A methodology for obtaining More Realistic Cross-Layer QoS Measurements in mobile networks: A VoIP over LTE Use Case

Los servicios de voz han sido durante mucho tiempo la primera fuente de ingresos para los operadores móviles. Incluso con el protagonismo creciente del tráfico de datos, los servicios de voz seguirán jugando un papel importante y no desaparecerán con la transición a redes basadas en el protocolo IP. Por otra parte, hace años que los principales actores en la industria móvil detectaron claramente que los usuarios no aceptarían una degradación en la calidad de los servicios de voz. Es por esto que resulta crítico garantizar la experiencia de usuario (QoE) en la transición a redes de nueva generación basadas en conmutación de paquetes. El trabajo realizado durante esta tesis ha buscado analizar el comportamiento y las dependencias de los diferentes servicios de Voz sobre IP (VoIP), así como identificar configuraciones óptimas, mejoras potenciales y metodologías que permitan asegurar niveles de calidad aceptables al mismo tiempo que se trate de minimizar los costes. La caracterización del rendimiento del tráfico de datos en redes móviles desde el punto de vista de los usuarios finales es un proceso costoso que implica la monitorización y análisis de un amplio rango de protocolos y parámetros con complejas dependencias. Para abordar desde la raíz este problema, se requiere realizar medidas que relacionen y correlen el comportamiento de las diferentes capas. La metodología de caracterización propuesta en esta tesis proporciona la posibilidad de recoger información clave para la resolución de problemas en las comunicaciones IP, relaciolándola con efectos asociados a la propagación radio, como cambios de celda o pérdida de enlaces, o con carga de la red y limitaciones de recursos en zonas geográficas específicas. Dicha metodología se sustenta en la utilización de herramientas nativas de monitorización y registro de información en smartphones, y la aplicación de cadenas de herramientas para la experimentación extensiva tanto en redes reales y como en entornos de prueba controlados. Con los resultados proporcionados por esta serie de herramientas, tanto operadores móviles y proveedores de servicio como desarrolladores móviles podrían ganar acceso a información sobre la experiencia real del usuario y sobre cómo mejorar la cobertura, optimizar los servicios y adaptar el funcionamiento de las aplicaciones y el uso de protocolos móviles basados en IP en este contexto. Las principales contribuciones de las herramientas y métodos introducidos en esta tesis son los siguientes: - Una herramienta de monitorización multicapa para smartphones Android, llamada TestelDroid, que permite la captura de indicadores clave de rendimiento desde el propio equipo de usuario. Asimismo proporciona la capacidad de generar tráfico de forma activa y de verificar el estado de alcanzabilidad del terminal, realizando pruebas de conectividad. - Una metodología de post-procesado para correlar la información presente en las diferentes capas de las medidas realizadas. De igual forma, se proporciona la opción a los usuarios de acceder directamente a la información sobre el tráfico IP y las medidas radio y de aplicar metodologías propias para la obtención de métricas. - Se ha realizado la aplicación de la metodología y de las herramientas usando como caso de uso el estudio y evaluación del rendimiento de las comunicaciones basadas en IP a bordo de trenes de alta velocidad. - Se ha contribuido a la creación de un entorno de prueba realista y altamente configurable para la realización de experimentos avanzados sobre LTE. - Se han detectado posibles sinergias en la utilización de instrumentación avanzada de I+D en el campo de las comunicaciones móviles, tanto para la enseñanza como para la investigación en un entorno universitario

ACUTA Journal of Telecommunications in Higher Education

In This Issue President\u27s Message From the ACUTA CEO Transforming an lT organization to a Service organization: lt\u27s About the People Beating the odds: lmplementation of a University Portal Journey to the Cloud Near Field Technology Opens Doors Legal Considerations in DAS Deployment Managing BYOD and Mobile Devices in a University Environment One-Size-Fits-All Websites Don\u27t Always Fit lnstitutional Excellence Award: Sewanee: The University of the Sout

Combining multiple tinyML models for multimodal context-aware stress recognition on constrained microcontrollers

As stress continues to be a major health concern, there is growing interest in developing effective stress management systems that can detect and mitigate stress. Deep Neural Networks (DNNs) have shown their effectiveness in accurately classifying stress, but most existing solutions rely on the cloud or large obtrusive devices for inference. The emergence of tinyML provides an opportunity to bridge this gap and enable ubiquitous intelligent systems. In this paper, we propose a context-aware stress detection approach that uses a microcontroller to continuously infer physical activity to mitigate motion artifacts when inferring stress from heart rate and electrodermal activity. We deploy two DNNs onto a single resource-constrained microcontroller for real-world stress recognition, with the resultant stress and activity recognition models achieving 88% and 98% accuracy respectively. Our proposed context-aware approach improves the accuracy and privacy of stress detection systems while eliminating the need to store or transmit sensitive health data

Model checking techniques for runtime testing and QoS analysis

Los sistemas software y hardware se encuentran cada vez más presentes en nuestras vidas, en multitud de campos de aplicación y de cualquier tamaño. El análisis de estos sistemas es una tarea dura pero necesaria para garantizar que cumplan con sus requisitos. Estos requisitos pueden ser de varios tipos, como evitar comportamientos erróneos u ofrecer un rendimiento satisfactorio. Existen muchas técnicas y herramientas diseñadas para atacar este problema. Por lo general, se aplican distintas técnicas dependiendo del tipo de sistema, fase de desarrollo o tipo de análisis. El model checking es una de estas técnicas de análisis. Un model checker analiza el espacio de estados de un sistema para comprobar si el sistema cumple una propiedad dada. Sin embargo, según aumenta la complejidad del sistema a analizar, su espacio de estados crece rápidamente, hasta llegar a un punto en el que no es factible analizarlo. En esta tesis proponemos una solución integrada basada en model checking para analizar sistemas cuyo comportamiento pueda ser observado en forma de trazas de ejecución. Hemos llamado a esta solución OptySim. Nuestra solución permite acceder a sistemas externos de una forma uniforme, permitiendo realizar distintos tipos de análisis sobre diferentes tipos de sistemas de una forma más homogénea. OptySim trata con un conjunto de trazas de ejecución, que representan un subconjunto del espacio de estados completo del sistema. Para obtener dichas trazas el sistema se ejecuta repetidas veces, posiblemente variando parámetros del sistema de acuerdo a las instrucciones del usuario, generándose una traza por cada ejecución. El contenido de las trazas depende de cada sistema, y además puede variar dependiendo de las necesidades del análisis. Para ello se pueden aplicar una de las proyecciones que se han definido, y que transforman trazas completas en trazas abstractas con una menor, pero suficiente para los propósitos del análisis, cantidad de información. El análisis está guiado por uno o más objetivos establecidos por el usuario, tales como asertos o fórmulas de lógica temporal (LTL), y que le dan al análisis el significado pretendido por el usuario. Los objetivos pueden indicar tanto propiedades deseables del sistema, por ejemplo una meta de rendimiento, como propiedades que no deben ocurrir, por ejemplo una condición de error. OptySim se ha aplicado a varios casos de estudio en varias áreas y con distintos propósitos, para demostrar su utilidad. En primer lugar se ha integrado con el simulador de redes ns-2, para análisis de fiabilidad y rendimiento, optimización de parámetros, y validación y ajuste de modelos. Para el segundo grupo de casos de estudio, se ha integrado con una máquina virtual de Java para analizar programas escritos en dicho lenguaje de programación. En esta ocasión, todos los casos de estudio están enfocados a la depuración de programas

Non-invasive techniques for respiratory information extraction based on pulse photoplethysmogram and electrocardiogram

El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de métodos no invasivos para la extracción de información respiratoria a partir de dos señales biomédicas ampliamente utilizadas en la rutina clínica: el electrocardiograma (ECG) y la señal fotopletismográfica de pulso (PPG). La motivación de este estudio es la conveniencia de monitorizar información respiratoria a partir de dispositivos no invasivos que permita sustituir las técnicas actuales que podrían interferir con la respiración natural y que presentan inconvenientes en algunas aplicaciones como la prueba de esfuerzo y los estudios del sueño. Además, si estos dispositivos no invasivos son los ya utilizados en la rutina clínica, la información respiratoria extraída de ellos representa un valor añadido que permite tener una visión más completa del paciente. DESARROLLO TEÓRICO Esta tesis se divide en 6 capítulos. El Capítulo 1 introduce la problemática, motivaciones y objetivos del estudio. También introduce el origen fisiológico de las señales estudiadas ECG y PPG, y cómo y por qué tienen información autonómica y respiratoria que se puede extraer de ellas. El Capítulo 2 aborda la obtención de información respiratoria a partir del ECG. Se han propuesto varios métodos para la obtención de la respiración a partir del ECG (EDR, del inglés ¿ECG derived respiration?). Su rendimiento se suele ver muy afectado en entornos altamente no estacionarios y ruidosos como la prueba de esfuerzo. No obstante, se han propuesto algunas alternativas, como una basada en el ángulo de rotación del eje eléctrico (obtenido del ECG), que es el que mejor funciona en prueba de esfuerzo según nuestros conocimientos. Este método requiere de tres derivaciones ortogonales y es muy dependiente de cada una de ellas, i.e., el método no es aplicable o su rendimiento se reduce significativamente si hay algún problema en alguna de las derivaciones requeridas. En el Capítulo 2 se propone un método EDR nuevo basado en las pendientes del QRS y el ángulo de la onda R. El Capítulo 3 aborda a obtención de información respiratoria a partir de la señal PPG. Se propone un método nuevo para obtener la tasa respiratoria a partir de la señal PPG. Explota una modulación respiratoria en la variabilidad de anchura de pulso (PWV) relacionada con la velocidad y dispersión de la onda de pulso. El Capítulo 4 aborda la extracción de información respiratoria a partir de señales PPG registradas con smarthpones (SCPPG), mediante la adaptación de los métodos basados en la señal PPG presentados en el Capítulo 3. En el Capítulo 5 se propone un método para el diagnóstico del síndrome de apnea obstructiva del sueño (OSAS) en niños basado únicamente en la señal PPG. El OSAS es una disfunción relacionada con la respiración y el sueño que se diagnostica mediante polisomnografía (PSG). La PSG es el registro nocturno de muchas señales durante el sueño, siendo muy difícil de aplicar en entornos ambulatorios. El método que presenta esta tesis está enfocado a diagnosticar el OSAS en niños utilizando únicamente la señal PPG que permitiría considerar un diagnóstico ambulatorio con sus ventajas económicas y sociales. Finalmente, el Capítulo 6 resume las contribuciones originales y las conclusiones principales de esta tesis, y propone posibles extensiones del trabajo. CONCLUSIÓN El método presentado en el Capítulo 2 para estimar la tasa respiratoria a partir de las pendientes del complejo QRS y el ángulo de la onda R en el ECG demostró ser robusto en entornos altamente no estacionarios y ruidosos y por tanto ser aplicable durante ejercicio incluyendo entrenamiento deportivo. Además, es independiente de un conjunto específico de derivaciones y, por tanto, un problema en alguna de ellas no implica una reducción considerable del rendimiento. El método presentado en el Capítulo 3 para estimar la tasa respiratoria a partir de la PWV extraída de la señal PPG está mucho menos afectada por el tono simpático que otros métodos presentados en la literatura que suelen basarse en la amplitud y/o la tasa de pulso. Esto permite una mayor precisión que otros métodos basados en PPG. Además, se propone un método para combinar información de diferentes señales respiratorias, y se utiliza para estimar la tasa respiratoria a partir de la PWV en combinación con otros métodos basados en la señal PPG, mejorando la precisión de la estimación incluso en comparación con otros métodos en la literatura que requieren el ECG o la presión sanguínea. Los métodos propuestos en el Capítulo 4 para estimar la tasa respiratoria mediante señales SCPPG estimaron de forma precisa la tasa respiratoria en sus rangos espontáneos habituales (0.2-0.4 Hz) e incluso a tasas más altas (hasta 0.5 Hz o 0.6 Hz, dependiendo del dispositivo utilizado). El único requerimiento es que el smartphone tenga un luz tipo flash y una cámara para grabar una yema del dedo sobre ella. La popularidad de los smartphones los convierte en dispositivos de acceso y aceptación r¿apidos. Así, para la población general es potencialmente aceptable un método que funciona en smartphones, pudiendo facilitar la medida de algunas constantes vitales utilizando solo la yema del dedo. El método presentado en el Capítulo 5 para el diagnóstico del OSAS en niños a partir de la PPG obtuvo una precisión suficiente para la clínica, aunque antes de ser aplicado en dicho entorno, el método debería ser validado en una base de datos más grande.The main objective of this thesis is to develop non-invasive methods for respiration information extraction from two biomedical signals which are widely adopted in clinical routine: the electrocardiogram (ECG) and the pulse photoplethysmographic (PPG) signal. This study is motivated by the desirability of monitoring respiratory information from non-invasive devices allowing to substitute the current respiration-monitoring techniques which may interfere with natural breathing and which are unmanageable in some applications such as stress test or sleep studies. Furthermore, if these noninvasive devices are those already used in the clinical routine, the respiratory information obtained from them represents an added value which allows a more complete overview of the patient status. This thesis is divided into 6 chapters. Chapter 1 of this thesis introduces the problematic, motivations and objectives of this study. It also introduces the physiological origin of studied ECG and PPG signals, and why and how they carry autonomic- and respiration-related information which can be extracted from them. Chapter 2 of this thesis addresses the derivation of respiratory information from ECG signal. Several ECG derived respiration (EDR) methods have been presented in literature. Their performance usually decrease considerably in highly non-stationary and noisy environments such as stress test. However, some alternatives aimed to this kind of environments have been presented, such as one based on electrical axis rotation angles (obtained from the ECG), which to the best of our knowledge was the best suited for stress test. This method requires three orthogonal leads, and it is very dependent on each one of those leads, i.e., the performance of the method is significantly decreased if there is any problem at any one of the required leads. A novel EDR method based on QRS slopes and R-wave angle is presented in this thesis. The proposed method demonstrated to be robust in highly non-stationary and noisy environments and so to be applicable to exercise conditions including sports training. Furthermore, it is independent on a specific lead set, and so, a problem at any lead do not imply a significantly reduction of the performance. Chapter 3 addresses the derivation of respiratory information from PPG signals. A novel method for deriving respiratory rate from PPG signal is presented. It exploits respiration-related modulations in pulse width variability (PWV) which is related to pulse wave velocity and dispersion. The proposed method is much less affected by the sympathetic tone than other methods in literature which are usually based on pulses amplitude and/or rate. This leads to highest accuracy than other PPG-based method. Furthermore, a method for combining information from several respiratory signals was developed and used to obtain a respiratory rate estimation from the proposed PWV-based in combination with other known PPG-based methods, improving the accuracy of the estimation and outperforming other methods in literature which involve ECG or BP recording. Chapter 4 addresses the derivation of respiratory information from smartphone- camera-acquired-PPG (SCPPG) signals by adapting the methods for deriving respiratory rate from PPG signal presented in Chapter 3. The proposed method accurately estimates respiratory rate from SCPPG signals at its normal spontaneous ranges (0.2-0.4 Hz) and even at higher rates (up to 0.5 Hz or 0.6 Hz, depending on the used device). The only requirement is that these smartphones and tablets contain a flashlight and a video camera to image a fingertip pressed to it. As smartphones and tablets have become common, they meet the criteria of ready access and acceptance. Hence, a mobile phone/tablet approach has the potential to be widely-accepted by the general population and can facilitate the capability to measure some of the vital signs using only fingertip of the subject. Chapter 5 of this thesis proposes a methodology for obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) screening in children just based on PPG signal. OSAS is a sleep-respiration-related dysfunction for which polysomnography (PSG) is the gold standard for diagnosis. PSG consists of overnight recording of many signals during sleep, therefore, it is quite involved and difficult to use in ambulatory scenario. The method presented in this thesis is aimed to diagnose the OSAS in children based just on PPG signal which would allow us to consider an ambulatory diagnosis with both its social and economic advantages. Finally, Chapter 6 summarizes the original contributions and main conclusions of the thesis, and proposes possible extensions of the work

Short-term efficacy of reducing screen media use on physical activity, sleep, and physiological stress in families with children aged 4–14: study protocol for the SCREENS randomized controlled trial

Abstract: Background: During the recent decade presence of digital media, especially handheld devices, in everyday life, has been increasing. Survey data suggests that children and adults spend much of their leisure on screen media, including use of social media and video services. Despite much public debate on possible harmful effects of such behavioral shifts, evidence from rigorously conducted randomized controlled trials in free-living settings, investigating the efficacy of reducing screen media use on physical activity, sleep, and physiological stress, is still lacking. Therefore, a family and home-based randomized controlled trial – the SCREENS trial – is being conducted. Here we describe in detail the rationale and protocol of this study. Methods: The SCREENS pilot trial was conducted during the fall of 2018 and spring of 2019. Based on experiences from the pilot study, we developed a protocol for a parallel group randomized controlled trial. The trial is being conducted from May 2019 to ultimo 2020 in 95 families with children 4–14 years recruited from a population-based survey. As part of the intervention family members must handover most portable devices for a 2-week time frame, in exchange for classic mobile phones (not smartphones). Also, entertainment-based screen media use during leisure must be limited to no more than 3 hours/week/person. At baseline and follow-up, 7-day 24-h physical activity will be assessed using two triaxial accelerometers; one at the right hip and one the middle of the right thigh. Sleep duration will be assessed using a single channel EEG-based sleep monitor system. Also, to assess physiological stress (only assessed in adults), parameters of 24-h heart rate variability, the cortisol awakening response and diurnal cortisol slope will be quantified using data sampled over three consecutive days. During the study we will objectively monitor the families’ screen media use via different software and hardware monitoring systems. Discussion: Using a rigorous study design with state-of-the-art methodology to assess outcomes and intervention compliance, analyses of data from the SCREENS trial will help answer important causal questions of leisure screen media habits and its short-term influence on physical activity, sleep, and other health related outcomes among children and adults. Trial registration: NCT04098913 at https://clinicaltrials.gov [20-09-2019, retrospectively registered]

Analysis of Wireless Body-Centric Medical Sensors for Remote Healthcare

Aquesta tesi aborda el problema de trobar solucions confortables, de baixa potència i sense fils per aplicacions mèdiques. La tesi tracta els avantatges i les limitacions de tres tecnologies de comunicació diferents per la mesura de paràmetres del cos i mètodes per redissenyar sensors per avaluacions òptimes centrades en el cos. La tecnologia RFID es considera una de les solucions més influents per superar el problema del consum d'energia limitat, a causa de la presència de molts sensors connectats. També s'ha estudiat la tecnologia Bluetooth de baixa energia per resoldre els problemes de seguretat i la distància de lectura que, en general, representen el coll d'ampolla de RFID pels sensors de cos. Els dispositius analògics poden reduir dràsticament les necessitats d'energia a causa dels sensors i les comunicacions, considerant pocs elements i un mètode de transmissió simple. S'estudia un mètode de comunicació completament passiu, basat en FSS, que permet una distància de lectura raonable amb capacitats de detecció precises i confiables, que s'ha discutit en aquesta tesi. L'objectiu d'aquesta tesi és investigar múltiples tecnologies sense fils per dispositius portàtils per identificar solucions adequades per aplicacions particulars en el camp mèdic. El primer objectiu és demostrar la facilitat d'ús de les tecnologies econòmiques sense bateria com un indicador útil de paràmetres fisiopatològics mitjançant la investigació de les propietats de les etiquetes RFID. A més a més, s'ha abordat un aspecte més complex respecte a l'ús de petits components passius com sensors sense fils per trastorns del son. Per últim, un altre objectiu de la tesi és el desenvolupament d'un sistema completament autònom que utilitzi tecnologia BLE per obtenir propietats avançades mantenint baix tant el consum com el preuEsta tesis aborda el problema de encontrar soluciones confortables, inalámbricas y de baja potencia para aplicaciones médicas. La tesis discute las ventajas y limitaciones de tres tecnologías de comunicación diferentes para la medición en el cuerpo y los métodos para elegir y remodelar los sensores para evaluaciones óptimas centradas en el cuerpo. La tecnología RFID se considera una de las soluciones más influyentes para superar el consumo de energía limitado debido a la presencia de muchos sensores conectados. Además, la baja energía de Bluetooth se ha estudiado se ha estudiado la tecnologia Bluetooth de baja energia para resolver los problemas de seguridad y la distancia de lectura que, en general, representan el cuello de botella de la RFID para los sensores de cuerpo. Los dispositivos analógicos pueden reducir drásticamente las necesidades de energía debido a los sensores y las comunicaciones, considerando pocos elementos y un método de transmisión simple. Se estudia un método de comunicación completamente pasivo, basado en FSS, que permite una distancia de lectura razonable con capacidades de detección precisas y confiables, que se ha discutido en esta tesis. El objetivo de esta tesis es investigar múltiples tecnologías inalámbricas para dispositivos portátiles para identificar soluciones adecuadas para aplicaciones particulares en campos médicos. El primer objetivo es demostrar la facilidad de uso de las tecnologías económicas sin batería como un indicador útil de dichos parámetros fisiopatológicos mediante la investigación de las propiedades de las etiquetas RFID. Además, se ha abordado un aspecto más complejo con respecto al uso de pequeños componentes pasivos como sensores inalámbricos para enfermedades del sueño. Por último, un resultado de la tesis es desarrollar un sistema completamente autónomo que utilice la tecnología BLE para obtener propiedades avanzadas que mantengan la baja potencia y un precio bajo.This thesis addresses the problem of comfortable, low powered and, wireless solutions for specific body-worn sensing. The thesis discusses advantages and limitations of three different communication technologies for on body measurement and investigate methods to reshape sensors for optimum body-centric assessments. The RFID technology is considered one of the most influential solutions to overcome the limitated power consumption due to the presence of many sensors connected. Further, the Bluetooth low energy has been studied to solve security problems and reading distance that overall represent the bottleneck of the RFID for the body-worn sensors. Analog devices can drastically reduce the energy needs due to the sensors and the communications, considering few elements and a simple transmitting method. An entirely passive communication method, based on FSS is studied, enabling a reasonable reading distance with precise and reliable sensing capabilities, which has been discussed in this thesis. The objective of this thesis is to investigate multiple wireless technologies for wearable devices to identify suitable solutions for particular applications in medical fields. The first objective is to demonstrate the usability of the inexpensive battery-less technologies as a useful indicator of such a physio-pathological parameters by investigating the properties of the RFID tags. Furthermore, a more complex aspect regards the use of small passive components as wireless sensors for sleep diseases has been addressed. Lastly, an outcome of the thesis is to develop an entirely autonomous system using the BLE technology to obtain advanced properties keeping low power and a low price