Load balancing on software-defined network controllers

Mestrado em Engenharia InformáticaAs redes definidas por software (ou Software Defined Networks - SDN) contemplarão um importante alicerce nas redes futuras, ao providenciar novas formas mais flexíveis de operar a rede. Também no futuro, se prevê que existirão milhares de milhões de dispositivos ligados, o que irá exacerbar todas as condicionantes do controlo da rede. Até agora, o SDN tem-se focado maioritariamente na sua interação com os comutadores de rede, através de protocolos como o OpenFlow que precisam de ser endereçados. Esta dissertação aborda esta problemática considerando o aspeto de balanceamento de carga em controladores de rede, propondo e analisando uma solução.Software Defined Network (SDN) will contemplate an important foundation for the future networks, by providing new flexible ways to operate them. Also in the future, it is expected that there will be billions of connected devices, which will exacerbate all the constraints of network control. So far, SDN has focused mostly on its interaction with network switches, through protocols such as OpenFlow which need to be addressed. This thesis addresses this problematic considering the aspect of load balancing in Software-Defined Network Controllers, proposing and analysing a solution

Desenvolvimento de manipulador e garra robótica destinados à recolha de frutos em aplicações agrícolas

Cada vez mais a agricultura carece de mão-de-obra, devido ao êxodo das zonas rurais para as zonas urbanas, aliada a um crescente envelhecimento da população mundial. Como o setor agrícola é fundamental à subsistência de todos, não pode parar, a introdução da robótica em determinadas atividades como a colheita de frutos, controlo de infestantes, monitorização, poda, pulverização, manuseamento de solos, navegação autónoma, entre outras, é vista como um contributo da tecnologia a este setor. Na presente dissertação apresenta-se o dimensionamento assim como todas as fases de construção de uma garra robótica desenvolvida para a recolha de frutos caídos no chão de um pomar. Esta atividade visa contribuir para a redução da perda alimentar por via da economia circular, podendo estes frutos caídos serem usados para alimentação animal. Por outro lado, a sua recuperação reduz a potencial carga microbiana e de insetos, e consequentemente nas doenças e pragas que podem ter origem nessa perda, na campanha seguinte. O protótipo foi projetado para ser acoplado ao manipulador cartesiano da plataforma robótica, o que requereu uma análise ao envelope de trabalho do manipulador a fim de determinar os requisitos dimensionais máximos da garra. Mediante os vários aspetos recolhidos sobre as várias garras robóticas expostas na revisão bibliográfica, foi elaborada uma matriz de decisão, de forma avaliar quais as especificações técnicas mais relevantes para a garra robótica. A garra foi modelada tridimensionalmente por via de desenho assistido por computador que permitiu gerar o modelo destinado à impressão 3D por deposição de material fundido, neste caso PLA, utilizada na construção do protótipo. O controlo e comando da garra residiu num microcontrolador da família Arduino, no qual se encontravam ligados os sensores relativos aos limites do envelope de trabalho, pinos de comando do movimento, e os servos motores e motores DC que procederam à movimentação da garra. Foram realizados ensaios experimentais para avaliar o desempenho da garra na recolha de frutos, dependendo da inclinação da plataforma robótica, em duas posições de recolha de frutos (central e lateral). Face aos resultados obtidos, verifica-se que a garra desenvolvida cumpre os objetivos para os quais foi desenvolvida.Agriculture is increasingly lacking in labor due to the exodus from rural to urban areas, combined with an increasing aging of the world's population. Despite this reduction in human resources, the agricultural sector is essential to the survival of the humanity and therefore cannot stop. The introduction of robotics in certain activities such as fruit harvesting, weed control, monitoring, pruning, spraying, soil handling, autonomous navigation, among others, is seen as a contribution of technology to this sector. This dissertation presents the design as well as all the construction phases of a robotic claw developed for collecting fallen fruits on the ground around orchards. This activity aims to contribute to the reduction of food loss through the circular economy, as these fallen fruits can be used for animal feed. On the other hand, its recovery and removal from the fields, reduces the diseases and pests, as insect and bacteria use these fruits as growing grounds. This reduction in the spread of pests and diseases will reduce losses in the following season. The prototype was designed to be coupled in a robotic platform's Cartesian manipulator, which required an analysis of the manipulator's working envelope to determine the maximum dimensional requirements of the grip. Through the various aspects collected about the various robotic claws exposed in the literature review, a decision matrix was created to decide which technical specifications are most relevant for the robotic claw. The claw was modeled three-dimensionally using computer-assisted design, which allowed for the generation of the model for 3D printing by deposition of molten thermoplastics, in this case, PLA, used in the construction of the prototype. The control and command of the claw were done via a microcontroller of the Arduino family, to which the sensors for the limits of the work envelope, movement command pins, and the servo motors and DC motors that carried out the movement of the claw were connected. Experimental tests were carried out to evaluate the performance of the claw in picking fruit, depending on the inclination of the robotic platform, in two positions for collecting the fruit (central and lateral). In view of the results obtained, it appears that the developed claw fulfills the objectives for which it was developed

Reacção pozolânica de metacaulinos e diatomites em argamassas de reabilitação

Mestrado em Engenharia CivilO presente trabalho tem como objectivo principal determinar a reacção pozolânica de metacaulinos e diatomites e encontrar composições capazes de ser aplicadas como argamassas de reabilitação. O trabalho faz referência a reabilitação de revestimentos antigos aos ligantes e materiais pozolânicos e ao seu papel nas argamassas de reabilitação. Descreve-se a metodologia experimental e os procedimentos de ensaio aplicados. O metacaulino e diatomite apresentaram uma elevada reacção pozolânica, especialmente no caso da diatomite. As composições onde se verificaram melhores resultados foram as de traço 1:2 agregado/ligante. Os resultados obtidos deramnos excelentes indicações de que o metacaulino e diatomite são excelentes usados como aditivos pozolânicos em argamassas de reabilitação. ABSTRACT: This work aims to determine the main reaction pozzolanic of metakaolin and diatomite and find compositions able to be implemented as mortars rehabilitation. The work refers rehabilitation of old coatings, the binders and pozzolanic materials and its role in the mortars rehabilitation. Experimental methodology and the test procedures are presented. The metakaolin and diatomite had a high pozzolanic response in the case of diatomite. Specially where better results were found were the one with 1:2 binder/aggregate ratio. The results gave good indication that the metakaolin and diatomite are excellent used as binders using mortars to rehabilitation

Observação, Análise e Interpretação do Jogo de Futebol, na equipa Sub-15 do Leixões Sport Club

A Observação, Análise e Interpretação no Futebol tem evoluído exponencialmente nos últimos anos. Hoje em dia, é imprescindível a presença de um departamento desta área em qualquer clube de Futebol, uma vez que a competição é cada vez debatida e equilibrada. Neste seguimento, existe uma maior necessidade de inserção equipas técnicas multidisciplinares que incluam um observador, com o objetivo de melhorar o rendimento da equipa, e que esta seja bem sucedida. As equipas técnicas pretendem conhecer e controlar o máximo de fatores, sejam estes da própria equipa ou da equipa adversária. A Observação, Análise e Interpretação pode ser uma mais-valia para a concretização desse objetivo. Este relatório surge no âmbito do estágio realizado no Leixões Sport Club na época desportiva 2016/2017 e está dividido em quatro partes fundamentais: 1) o enquadramento da prática profissional, onde se foca o macro contexto e o contexto legal institucional; 2) a realização da prática profissional onde se expõem as tarefas operacionais e complementares realizadas ao longo do estágio; um breve estudo acerca da importância da Observação, Análise e Interpretação na preparação de uma equipa de elite; 3) o desenvolvimento da prática, conclusões que se basearam na experiência diária do estágio e da revisão da literatura, e 4) e finalmente as perspetivas futuras.De modo resumido pode concluir-se que a Observação, Análise e Interpretação do comportamento é uma tarefa decisiva na preparação do treino para o jogo de Futebol, mesmo em escalões de juniores; que a mesma é utilizada por treinadores de diferentes níveis competitivos e a distribuição das informações acerca das equipas adversárias influencia o rendimento das equipas.Observation, Analysis and Interpretation in Football has evolved exponentially in recent years. Nowadays, it is essential to have a department of this area in any Football Club, since the competition is increasingly debated and balanced. In this follow-up, there is a greater need for insertion of multidisciplinary technical teams that include an observer, in order to improve the performance of the team, and that this be successful. The technical teams want to know and control the maximum of factors, be they of the own team or the opposing team. Observation, Analysis and Interpretation can be an asset to achieving this goal. This report is part of the training session held at Leixões Sport Club in the 2016/2017 sports season and is divided into four fundamental parts: 1) the framework of professional practice, which focuses on the macro context and institutional legal context; 2) the performance of the professional practice where the operational and complementary tasks performed during the internship are exposed; a brief study about the importance of Observation, Analysis and Interpretation in the preparation of an elite team; 3) the development of practice, conclusions that were based on the daily experience of the stage and literature review, and 4) and finally the future perspectives. In summary, it can be concluded that the Observation, Analysis and Interpretation of the behavior is a decisive task in the preparation of the training for the game of Football, even in junior levels; that it is used by coaches of different competitive levels and the distribution of information about the opposing teams influences the performance of the teams

Desenvolvimento, simulação e validação de protocolos MAC e de encaminhamento para redes de sensores sem fios

A optimização de protocolos com elevada eficiência energética em redes de sensores sem fios constitui um desafio e a sua aplicação em contextos de automação de processos e recolha de dados apresentou-se como uma grande motivação. Simularam-se aplicações capazes de encaminhar os dados pela rede até ao nó Sink para vários protocolos com diferentes parâmetros ajustáveis, tais como o tempo de escuta; dutycycle e o período de contenção. Consideraram-se sensores MICAz da Crossbow, a funcionar a 2,4GHz (IEEE 802.15.4) e suportados pelo sistema operativo TinyOS para instalação prática da aplicação nos nós sensores, ou suportada pelo simulador Castalia/OMNet++. Como cenário para as aplicações sem mobilidade, considera-se uma área para plantação onde os nós sensores a controlar a humidade do solo. Para as aplicações com mobilidade, considera-se que os nós sensores estão a monitorizar a localização de cada animal duma manada. Verificou-se, através de simulação em Castalia, que quanto maior for o período de escuta maior será o consumo de energia. Nas aplicações com mobilidade, o protocolo S-MAC é o que apresenta uma eficiência energética superior. Nas aplicações sem mobilidade, num cenário com 36 nós dispostos numa grelha rectangular, conclui-se que o protocolo T-MAC tem um desempenho energético ligeiramente superior. Caso se esteja a utilizar uma RSSF, numa aplicação prática em que todos os nós têm uma função crítica, deve-se escolher um valor para o período de contenção correspondente ao valor mais reduzido do desvio padrão da energia consumida. Caso a função de um nó sensor não seja crítica para o sistema, o valor óptimo para o período de contenção é dado pelo valor mínimo da média de consumo de energia da rede. No cenário considerado, os valores óptimos para o período de contenção são 40 e 50 ms, para os casos onde missão individual de cada nó é ―crítica‖ ou ―não crítica‖, respectivamente.The optimization of highly energy efficient protocols for wireless sensors networks is a challenge and its application in contexts of process automation and data collection was faced as an endeavour. Applications able to route data through a network (towards the Sink node) were simulated for different adjustable parameters, such as the listening time; the dutycycle and the contention period. MICAz sensors from Crossbow operating at 2.4 GHz (IEEE 802.15.4) and supported by TinyOS were assumed both for the practical installation of the sensor nodes application and for the Castalia/OMNet++ simulator. As a scenario for applications without mobility, an agriculture planting area was considered, whose soil humidity is monitored by the sensors nodes. In turn, for applications with mobility, one assumes that the sensors nodes are monitoring the location of each animal in a herd. It was found through simulation in Castalia that the longer the listening period is the higher the energy consumption is. In applications with mobility, the S-MAC the protocol is the one with higher energy efficiency. However, for applications without mobility, in a scenario with 36 nodes deployed on a rectangular grid, the simulations showed that T-MAC energy efficiency is slightly better. In a practical application in which all the WSN nodes have a “critical” function, one should choose a value for the contention period corresponding to the lowest value for the standard deviation of the energy spent. If the function of a sensor node is not "critical" for the system, the optimum value for the contention period is achieved for the minimum average energy spent. In the considered scenario, the values of the contention period to be chosen are 40 and 50 ms, for the cases where the individual node mission is "critical" or "non-critical", respectively

A relação professor/aluno na performance da aprendizagem : a componente mental na otimização do rendimento escolar : o estudo da dependência

Este relatório foi redigido no âmbito da conclusão do Mestrado em Ensino de Música pela Universidade Católica Portuguesa – Porto. Está dividido em duas partes, sendo a primeira referente à minha Prática Profissional que decorreu durante o ano letivo 2022/2023 no Conservatório de Música da Jobra e na Escola Profissional de Artes Performativas da Jobra, e englobou as especialidades de Flauta Transversal e Classe de Conjunto. Foi supervisionada pelo Orientador Científico, o Professor Doutor Gil Magalhães e pela Orientadora Pedagógica Cooperante Andreia Soares. A segunda parte do relatório retrata o meu Projeto de Intervenção Pedagógica, que teve como título “A relação professor/aluno na performance da aprendizagem. A componente mental na otimização do rendimento escolar: o estudo da dependência”. Este projeto foi pensado para os alunos do curso profissional de música da Escola Profissional de Artes Performativas da Jobra, ou seja, que frequentavam o 10º, 11º e o 12º ano de escolaridade. Esta intervenção, tinha como tónica as componentes mentais importantes e imprescindíveis para o sucesso escolar dos alunos – a motivação e a ansiedade. Nesta minha investigação decidi estudar esta temática focando a dependência dos alunos em relação aos professores ou o seu inverso. Quão dependentes estão os alunos em relação aos professores nestas componentes mentais? Qual o espaço dos alunos para potenciarem a automotivação e o autocontrolo da ansiedade, e qual a viabilidade ou potencialidade do processo? Vou procurar responder a estas perguntas da melhor forma através da investigação que projetei, dividida em três partes - questionário inicial, intervenção e questionário final – onde irão participar os alunos do curso profissional de música. Os questionários darão inicialmente para conhecer a opinião dos alunos sobre a temática, bem como a importância que dão à mesma, e a sua opinião sobre a dependência pelo professor. Os questionários finais darão para concluir se os pressupostos iniciais dos alunos estavam certos e se este tipo de intervenções podem ou não ser importantes na gestão da motivação e da ansiedade.This report was written as part of the conclusion of the master’s in music teaching at the Catholic University of Portugal – Porto. It is divided into two parts, the first referring to my Professional Practice that took place during the academic year 2022/2023 at the Conservatório de Música da Jobra and at the Escola Profissional de Artes Performativas da Jobra and included the specialties of transverse flute and ensemble class. It was supervised by the scientific guidance, Professor Gil Magalhães and by the cooperating guidance Andreia Soares. The second part of the report describes my Pedagogical Intervention Project, which was entitled “The teacher/student relationship in learning performance. The mental component in optimizing school performance: the study of addiction”. This project was designed for students of the professional music course at Escola Profissional de Artes Performativas da Jobra, that is, those attending the 10th, 11th, and 12th grades. This project focused on the essential mental components for students' academic success – motivation and anxiety. In my investigation, I decided to study this theme focusing on students' dependence on teachers or its opposite. How dependent are students on teachers? What is the space for students to enhance self-motivation and self-control of anxiety and what is the viability or potentiality of the process? These are the questions I would like to see answered at the end of the project. I will try to answer these questions in the best way through the investigation that I designed, divided into three parts - initial questionnaire, intervention, and final questionnaire - in which students of the professional music course will participate. The questionnaires will initially provide information on the student's opinion on the subject, the importance they give to it, and their opinion on the dependence on the teacher. The final questionnaires will allow us to conclude if the students' initial assumptions were correct and if this type of intervention may or may not be important in the management of motivation and anxiety

A novel methodology to restrict the range of motion of human articulations

The human movement has long been a subject of extensive investigation by many authors, involving a vast interest in both clinical and sports applications. The use of biomechanical models of the human body can greatly contribute to the advancement of the body of knowledge in this scientific field as they provide rigorous information on several key biomechanical parameters. Thus, the modeling of human articulations must realistically reproduce their behavior and, therefore, to consider a restricted range of motion (RoM). The RoM is influenced by the bony structures adjacent to the articulations and by the physiological characteristics of the connective tissues, such as muscles and ligaments, surrounding them. This parameter varies amongst subjects and according to the type and anatomical location of each articulation. However, in the multibody systems methodology, the violation of the RoM for a particular joint can be clearly noted if geometrically ideal joints are used. This occurs since no additional constraints are introduced in the joint’s formulation to prevent it from acquiring unfeasible positions. To provide a solution for this problem, in this work, a novel methodology to restrict the RoM of human articulations is proposed within the framework of multibody systems methodologies. Joint resistance moments are applied to simulate the passive resistant behavior of the connective tissues existing around human articulations and to prevent physiologically unfeasible positions of the contiguous bony structures. A three-dimensional biomechanical model of the human lower leg and foot is used as a demonstrative example of application of the proposed methodology, focusing on the ankle articular complex. The results compare the dynamic behavior of the model with and without the application of the joint resistance moments and lead to the conclusion that the proposed methodology allows the correct restriction of the joints’ RoM, while preserving the mechanical energy of the system

Current evidence on biomechanical modeling for the analysis of crutch-assisted gait

Crutches are utilized as a mean of locomotion by patients with a variety of long-term disabilities, such as cerebral palsy or spinal cord injury. These assistive devices help reducing the load imposed on the injured lower extremities, while allowing an upright posture. However, crutch-assisted gait places a considerable repetitive effort on the upper extremities (UE), which are not adapted to weight-bearing tasks, thus contributing to the onset of secondary health conditions. Due to the raising significance of this problem, the research on biomechanical modeling strategies for the analysis of the loads imposed on the UE during crutch-assisted gait has been growing. The resulting scientific knowledge may provide promising options for the improvement of crutch design based on patients’ biomechanical outcomes and, thus, a detailed evaluation of this topic is strongly warranted. This has been the main motivation for preparing this review, which provides a comprehensive discussion and summary of the biomechanical modeling strategies currently available in the literature used to study crutch-assisted gait. PubMed, Scopus, and Web of Science electronic databases were searched on July 2021, and 18 studies, dated from 1985 to 2021, were included. Six studies used commercial software (OpenSim or Anybody), while the remaining developed in-house codes. Fifteen studies considered three-dimensional biomechanical models, among which six focused on the UE, eight modeled the entire human body and one did not provide this information. Musculoskeletal models were considered only in 17% of all studies. Three strategies were used to incorporate crutches on the biomechanical models, namely defining this assistive devices as a rigid body independent of the forearm/hand, imposing a position constraint on the glenohumeral joint, and using an arm/crutch or forearm/crutch system as a single rigid body. Forces exerted on the glenohumeral, elbow and wrist articulations during swing-through crutch gait were double the ones during reciprocal gait