperfusão por clampeamento arteriovenoso e arterial

A técnica de isquemia-reperfusão tem sido utilizada em cirurgias conservadoras do rim como a nefrectomia parcial e em transplantes renais. Para se realizar a isquemia pode-se fazer o bloqueio do fluxo sanguíneo da artéria renal ou o bloqueio simultâneo da artéria e da veia renal. O evento isquêmico acarreta em dano celular ao rim principalmente pelo estresse oxidativo local e a liberação de radicais livres assim como o aumento da resposta inflamatória. Diversos autores verificaram lesão renal após a isquemia-reperfusão, porém, apenas testes funcionais foram realizados até o momento. Os autores que tentaram avaliar a lesão morfológica do rim apenas fizeram a quantificação de escores subjetivos. O nosso objetivo é avaliar por quantificação estereológica o dano causado pela isquemia-reperfusão comparando o clampeamento somente arterial com o clampeamento arteriovenoso. Utilizamos 24 ratos wistar, machos, de quatro meses de idade. Os animais foram divididos em três grupos: o grupo Sham (n=8), o grupo de clampeamento somente da artéria renal (n=8) e o grupo de clampeamento simultâneo da artéria e da veia renal (n=8). Os animais foram submetidos a laparotomia mediana. Os animais do grupo Sham permaneceram os 60 minutos anestesiados mas sem obstrução do fluxo sanguíneo de seus vasos renais. Os animais do grupo de clampeamento arterial foram submetidos à clampeamento de sua arterial renal esquerda por 60 minutos e os animais do grupo de clampeamento arterial e venoso tiveram seus vasos renais esquerdos clampeados simultaneamente e em bloco pelo mesmo tempo. Após os 60 minutos os animais foram suturados e mantidos por 30 dias em caixas próprias sendo mortos por sobredose anestésica após decorrido esse tempo. Os rins foram coletados e mantidos em solução de formalina tamponada e posteriormente processados para análise histológica e estereológica. Foram analisados a densidade volumétrica (Vv) dos glomérulos, o número de glomérulos/mm3(Nv) e o volume glomerular médio (VGM). A Vv e Nv se encontrou reduzida nos rins esquerdos submetidos à isquemia mas foi somente significativa nos animais do grupo de clampeamento arterial e venoso. Mesmo usando o rato como modelo animal experimental, a partir de nossos resultados recomendamos o uso do clampeamento somente arterial nos casos em que mínina lesão ao rim é imperiosa.

Análise preliminar de um processo para identificação e alinhamento de seqüências homólogas para proteínas com estrutura resolvida.

O objetivo deste trabalho é apresentar e fazer uma avaliação preliminar de um processo alternativo, denominado Sequences Homologue to the Query (Structure-having) Sequence-SH2Q, para elaboração de alinhamentos múltiplos semelhantes à aqueles relatados no HSSP. O processo aqui apresentado baseia-se em programas de domínio público para busca em bases de dados de sequências -Blast (Altschul et al., 1990, 1997) e para alinhamento múltiplo de sequências -ClustalW (Thompson et al., 1994) O critério para avaliação do mesmo é o grau de similaridade entre as medidas de Entropia Relativa, quando comparadas com os mesmos valores relatados pelo HSSP.

Talidomida

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Revisão bibliográfica

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Medicina Dentária

A saúde oral em dentição infantil

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Medicina Dentária

Avaliação cognitiva em traumatizados crânio-encefálicos ligeiros

O aumento da incidência de traumatismos crânio-encefálicos (TCE) a nível internacional, tem vindo a fomentar o desenvolvimento de estudos neste domínio. O presente estudo pretende determinar a deterioração cognitiva e o estado depressivo em indivíduos com TCE ligeiro e sem TCE; analisar a deterioração cognitiva e o estado depressivo nos indivíduos com TCE ligeiro e sem TCE em relação ao sexo, idade, estado civil, residência e tipo de traumatismo; analisar a relação entre a deterioração cognitiva e o estado depressivo dos indivíduos com TCE e o tipo de traumatismo sofrido. Através de um estudo comparativo, avaliamos uma amostra total de 40 indivíduos, tendo o emparelhamento sido feito entre 2 grupos:  grupo clínico: 20 indivíduos com TCE ligeiro (entre 6 e 18 meses após lesão) com idades compreendidas entre os 18 e os 65 anos;  grupo de controlo: 20 indivíduos sem ter tido TCE ou patologia conducente a handicap psiquiátrico ou neurológico. A deterioração cognitiva foi avaliada através do Mini Mental State Examination (Folstein et al., 1975-versão portuguesa, adaptada por Guerreiro, 1993) que é um teste constituído por seis grupos que avaliam o defeito cognitivo do sujeito. Também foi utilizada a Bateria de Avaliação Neuropsicológica de Luria- Nebraska / versão experimental portuguesa de Maia, Loureiro e Silva, 2002, traduzida e adaptada de Golden, Hammeke e Purisch, 1979, que é uma bateria que visa avaliar o funcionamento neuropsicológico de indivíduos com manifestações neuropsicológicas. O estado depressivo foi avaliado através do Inventário de Avaliação Clínica da Depressão-IACLIDE (Serra, 1994) que mede a intensidade dos quadros clínicos depressivos, bem como uma ficha de registo individual de dados biográficos e clínicos. Os principais resultados são: Os indivíduos do grupo clínico, ou seja, aqueles que sofreram TCE ligeiro evidenciam maior deterioração cognitiva comparativamente com os que o não sofreram. Aqueles indivíduos também evidenciam estados depressivos significativamente mais graves do que os indivíduos que não sofreram aquele traumatismo. O TCE ligeiro induz um aumento dos sintomas depressivos em termos biológicos, cognitivos, inter-pessoais e desempenho de tarefas e tende a agravar os níveis de depressão endógena e a causar perturbação na relação do indivíduo consigo próprio; O TCE ligeiro conduz a um aumento significativo da incapacidade dos indivíduos para a vida geral, para o trabalho, para a vida social e para a vida familiar; Os indivíduos que sofreram TCE ligeiro evidenciam funções motoras, linguagem expressiva e raciocínio aritmético mais perturbadas que os que o não sofreram; O TCE ligeiro induz alterações neuropsicológicas que diminuem significativamente a capacidade dos mesmos. Os dados obtidos indicam, que os indivíduos que sofreram TCE do sexo feminino evidenciaram alteração cognitiva mais acentuada do que os do sexo masculino; os indivíduos mais velhos que sofreram TCE ligeiro, tendem a evidenciar maior deterioração do estado cognitivo e avaliação neuropsicológica mais baixa; verificamos também que no grupo clínico os indivíduos casados revelaram pior estado neuropsicológico na escala da bateria referente à leitura; os indivíduos que sofreram TCE ligeiro que residiam em aldeias evidenciam níveis mais elevados de depressão do que aqueles que residiam em vilas; por fim, os indivíduos que sofreram traumatismo aberto revelam maiores alterações neuropsicológicas nas funções motoras e visuais, no ritmo e na aritmética comparativamente com os outros.

Gestão escolar e culturas docentes: o público e o privado em análise

A presente investigação tem como objecto a cultura profissional docente e a gestão escolar das escolas públicas e privadas em estudo comparado. Entre a cultura organizacional e a cultura profissional existe uma relação dialéctica em que os dois tipos de cultura se influenciam reciprocamente. Em nossa opinião, a cultura profissional docente é influenciada pela cultura da organização, dependendo esta da gestão e liderança escolares. Ao pretendermos comparar a cultura docente no ensino público e privado teremos que analisar primeiro as problemáticas inerentes aos dois tipos de instituição, no que as aproxima e no que as distingue, não só, no que se refere ao seu funcionamento e organização, mas também ao tipo de cultura escolar e cultura docente dominantes. Justifica-se, assim, que abordemos no decurso do estudo questões variadas, dada a natureza complexa da “cultura profissional docente” que surge em estreita ligação com outras variáveis, como a gestão e liderança escolares. No que respeita à metodologia de investigação seguida, metodologia qualitativa e quantitativa, o estudo comparativo incidiu apenas em duas escolas públicas e duas escolas privadas – estudo de caso múltiplo. No que se refere aos instrumentos de recolha de informação, decidimos fazer um inquérito por questionário aos professores dos dois tipos de ensino e uma entrevista aos seus Directores. A opção pela metodologia mista surge como a mais conveniente e adequada à consecução dos objectivos desta investigação. A nossa hipótese de trabalho parte do pressuposto de que as culturas docentes devem ser geridas, construídas e aprendidas pelos docentes e até recriadas. Os Directores das escolas, através da sua gestão e liderança, podem desempenhar um papel «chave» na criação da cultura do estabelecimento, promovendo uma cultura docente de colaboração/cooperação. Em termos prospectivos, a construção de culturas de colaboração/cooperação e interdependência visam melhorar a qualidade do ensino. Nas escolas estudadas verificou-se uma evolução das culturas individualistas balcanizadas para as culturas colaborativas.

Precoding techniques for coordinated multicell systems

Coordenação Multicélula é um tópico de investigação em rápido crescimento e uma solução promissora para controlar a interferência entre células em sistemas celulares, melhorando a equidade do sistema e aumentando a sua capacidade. Esta tecnologia já está em estudo no LTEAdvanced sob o conceito de coordenação multiponto (COMP). Existem várias abordagens sobre coordenação multicélula, dependendo da quantidade e do tipo de informação partilhada pelas estações base, através da rede de suporte (backhaul network), e do local onde essa informação é processada, i.e., numa unidade de processamento central ou de uma forma distribuída em cada estação base. Nesta tese, são propostas técnicas de pré-codificação e alocação de potência considerando várias estratégias: centralizada, todo o processamento é feito na unidade de processamento central; semidistribuída, neste caso apenas parte do processamento é executado na unidade de processamento central, nomeadamente a potência alocada a cada utilizador servido por cada estação base; e distribuída em que o processamento é feito localmente em cada estação base. Os esquemas propostos são projectados em duas fases: primeiro são propostas soluções de pré-codificação para mitigar ou eliminar a interferência entre células, de seguida o sistema é melhorado através do desenvolvimento de vários esquemas de alocação de potência. São propostas três esquemas de alocação de potência centralizada condicionada a cada estação base e com diferentes relações entre desempenho e complexidade. São também derivados esquemas de alocação distribuídos, assumindo que um sistema multicelular pode ser visto como a sobreposição de vários sistemas com uma única célula. Com base neste conceito foi definido uma taxa de erro média virtual para cada um desses sistemas de célula única que compõem o sistema multicelular, permitindo assim projectar esquemas de alocação de potência completamente distribuídos. Todos os esquemas propostos foram avaliados em cenários realistas, bastante próximos dos considerados no LTE. Os resultados mostram que os esquemas propostos são eficientes a remover a interferência entre células e que o desempenho das técnicas de alocação de potência propostas é claramente superior ao caso de não alocação de potência. O desempenho dos sistemas completamente distribuídos é inferior aos baseados num processamento centralizado, mas em contrapartida podem ser usados em sistemas em que a rede de suporte não permita a troca de grandes quantidades de informação.

Advanced energy efficient coordinated multi-point transmission for OFDMA

The ever-growing energy consumption in mobile networks stimulated by the expected growth in data tra ffic has provided the impetus for mobile operators to refocus network design, planning and deployment towards reducing the cost per bit, whilst at the same time providing a signifi cant step towards reducing their operational expenditure. As a step towards incorporating cost-eff ective mobile system, 3GPP LTE-Advanced has adopted the coordinated multi-point (CoMP) transmission technique due to its ability to mitigate and manage inter-cell interference (ICI). Using CoMP the cell average and cell edge throughput are boosted. However, there is room for reducing energy consumption further by exploiting the inherent exibility of dynamic resource allocation protocols. To this end packet scheduler plays the central role in determining the overall performance of the 3GPP longterm evolution (LTE) based on packet-switching operation and provide a potential research playground for optimizing energy consumption in future networks. In this thesis we investigate the baseline performance for down link CoMP using traditional scheduling approaches, and subsequently go beyond and propose novel energy e fficient scheduling (EES) strategies that can achieve power-e fficient transmission to the UEs whilst enabling both system energy effi ciency gain and fairness improvement. However, ICI can still be prominent when multiple nodes use common resources with di fferent power levels inside the cell, as in the so called heterogeneous networks (Het- Net) environment. HetNets are comprised of two or more tiers of cells. The rst, or higher tier, is a traditional deployment of cell sites, often referred to in this context as macrocells. The lower tiers are termed small cells, and can appear as microcell, picocells or femtocells. The HetNet has attracted signiffi cant interest by key manufacturers as one of the enablers for high speed data at low cost. Research until now has revealed several key hurdles that must be overcome before HetNets can achieve their full potential: bottlenecks in the backhaul must be alleviated, as well as their seamless interworking with CoMP. In this thesis we explore exactly the latter hurdle, and present innovative ideas on advancing CoMP to work in synergy with HetNet deployment, complemented by a novel resource allocation policy for HetNet tighter interference management. As system level simulator has been used to analyze the proposed algorithm/protocols, and results have concluded that up to 20% energy gain can be observed.

Dependable wireless real-time communications for open environments

Wireless communication technologies have become widely adopted, appearing in heterogeneous applications ranging from tracking victims, responders and equipments in disaster scenarios to machine health monitoring in networked manufacturing systems. Very often, applications demand a strictly bounded timing response, which, in distributed systems, is generally highly dependent on the performance of the underlying communication technology. These systems are said to have real-time timeliness requirements since data communication must be conducted within predefined temporal bounds, whose unfulfillment may compromise the correct behavior of the system and cause economic losses or endanger human lives. The potential adoption of wireless technologies for an increasingly broad range of application scenarios has made the operational requirements more complex and heterogeneous than before for wired technologies. On par with this trend, there is an increasing demand for the provision of cost-effective distributed systems with improved deployment, maintenance and adaptation features. These systems tend to require operational flexibility, which can only be ensured if the underlying communication technology provides both time and event triggered data transmission services while supporting on-line, on-the-fly parameter modification. Generally, wireless enabled applications have deployment requirements that can only be addressed through the use of batteries and/or energy harvesting mechanisms for power supply. These applications usually have stringent autonomy requirements and demand a small form factor, which hinders the use of large batteries. As the communication support may represent a significant part of the energy requirements of a station, the use of power-hungry technologies is not adequate. Hence, in such applications, low-range technologies have been widely adopted. In fact, although low range technologies provide smaller data rates, they spend just a fraction of the energy of their higher-power counterparts. The timeliness requirements of data communications, in general, can be met by ensuring the availability of the medium for any station initiating a transmission. In controlled (close) environments this can be guaranteed, as there is a strict regulation of which stations are installed in the area and for which purpose. Nevertheless, in open environments, this is hard to control because no a priori abstract knowledge is available of which stations and technologies may contend for the medium at any given instant. Hence, the support of wireless real-time communications in unmanaged scenarios is a highly challenging task. Wireless low-power technologies have been the focus of a large research effort, for example, in the Wireless Sensor Network domain. Although bringing extended autonomy to battery powered stations, such technologies are known to be negatively influenced by similar technologies contending for the medium and, especially, by technologies using higher power transmissions over the same frequency bands. A frequency band that is becoming increasingly crowded with competing technologies is the 2.4 GHz Industrial, Scientific and Medical band, encompassing, for example, Bluetooth and ZigBee, two lowpower communication standards which are the base of several real-time protocols. Although these technologies employ mechanisms to improve their coexistence, they are still vulnerable to transmissions from uncoordinated stations with similar technologies or to higher power technologies such as Wi- Fi, which hinders the support of wireless dependable real-time communications in open environments. The Wireless Flexible Time-Triggered Protocol (WFTT) is a master/multi-slave protocol that builds on the flexibility and timeliness provided by the FTT paradigm and on the deterministic medium capture and maintenance provided by the bandjacking technique. This dissertation presents the WFTT protocol and argues that it allows supporting wireless real-time communication services with high dependability requirements in open environments where multiple contention-based technologies may dispute the medium access. Besides, it claims that it is feasible to provide flexible and timely wireless communications at the same time in open environments. The WFTT protocol was inspired on the FTT paradigm, from which higher layer services such as, for example, admission control has been ported. After realizing that bandjacking was an effective technique to ensure the medium access and maintenance in open environments crowded with contention-based communication technologies, it was recognized that the mechanism could be used to devise a wireless medium access protocol that could bring the features offered by the FTT paradigm to the wireless domain. The performance of the WFTT protocol is reported in this dissertation with a description of the implemented devices, the test-bed and a discussion of the obtained results.