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Comunicações sem-fios de tempo-real para ambientes abertos
Doutoramento em Engenharia InformáticaWireless 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.As tecnologias de comunicação sem fios tornaram-se amplamente adoptadas,
surgindo em aplicações heterógeneas que vão desde a localização de vítimas,
pessoal médico e equipamentos em cenários de desastre à monitorização da
condição física de máquinas em ambientes industrials. Muito frequentemente,
as aplicações exigem uma resposta limitada no tempo que, geralmente, em
sistemas distribuídos, é substancialmente dependente do desempenho da
tecnologia de comunicação utilizada. Estes sistemas tendem a possuir
requisitos de tempo-real uma vez que a comunicação de dados tem de ser
conduzida dentro de limites temporais pré-definidos que, quando não
cumpridos, podem comprometer o correcto funcionamento do sistema e
resultar em perdas económicas ou colocar em risco vidas humanas.
A potencial adopção de tecnologias sem-fios para um crescente número de
cenários traduz-se num aumento da complexidade e heterogeneidade dos
requisitos operacionais relativamente às tecnologias cabladas. A acompanhar
esta tendência verifica-se uma crescente procura de sistemas distribuídos,
caracterizados quer por uma boa relação custo-eficácia, quer pela simplicidade
de instalação, manutenção e adaptação. Ao mesmo tempo, estes sistemas
tendem a requerer flexibilidade operacional, que apenas pode ser assegurada
se a tecnlogia de comunicação empregue supportar transmissões de dados
dispoletadas quer por eventos (event-triggered), quer por tempo (timetriggered)
e se, ao mesmo tempo, em funcionamento, permitir a alteração dos
parâmetros de comunicação correspondentes.
Frequentemente, as aplicações com comunicações sem fios caracterizam-se
por exigências de instalação que apenas podem ser endereçadas usando
alimentação através de baterias e/ou mecanismos de recolha de energia do
ambiente envolvente. Estas aplicações têm tipicamente requisitos exigentes de
autonomia e de tamanho, impedindo o recurso a baterias de grande dimensão.
Dado que o suporte de comunicações pode representar uma parte significativa
dos requisitos de energia da estação, o uso de tecnologias de comunicação de
elevado consumo não é adequado. Desta forma, nestas aplicações, as
tecnologias de comunicação de curto-alcance tornaram-se amplamente
adoptadas uma vez que, apesar de se caracterizarem por taxas de
transmissão inferiores, consomem apenas uma fracção da energia das
tecnologias de maior alcance.
resumo
Em geral, os requisitos de pontualidade da comunicação de dados podem ser
cumpridos através da garantia da disponibilidade do meio no instante em que
qualquer estação inicie uma transmissão. Em ambientes controlados esta
disponibilidade pode ser garantida, na medida em que existe um controlo de
quais as estações que foram instaladas na área e qual a sua função.
Contrariamente, em ambientes abertos, tal controlo é difícil de garantir uma
vez que não existe conhecimento a priori de que estações ou tecnologias
podem competir pelo meio, tornando o suporte de comunicações de temporeal
um desafio difícil de implementar em cenários com estações de
comunicação não controladas.
As comunicações de baixo consumo têm sido o foco de um esforço de
investigação bastante amplo, por exemplo, no domínio das redes de sensores
sem fios. Embora possam permitir uma maior autonomia a estações baseadas
em baterias, estas tecnologias são reconhecidas como sendo negativamente
influenciadas por tecnologias semelhantes competindo pelo mesmo meio e,
em particular, por tecnologias que utilizem níveis de potência de transmissão
mais elevados em bandas de frequências comuns. De forma cada vez mais
acentuada, a banda industrial, científica e médica (ISM) dos 2.4 GHz tem-se
tornado mais saturada com tecnologias que competem entre si pelo acesso ao
meio tais como, por exemplo, Bluetooth e ZigBee, dois padrões de
comunicação que são a base de vários protocolos de tempo-real. Apesar
destas tecnologias aplicarem mecanismos para melhorar a sua coexistência,
são vulneráveis a transmissões de estações não controladas que usem as
mesmas tecnologias ou que usem tecnologias com níveis de potência de
transmissão mais elevados, impedindo, desta forma, o suporte de
comunicações de tempo-real fiáveis em ambientes abertos.
O protocolo de comunicação sem fios flexível disparado por tempo (WFTT) é
baseado numa arquitectura mestre/múltiplo escravo alavancado na
flexibilidade e pontualidade promovidas pelo paradigma FTT e na captura e
manutenção determinística do meio suportadas pela técnica de bandjacking
(captura de banda). Esta tese apresenta o protocolo WFTT e argumenta que
este permite suportar serviços de comunicação de tempo-real com requisitos
elevados de fiabilidade em ambientes abertos onde várias tecnologias de
comunicação baseadas em contenção disputam o acesso ao meio. Adicionalmente, esta tese reivindica que é possível suportar comunicações
sem-fios simultaneamente flexíveis e pontuais em ambientes abertos. O
protocolo WFTT foi inspirado no paradigma FTT, do qual importa os serviços
de alto nível como, por exemplo, o controlo de admissão. Após a observação
da eficácia da técnica de bandjacking em assegurar o acesso ao meio e a
correspondente manutenção, foi reconhecida a possibilidade de utilização
deste mecanismo para o desenvolvimento de um protocolo de acesso ao meio,
capaz de oferecer as funcionalidades do paradigma FTT em meios de
comunicação sem-fios. O desempenho do protocolo WFTT é reportado nesta
tese com uma descrição dos dispositivos implementados, da bancada de
ensaios desenvolvida e dos resultados obtidos
Flexible management of bandwidth and redundancy in fieldbuses
Doutoramento em Engenharia ElectrotécnicaOs sistemas distribuídos embarcados (Distributed Embedded Systems – DES) têm sido usados ao longo dos últimos anos em muitos domínios de aplicação, da robótica, ao controlo de processos industriais passando pela aviónica e pelas aplicações veiculares, esperando-se que esta tendência continue nos próximos anos.
A confiança no funcionamento é uma propriedade importante nestes domínios de aplicação, visto que os serviços têm de ser executados em tempo útil e de forma previsível, caso contrário, podem ocorrer danos económicos ou a vida de seres humanos poderá ser posta em causa.
Na fase de projecto destes sistemas é impossível prever todos os cenários de falhas devido ao não determinismo do ambiente envolvente, sendo necessária a inclusão de mecanismos de tolerância a falhas.
Adicionalmente, algumas destas aplicações requerem muita largura de banda, que também poderá ser usada para a evolução dos sistemas, adicionandolhes novas funcionalidades.
A flexibilidade de um sistema é uma propriedade importante, pois permite a sua adaptação às condições e requisitos envolventes, contribuindo também para a simplicidade de manutenção e reparação. Adicionalmente, nos sistemas
embarcados, a flexibilidade também é importante por potenciar uma melhor utilização dos, muitas vezes escassos, recursos existentes.
Uma forma evidente de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas dos sistemas embarcados distribuídos é a replicação dos barramentos do sistema. Algumas soluções existentes, quer comerciais quer académicas,
propõem a replicação dos barramentos para aumento da largura de banda ou para aumento da tolerância a falhas. No entanto e quase invariavelmente, o propósito é apenas um, sendo raras as soluções que disponibilizam uma maior
largura de banda e um aumento da tolerância a falhas. Um destes raros exemplos é o FlexRay, com a limitação de apenas ser permitido o uso de dois
barramentos.
Esta tese apresentada e discute uma proposta para usar a replicação de barramentos de uma forma flexível com o objectivo duplo de aumentar a
largura de banda e a tolerância a falhas. A flexibilidade dos protocolos propostos também permite a gestão dinâmica da topologia da rede, sendo o número de barramentos apenas limitado pelo hardware/software.
As propostas desta tese foram validadas recorrendo ao barramento de campo
CAN – Controller Area Network, escolhido devido à sua grande implantação no mercado. Mais especificamente, as soluções propostas foram implementadas e validadas usando um paradigma que combina flexibilidade com comunicações event-triggered e time-triggered: o FTT – Flexible Time- Triggered. No entanto, uma generalização para CAN nativo é também apresentada e discutida.
A inclusão de mecanismos de replicação do barramento impõe a alteração dos antigos protocolos de replicação e substituição do nó mestre, bem como a definição de novos protocolos para esta finalidade. Este trabalho tira partido da
arquitectura centralizada e da replicação do nó mestre para suportar de forma eficiente e flexível a replicação de barramentos. Em caso de ocorrência de uma falta num barramento (ou barramentos) que poderia provocar uma falha no sistema, os protocolos e componentes propostos nesta tese fazem com que o sistema reaja, mudando para um modo de funcionamento degradado. As
mensagens que estavam a ser transmitidas nos barramentos onde ocorreu a falta são reencaminhadas para os outros barramentos.
A replicação do nó mestre baseia-se numa estratégia líder-seguidores (leaderfollowers),
onde o líder (leader) controla todo o sistema enquanto os seguidores (followers) servem como nós de reserva. Se um erro ocorrer no nó
líder, um dos nós seguidores passará a controlar o sistema de uma forma transparente e mantendo as mesmas funcionalidades.
As propostas desta tese foram também generalizadas para CAN nativo, tendo sido para tal propostos dois componentes adicionais. É, desta forma possível ter as mesmas capacidades de tolerância a falhas ao nível dos barramentos
juntamente com a gestão dinâmica da topologia de rede.
Todas as propostas desta tese foram implementadas e avaliadas. Uma
implementação inicial, apenas com um barramento foi avaliada recorrendo a uma aplicação real, uma equipa de futebol robótico onde o protocolo FTT-CAN foi usado no controlo de movimento e da odometria.
A avaliação do sistema com múltiplos barramentos foi feita numa plataforma de teste em laboratório. Para tal foi desenvolvido um sistema de injecção de faltas que permite impor faltas nos barramentos e nos nós mestre, e um sistema de medida de atrasos destinado a medir o tempo de resposta após a ocorrência de uma falta.Distributed embedded systems (DES) have been widely used in the last few decades in several application domains, from robotics, industrial process control, avionics and automotive. In fact, it is expectable that this trend will continue in the next years.
In some of these application fields the dependability requirements are very important since the fail to provide services in a timely and predictable manner
may cause important economic losses or even put humans in risk.
In the design phase it is impossible to predict all the possible scenarios of faults, due to the non deterministic behaviour of the surrounding environment.
In that way, the fault tolerance mechanisms must be included in the distributed embedded system to prevent failures occurrence.
Also, many application domains require a high available bandwidth to perform the desired functions, or to turn possible the scaling with the addition of new features.
The flexibility of a system also plays an important role, since it improves the capability to adapt to the surrounding world, and to the simplicity of the repair
and maintenance. The flexibility improves the efficiency of all the system by providing a way to efficiently manage the available resources. This is very important in embedded systems due to the limited resources often available.
A natural way to improve the bandwidth and the fault tolerance in distributed systems is to use replicated buses. Commercial and academic solutions propose the use of replicated fieldbuses for a single purpose only, either to improve the fault tolerance or to improve the available bandwidth, being the first the most common. One illustrative exception is FlexRay where the bus replica
can be used to improve the bandwidth of the overall system, besides enabling redundant communications. However, only one bus replica can be used.
In this thesis, a flexible bus replication scheme to improve both the dependability and the throughput of fieldbuses is presented and studied. It can
be applied to any number of replicated buses, provided the required hardware support is available. The flexible use of the replicated buses can achieve an also flexible management of the network topology.
This claim has been validated using the Controller Area Network (CAN) fieldbus, which has been chosen because it is widely spread in millions of
systems. In fact, the proposed solution uses a paradigm that combines flexibility, time and event triggered communication, that is the Flexible Time-
Triggered over CAN network (FTT-CAN). However, a generalization to native CAN is also presented and studied.
The inclusion of bus replication in FTT-CAN imposes not only new mechanisms but also changes of the mechanisms associated with the master replication, which has been already studied in previous research work. In this work, these
mechanisms were combined and take advantage of the centralized architecture and of the redundant masters to support an efficient and flexible bus
replication.
When considering the system operation, if a fault in the bus (or buses) occurs, and the consequent error leads to a system failure, the system reacts,
switching to a degraded mode, where the message flows that were transmitted in the faulty bus (or buses) change to the non-faulty ones.
The central node replication uses a leader-follower strategy, where the leader controls the system while the followers serve as backups. If an error occurs in
the leader, a backup will take the system control maintaining the system with the same functionalities.
The system has been generalized for native CAN, using two additional components that provide the same fault tolerance capabilities at the bus level,
and also enable the dynamic management of the network topology.
All the referred proposals were implemented and assessed in the scope of this work. The single bus version of FTT-CAN was assessed using a real
application, a robotic soccer team, which has obtained excellent results in international competitions. There, the FTT-CAN based embedded system has been applied in the low level control, where, mainly it is responsible for the
motion control and odometry.
For the case of the multiple buses system, the assessment was performed in a laboratory test bed. For this, a fault injector was developed in order to impose faults in the buses and in the central nodes. To measure the time reaction of the system, a special hardware has been developed: a delay measurement system. It is able to measure delays between two important time marks for posterior offline analysis of the obtained values
Designing Wireless Networks for Delay-Sensitive Internet of Things
Internet of Things (IoT) applications have stringent requirements on the wireless network delay, but have to share and compete for the limited bandwidth with other wireless traffic. Traditional schemes adopt various QoS-aware traffic scheduling techniques, but fail when the amount of network traffic further increases. In addition, CSMA with collision avoidance (CSMA/CA) mechanism enables the coexistence of multiple wireless links but avoids concurrent transmissions, yielding severe channel access delay on the delay-sensitive traffic when the channel is busy.
To address the aforementioned limitations, we present two novel designs of wireless side channel, which operate concurrently with the existing wireless network channel without occupying extra spectrum, but dedicates to real-time traffic. Our key insight of realizing such side channel is to exploit the excessive SNR margin in the wireless network by encoding data as patterned interference. First, we design such patterned interference in form of energy erasure over specific subcarriers in OFDM systems. Delay-sensitive messages can be delivered simultaneously along with other traffic from the same transmitter, which reduces the network queuing delay. Furthermore, we propose EasyPass, another side channel design that encodes data in the same OFDM scheme as being used by the main channel, but using weaker power and narrower frequency bands. By adapting the side channel's transmit power under the main channel's SNR margin, the simultaneous main channel transmission would suffer little degradation. EasyPass reduces the channel access delay by providing extra transmission opportunities when the channel is occupied by other links. Last, we present a novel modulation design that transforms the choices of link rate adaptation from discrete to continuous. With minimum extra overhead, it improves the network throughput and therefore reduces the network delay
Recent Advances in Wireless Communications and Networks
This book focuses on the current hottest issues from the lowest layers to the upper layers of wireless communication networks and provides "real-time" research progress on these issues. The authors have made every effort to systematically organize the information on these topics to make it easily accessible to readers of any level. This book also maintains the balance between current research results and their theoretical support. In this book, a variety of novel techniques in wireless communications and networks are investigated. The authors attempt to present these topics in detail. Insightful and reader-friendly descriptions are presented to nourish readers of any level, from practicing and knowledgeable communication engineers to beginning or professional researchers. All interested readers can easily find noteworthy materials in much greater detail than in previous publications and in the references cited in these chapters
Real-time communications over switched Ethernet supporting dynamic QoS management
Doutoramento em Engenharia InformáticaDurante a última década temos assistido a um crescente aumento na utilização
de sistemas embutidos para suporte ao controlo de processos, de sistemas
robóticos, de sistemas de transportes e veículos e até de sistemas domóticos
e eletrodomésticos. Muitas destas aplicações são críticas em termos de
segurança de pessoas e bens e requerem um alto nível de determinismo com
respeito aos instantes de execução das respectivas tarefas. Além disso, a implantação
destes sistemas pode estar sujeita a limitações estruturais, exigindo
ou beneficiando de uma configuração distribuída, com vários subsistemas
computacionais espacialmente separados. Estes subsistemas, apesar de
espacialmente separados, são cooperativos e dependem de uma infraestrutura
de comunicação para atingir os objectivos da aplicação e, por consequência,
também as transacções efectuadas nesta infraestrutura estão sujeitas às
restrições temporais definidas pela aplicação.
As aplicações que executam nestes sistemas distribuídos, chamados
networked embedded systems (NES), podem ser altamente complexas e
heterogéneas, envolvendo diferentes tipos de interacções com diferentes
requisitos e propriedades. Um exemplo desta heterogeneidade é o modelo de
activação da comunicação entre os subsistemas que pode ser desencadeada
periodicamente de acordo com uma base de tempo global (time-triggered),
como sejam os fluxos de sistemas de controlo distribuído, ou ainda ser
desencadeada como consequência de eventos assíncronos da aplicação
(event-triggered). Independentemente das características do tráfego ou do
seu modelo de activação, é de extrema importância que a plataforma de
comunicações disponibilize as garantias de cumprimento dos requisitos da
aplicação ao mesmo tempo que proporciona uma integração simples dos
vários tipos de tráfego.
Uma outra propriedade que está a emergir e a ganhar importância no seio
dos NES é a flexibilidade. Esta propiedade é realçada pela necessidade de
reduzir os custos de instalação, manutenção e operação dos sistemas. Neste
sentido, o sistema é dotado da capacidade para adaptar o serviço fornecido à
aplicação aos respectivos requisitos instantâneos, acompanhando a evolução
do sistema e proporcionando uma melhor e mais racional utilização dos
recursos disponíveis.
No entanto, maior flexibilidade operacional é igualmente sinónimo de
maior complexidade derivada da necessidade de efectuar a alocação dinâmica
dos recursos, acabando também por consumir recursos adicionais no sistema.
A possibilidade de modificar dinâmicamente as caracteristicas do sistema
também acarreta uma maior complexidade na fase de desenho e especificação.
O aumento do número de graus de liberdade suportados faz aumentar
o espaço de estados do sistema, dificultando a uma pre-análise. No sentido de
conter o aumento de complexidade são necessários modelos que representem
a dinâmica do sistema e proporcionem uma gestão optimizada e justa dos
recursos com base em parâmetros de qualidade de serviço (QdS).
É nossa tese que as propriedades de flexibilidade, pontualidade e gestão
dinâmica de QdS podem ser integradas numa rede switched Ethernet (SE),
tirando partido do baixo custo, alta largura de banda e fácil implantação. Nesta
dissertação é proposto um protocolo, Flexible Time-Triggered communication
over Switched Ethernet (FTT-SE), que suporta as propriedades desejadas e
que ultrapassa as limitações das redes SE para aplicações de tempo-real tais
como a utilização de filas FIFO, a existência de poucos níveis de prioridade
e a pouca capacidade de gestão individualizada dos fluxos. O protocolo
baseia-se no paradigma FTT, que genericamente define a arquitectura de uma
pilha protocolar sobre o acesso ao meio de uma rede partilhada, impondo
desta forma determinismo temporal, juntamente com a capacidade para
reconfiguração e adaptação dinâmica da rede. São ainda apresentados vários
modelos de distribuição da largura de banda da rede de acordo com o nível de
QdS especificado por cada serviço utilizador da rede.
Esta dissertação expõe a motivação para a criação do protocolo FTT-SE,
apresenta uma descrição do mesmo, bem como a análise de algumas das
suas propiedades mais relevantes. São ainda apresentados e comparados
modelos de distribuição da QdS. Finalmente, são apresentados dois casos de
aplicações que sustentam a validade da tese acima mencionada.During the last decade we have witnessed a massive deployment of embedded
systems on a wide applications range, from industrial automation to process
control, avionics, cars or even robotics. Many of these applications have an
inherently high level of criticality, having to perform tasks within tight temporal
constraints. Additionally, the configuration of such systems is often distributed,
with several computing nodes that rely on a communication infrastructure to
cooperate and achieve the application global goals. Therefore, the communications
are also subject to the same temporal constraints set by the application
requirements.
Many applications relying on such networked embedded systems (NES)
are complex and heterogeneous, comprehending different activities with different
requirements and properties. For example, the communication between
subsystems may follow a strict temporal synchronization with respect to a
global time-base (time-triggered), like in a distributed feedback control loop,
or it may be issued asynchronously upon the occurrence of events (eventtriggered).
Regardless of the traffic characteristics and its activation model, it
is of paramount importance having a communication framework that provides
seamless integration of heterogeneous traffic sources while guaranteeing the
application requirements.
Another property that has been emerging as important for NES design and
operation is flexibility. The need to reduce installation and operational costs,
while facilitating maintenance is promoting a more rational use of the available
resources at run-time, exploring the ability to tune service parameters as the
system evolves.
However, such operational flexibility comes with the cost of increasing the
complexity of the system to handle the dynamic resource management, which
on the other hand demands the allocation of additional system resources.
Moreover, the capacity to dynamically modify the system properties also
causes a higher complexity when designing and specifying the system, since
the operational state-space increases with the degrees of flexibility of the
system.
Therefore, in order to bound this complexity appropriate operational models
are needed to handle the system dynamics and carry on an efficient and
fair resource management strategy based on quality of service (QoS) metrics.
This thesis states that the properties of flexibility and timeliness as needed
for dynamic QoS management can be provided to switched Ethernet based
systems. Switched Ethernet, although initially designed for general purpose
Internet access and file transfers, is becoming widely used in NES-based applications.
However, COTS switched Ethernet is insufficient regarding the needs
for real-time predictability and for supporting the aforementioned properties due
the use of FIFO queues too few priority levels and for stream-level management
capabilities. In this dissertation we propose a protocol to overcome those
limitations, namely the Flexible Time-Triggered communication over Switched
Ethernet (FTT-SE). The protocol is based on the FTT paradigm that generically
defines a protocol architecture suitable to enforce real-time determinism on a
communication network supporting the desired flexibility properties.
This dissertation addresses the motivation for FTT-SE, describing the
protocol as well as its schedulability analysis. It additionally covers the resource
distribution topic, where several distribution models are proposed to manage
the resource capacity among the competing services and while considering
the QoS level requirements of each service. A couple of application cases are
shown that support the aforementioned thesis
Systematic Approaches for Telemedicine and Data Coordination for COVID-19 in Baja California, Mexico
Conference proceedings info:
ICICT 2023: 2023 The 6th International Conference on Information and Computer Technologies
Raleigh, HI, United States, March 24-26, 2023
Pages 529-542We provide a model for systematic implementation of telemedicine within a large evaluation center for COVID-19 in the area of Baja California, Mexico. Our model is based on human-centric design factors and cross disciplinary collaborations for scalable data-driven enablement of smartphone, cellular, and video Teleconsul-tation technologies to link hospitals, clinics, and emergency medical services for point-of-care assessments of COVID testing, and for subsequent treatment and quar-antine decisions. A multidisciplinary team was rapidly created, in cooperation with different institutions, including: the Autonomous University of Baja California, the Ministry of Health, the Command, Communication and Computer Control Center
of the Ministry of the State of Baja California (C4), Colleges of Medicine, and the College of Psychologists. Our objective is to provide information to the public and to evaluate COVID-19 in real time and to track, regional, municipal, and state-wide data in real time that informs supply chains and resource allocation with the anticipation of a surge in COVID-19 cases. RESUMEN Proporcionamos un modelo para la implementación sistemática de la telemedicina dentro de un gran centro de evaluación de COVID-19 en el área de Baja California, México. Nuestro modelo se basa en factores de diseño centrados en el ser humano y colaboraciones interdisciplinarias para la habilitación escalable basada en datos de tecnologías de teleconsulta de teléfonos inteligentes, celulares y video para vincular hospitales, clínicas y servicios médicos de emergencia para evaluaciones de COVID en el punto de atención. pruebas, y para el tratamiento posterior y decisiones de cuarentena. Rápidamente se creó un equipo multidisciplinario, en cooperación con diferentes instituciones, entre ellas: la Universidad Autónoma de Baja California, la Secretaría de Salud, el Centro de Comando, Comunicaciones y Control Informático.
de la Secretaría del Estado de Baja California (C4), Facultades de Medicina y Colegio de Psicólogos. Nuestro objetivo es proporcionar información al público y evaluar COVID-19 en tiempo real y rastrear datos regionales, municipales y estatales en tiempo real que informan las cadenas de suministro y la asignación de recursos con la anticipación de un aumento de COVID-19. 19 casos.ICICT 2023: 2023 The 6th International Conference on Information and Computer Technologieshttps://doi.org/10.1007/978-981-99-3236-
Smart Wireless Sensor Networks
The recent development of communication and sensor technology results in the growth of a new attractive and challenging area - wireless sensor networks (WSNs). A wireless sensor network which consists of a large number of sensor nodes is deployed in environmental fields to serve various applications. Facilitated with the ability of wireless communication and intelligent computation, these nodes become smart sensors which do not only perceive ambient physical parameters but also be able to process information, cooperate with each other and self-organize into the network. These new features assist the sensor nodes as well as the network to operate more efficiently in terms of both data acquisition and energy consumption. Special purposes of the applications require design and operation of WSNs different from conventional networks such as the internet. The network design must take into account of the objectives of specific applications. The nature of deployed environment must be considered. The limited of sensor nodes� resources such as memory, computational ability, communication bandwidth and energy source are the challenges in network design. A smart wireless sensor network must be able to deal with these constraints as well as to guarantee the connectivity, coverage, reliability and security of network's operation for a maximized lifetime. This book discusses various aspects of designing such smart wireless sensor networks. Main topics includes: design methodologies, network protocols and algorithms, quality of service management, coverage optimization, time synchronization and security techniques for sensor networks