Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e de...

Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e de Computadores Página 1 de 55

Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e de Computadores

1. Introdução

O Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e de Computadores (PDEEC) é um projecto de ensino do Centro

Algoritmi da Escola de Engenharia da Universudade do Minho que procura garantir aos seus formandos uma

capacidade de compreensão sistemática no domínio específico da Engenharia Electrónica e de Computadores, a par de

uma formação mais global em áreas mais abrangentes, de modo a proporcionar uma formação integrada e de elevado

grau. Para isso o PDEEC confere aos formandos as competências, aptidões e métodos de investigação que asseguram a

capacidade de conceber, projectar, adaptar e realizar um projecto de investigação científica de elevado nível, segundo os

parâmetros de qualidade e inovação internacionalmente aceites.

O curso consta de uma componente curricular e da elaboração de uma tese. Tem a duração mínima de 3 anos – 1 ano

para componente curricular e 2 anos para a conclusão da tese de doutoramento –, prefazendo um total de 180 ECTS. A

conclusão da componente curricular (ou “curso de doutoramento”) confere o direito a um Diploma de “Estudos

Avançados em Engenharia Electrónica e de Computadores.” A tese compreende, necessariamente, um trabalho de

investigação original, com um contributo claro para o alargamento das fronteiras do conhecimento na área do curso.

O PDEEC abrange a maior parte das áreas científicas em que o Centro Algoritmi tem trabalhado e desenvolvido

competências, concretamente:

Controlo, Automação e Robótica

Electrónica de Potência e Energia

Informática Industrial e Sistemas Embebidos

Instrumentação e Microssistemas Electrónicos

Telecomunicações e Comunicações por Computador

Tecnologia dos Sistemas de Informação

2. Estrutura do Curso e Plano de Estudos

O domínio científico do programa é o da Engenharia Electrónica e de Computadores (EEC). O curso de doutoramento é

constituído por Unidades Curriculares (UC´s) de formação transversal, uma Unidade Curricular de Planeamento da

Tese e Unidades Curriculares de Formação Avançada, num total de 60 ECTS.

As 60 ECTS do Curso de Doutoramento distribuem-se seguintes tipologias de unidades curriculares:

10 ECTS preenchidas com UCs de Formação Horizontal, aqui designadas por “Opções Comportamentais e de

Inovação “, pertencentes à área científica de Ciências e Tecnologias Complementares (CTC)

20 ECTS preenchidos com o Planeamento da Dissertação de Eng. Electrónica e de Computadores, pertencentes

à área científica de Engenharia Electrónica e de Computadores (EEC)

30 ECTS preenchidas com UCs de Formação Especializada ou Complementar, aqui designadas por “Opções

Científico-Tecnológicas em Engenharia Electrónica e de Computadores “, pertencentes à área científica de

Engenharia Electrónica e de Computadores


A apresentação do Programa Doutoral em cada uma das edições será feita com o cuidado de divulgar o elenco de UC´s

com funcionamento previsto. De ano para ano poderão ocorrer (ou serão mesmo estimuladas) alterações nos seus

conteúdos, em consonância com as dinâmicas envolventes.

Uma vez admitido no PDEEC, cada aluno deve propor à Comissão Directiva do curso um plano de estudos individual

de acordo com o seu perfil e interesses, tendo em conta a seguinte estrutura curricular:

Unidade Curricular ECTS

1º ano

Opção Comportamental e de Inovação I 5

Opção Comportamental e de Inovação II 5

Opção Científico-Tecnológica em Eng. Electrónica e de Computadores I 5

Opção Científico-Tecnológica em Eng. Electrónica e de Computadores II 5

Opção Científico-Tecnológica em Eng. Electrónica e de Computadores III 5

Opção Científico-Tecnológica em Eng. Electrónica e de Computadores IV 5

Opção Científico-Tecnológica em Eng. Electrónica e de Computadores V 5

Opção Científico-Tecnológica em Eng. Electrónica e de Computadores VI 5

Planeamento de Tese em Eng. Electrónica e de Computadores 20

2º, 3º anos Tese 120

Tabela 1 – Estrutura Geral do Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e de Computadores

Note-se que, embora no PDEEC não estejam formalizados ramos de acordo com diferentes áreas científicas do Centro

Algoritmi, os domínios científicos referidos no ponto 1. deverão ser tidos em conta na elaboração do plano de estudos.

Unidades Curriculares com funcionamento garantido em 2013/14

Opções Comportamentais e Inovação

As 10 ECTS de formação horizontal serão seleccionadas de entre UCs, de 5 ECTS cada, que constam da seguinte

tabela:

1º Semestre 2º Semestre

Métodos de Investigação em Engenharia /

Research Methods in Engineering

Gestão de Projectos / Project Management

Gestão da Inovação / Innovation Management Liderança / Leadership

Comunicação Científica / Scholarly Communication Métodos Quantitativos e Qualitativos na Engenharia /

Quantitative and Qualitative Methods in Engineering


Opções Científico-Tecnológicas em Engenharia Electrónica e de Computadores

As 30 ECTS de Formação Especializada ou Complementar serão seleccionadas de entre UCs, de 5 ECTS cada, que

constam das tabelas que se seguem.

Área de Controlo, Automação e Robótica


Controlo Avançado / Optimal and Adaptive Control Aquisição de Dados e Instrumentação Virtual /

Data Acquisition and Virtual Instrumentation

Processamento de Imagem e Visão por Computador /

Image Processing and Computer Vision

Automação Fabril / Factory Automation

Sistemas Dinâmicos Não-Lineares e Redes Neuronais /

Non-linear Dynamic Systems and Neural Networks

Robótica Industrial e de Serviços /

Industrial Robotics and Servicing Robotics

Visão por Computador / Computer Vision

Área de Electrónica de Potência e Energia


Complementos de Electrónica de Potência /

Complements of Power Electronics Energias Renováveis /

Renewable Energies

Electrónica de Potência e Sistemas de Accionamento /

Power Electronics and Drive Systems Filtros Activos de Potência /

Active Power Filters

Sistemas de Energia /

Energy Systems Qualidade de Energia Eléctrica /

Electric Power Quality

Área de Instrumentação e Microssistemas Electrónicos


Introdução às Microtecnologias no Silício /

Introduction to Silicon Microtecnologies Circuitos Integrados Digitais e Analógicos /

Digital and Analog Integrated Circuits

Microdispositivos de RF para Comunicação sem Fios /

Microdevices for RF Wireless Communication

Microssensores e Microactuadores /

Microsensors and Microactuators

Área de Informática Industrial e Sistemas Embebidos


Design of Multi-Processor Systems-on-Chip I (Seminários)

Design of Multi-Processor Systems-on-Chip II (Seminário)

Runtime environments and compilation systems for

current Embedded Systems I (Seminários) Modeling of Distributed Embedded Systems II

(Seminários)

Modeling of Distributed Embedded Systems I

(Seminários) Runtime environments and compilation systems for

current Embedded Systems II (Seminários)


Área de Telecomunicações e Comunicações por Computador


Encaminhamento de Tráfego nas Redes IP /

Traffic Routing in IP Networks

Serviços de Rede e Aplicações /

Network Services and Applications

Redes de Comunicações / Communication Networks Serviços e Sistemas Multimédia /

Multimedia Services and Systems

Sistemas de Telecomunicações – I /

Telecommunications Systems – I

Sistemas de Telecomunicações – II /

Telecommunications Systems – II

Codificação e Transmissão / Coding and Transmission Integração de Sistemas de Comunicações /

Communication Systems Integration

Redes Móveis / Mobile Networks

Comunicações Ópticas /Optical Communications

Área de Tecnologia dos Sistemas de Informação


Análise e Concepção de Sistemas de Informação /

Analysis and Design of Information Systems Engenharia da Segurança de Sistemas de Informação /

Engineering of Security of Information Systems

Segurança em Redes de Computadores /

Security in Computer Networks

Gestão de Redes / Networks Management

Sistemas Distribuídos / Distributed Systems Gestão de Projectos de Sistemas de Informação / Management of Information Systems Projects

Sistemas Ubíquos / Ubiquitous Systems

Tecnologias e Serviços Multimédia /

Multimedia Technologies and Services

Unidades Curriculares que poderão funcionar em ambos os semestres, dependendo de um número

mínimo de alunos inscritos


Investigação Multidisciplinar em Robótica e Aplicações à Medicina & Saúde

Robótica Cognitiva e Interacção Humano-Robô

Robótica: Sistemas Bioinspirados

Sistemas Dinâmicos Não-Lineares e Aplicações à Robótica Autónoma

Sistemas Electrónicos de Localização

Técnicas Avançadas em Imagem Médica


Biodispositivos sem Fios


3. Programas e Resultados de Aprendizagem das Unidades Curriculares

Opções Comportamentais e de Inovação (formação horizontal)

Métodos de Investigação em Engenharia / Research Methods in Engineering

Madalena Araújo ([email protected])

Syllabus

I. The meaning of theory and theory building

II. Research paradigms and approaches in social sciences

Spaces of paradigms

Types of research approaches: quantitative, qualitative, hybrid

Multiple paradigm research approaches

III. Crafting the research plan

Formulation of the research topic

Critical review of the literature

Research design

IV. Data collection methods

Primary and Secondary Data

Sample design

Qualitative data collection methods

Quantitative data collections methods

V. Analysis methods

Qualitative data analysis

Quantitative data analysis

VI. Validity of research methods

Qualitative criteria

Quantitative criteria

VII. Other issues in research methods

Research report writing and oral presentation

Research ethics

Project management - skills and methodologies

Gestão da Inovação / Inovation Management

Eduardo Beira ([email protected])

Syllabus

I. Innovation: Concepts and Framework

Definitions

Historical context

Sources for innovation

Innovation as a competitive tool

mailto:[email protected]



II. Innovation, science and technology

Innovation in technological development

Innovation in engineering

Innovation in research

III. Innovation and organizations

Innovative organizations

Innovation as core business process

Innovation and knowledge management

IV. Managing innovation

Innovation as management process

Framework for an innovation strategy

Understanding the competitive environment

Exploiting technological trajectories

Integration of strategic learning

V. Trends in innovation and innovative environments

Open innovation

Usercentric design

Living-Labs

VI. Case studies

Innovation in design

Innovation in process development

Innovation in process optimization

Innovation in the supply chain

Organizational innovation

Innovation in software development

Liderança / Leadership

António Paisana ([email protected])

Syllabus

I. Organizational Leadership

II. Strategic leadership

III. The leaders and the large scale change

IV. Processes of negotiation and conflict resolution

Gestão de Projectos / Project Management

Valério Carvalho ([email protected])

Syllabus

I. Project Management Growth: Concepts and Definitions.

II. Organizational Structures.

III. Management Functions.

IV. Planning.




V. Network Scheduling Techniques.

VI. Project Graphics.

VII. Pricing and Estimating.

VIII. Cost Control.

IX. Risk Management

X. Quality Management.

Comunicação Científica / Scholarly Communication

Ana Baptista ([email protected])

Syllabus

I. Scholarly communication process;

II. Ethics;

III. Quality control;

IV. Open Access;

V. Scientometrics;

VI. Bibliographic databases;

VII. Bibliografic search;

VIII. Citation and referencing;

IX. Structure of scientific texts;

X. Writing scientific texts;

XI. Literature review;

XII. Presentations and posters of scientific works.

Métodos Quantitativos e Qualitativos na Engenharia / Quantitative and Qualitative Methods in Engineering

Ana Braga ([email protected])

Celina Leão ([email protected])

Cristina Rodrigues ([email protected])

Lino Costa ([email protected])

Syllabus

I. Bloco de homogeneização de conhecimentos em estatística e inferência estatística

Conceitos estatísticos básicos

Tipos de dados e fontes de dados

Recolha de dados primários e dados secundários (questionários, estatísticas ine)

Apresentação de dados e resultados

Definição de hipóteses, tipos de erro e estimação

Como usar o SPSS

II. Técnicas de planeamento de experiências

Componentes e princípios do planeamento de experiências

Experiências com um fator

Introdução ao planeamento fatorial

Técnicas de análise paramétricas e não paramétricas







Uso de SPSS no planeamento de experiências

III. Técnicas de causalidade

Causalidade estatística: Algumas considerações históricas

A linguagem dos potenciais resultados. Definição de efeitos causais através de potenciais resultados

Técnicas de análise de causa-efeito de natureza quantitativa e qualitativa

Análise de causa-efeito em SPSS

IV. Técnicas de análise para dados qualitativos

Enquadramento da Análise Qualitativa de Dados. Relação entre métodos qualitativos e quantitativos, limites

de cada abordagem e considerações práticas de dados qualitativos. Objetivos e técnicas de recolha (estudos de

caso, entrevistas (não-estruturadas, semi-estruturadas, estruturadas), questionários, história de vida, grupo focal, técnicas projetivas e observação participante)

Técnicas de análises qualitativas, categorização dos dados e construção de tipologias

Utilização de SPSS e outros programas informáticos na análise de dados qualitativos


Opções Científico-Tecnológicas em Engenharia Electrónica e de Computadores


Aquisição de Dados e Instrumentação Virtual / Data Acquisition and Virtual Instrumentation

Jaime Fonseca ([email protected])

Conteúdos programáticos

1. Introdução aos sistemas de aquisição de dados

2. Instrumentação, sensores e medidas

2.1 Características dos sensores

2.2 Tipo de sensores: temperatura, luz, Força, deslocamento, som, caudal e distância

3. Acondicionamento de sinal

3.1 Amplificação

3.2 Filtragem

3.3 Linearização

3.4 Excitação

3.5 Isolamento

3.6 OPAMPs-montagens típicas

4. Concepção de um Automatismo

4.1 Caraterísticas e estrutura de um automatismo

4.2 Implementação de um automatismo

4.3 Métodos gráficos para representação da lógica-Grafcet

5. Autómatos Programáveis

5.1 Estrutura de um autómato: entrada, saídas, CPU, memórias e cartas mais usuais

5.2 Programação de autómatos

5.3 Linguagens de programação

5.4 Áreas de memória-CP1L

5.5 Instruções de tratamento lógico

5.6 Linguagem Ladder

5.7 Bloco de funções

6. Sistemas de aquisição

6.1 Implementações usando uma placa arduino e a 6008 da NI

7. Instrumentação virtual

7.1 Labview

Syllabus

1. Introduction to Data Acquisition Systems

2. Instrumentation, sensors and measurements

2.1. Characteristics of the sensors

2.2. Type of the sensors : Temperature, Optical, Force, displacement, Sound, Flow and distance.

3. Signal conditioning

3.1. Amplification



3.2 Filtering

3.3. Linearization

3.4. Excitation

3.5. Isolation

3.6. OPAMPs - Basic assemblies

4. Conception of an automatism

4.1. Characteristic and structure of an automatism

4.2. Implementation of an automatism

4.3. Logic representation with graphic methods: Grafcet

5. Programmable logic controllers (PLC)

5.1. PLC structure : inputs, outputs, CPU, memory, cards more usual

5.2. Programming PLCs

5.3. Programming languages

5.4. Memory areas - CP1L

5.5. Logical instructions

5.6. Ladder language

5.7. Functions Blocks

6. Acquisition systems

6.1. Implementations using the arduino board and 6008-NI board

7. Virtual instrumentation

7.1 Labview

Resultados de aprendizagem

Explicar e identificar os principais problemas relacionados com os sistemas de aquisição de dados. Categorizar e

discriminar diferentes transdutores de entrada e saída. Entender as suas características.

Perceber as arquitecturas e características dos autómatos programáveis (PLC), as diferentes cartas de

acondicionamento de sinal e as cartas de comunicação e de controlo.

Projectar e implementar controladores sequenciais em Grafcet.

Analisar e implementar em diagramas de escada diversos problemas de automação.

Explicar e distinguir as diferentes arquitecturas e requisitos de hardware utilizados na aquisição de dados.

Especificar/projectar e selecionar hardware para diferentes aplicações de aquisição de dados.

Experimentar e construir um sistema de aquisição de dados com base em instrumentos virtuais utilizando a ferramenta Labview.

Learning outcomes

To explain and to identify the main problems related with the data acquisition system. Categorize and discriminate

several input and output transducers. Understanding Its features.

Understand the characteristics and architectures of the PLCs, the different signal conditioning cards and the

communication and control cards.

Design and implement sequential controllers in Grafcet.

Analyze and implement in ladder diagrams different automation problems/applications.

To explain and to differentiate the different architectures more used in the data acquisition systems. To specify and to

select the hardware for different applications of data acquisition systems. Implementation and test of a real data

acquisition system in Labview


Automação Fabril / Factory Automation

Antonio Fernando Macedo Ribeiro ([email protected])


1. Introdução

2. História da Automação

3. Tipos de Produção

4. Desenho para produção

5. Desafios chave

6. Desenho para a automação Considerações Manipulação de peças Alimentação de peças Automação, Planeamento

Alimentadores

7. Sistemas de CAD CAD para quê, Exemplos, Projectos Desenho, Entidades, Vantagens do CAD, Funcionalidades

extra

8. Controlo Numérico Perspectiva histórica Componentes básicos

9. Sistemas de coordenadas Posicionamento incremental / absoluto Tipos de sistema NC Aplicações

10. Processo de maquinagem Vantagens e características Componentes e Integração

11. Introdução Componentes Sensores Processadores Actuadores Drives

12. Prototipagem Rápida

13. Conceito Protótipo, Prototipagem Rápida Vantagens/Desvantagens

14. Principais Processos (SLA, SLS, FDM, SGC, 3D Printing) Aplicações

15. Custos da PR Soldadura Industrial Aplicações de Soldadura Definições de Soldadura Tipos de soldadura

16. MIG em detalhe Consumíveis Parâmetros

Syllabus

1. Introduction

2. History of Automation

3. Types of Production Designing for manufacturing key Challenges

4. Design for Automation Considerations Components handling Feeding parts Automation, Planning bowl Feeders

5. CAD systems CAD purposes, Examples, Projects Drawing, Entities Advantages Other Features

6. Numerical Control Historical Perspective Basic Components

7. Coordinate Systems Positioning incremental / absolute NC System Types Applications

8. Machining Benefits and mains features Components and Integration

9. Introduction basic components sensors processors actuators drives

10. Rapid Prototyping

11. Prototyping Concept, Rapid Prototyping Advantages / Disadvantages

12. Main Processes (SLA, SLS, FDM, SGC, 3D Printing) Applications

13. Costs of PR Industrial welding Welding Applications Welding Definitions Types of welding

14. MIG in detail Consumables parameters


No final desta unidade curricular, os aluno/as devem ter construído e compreendido os conceitos e temas enumerados

no programa detalhado. Bem como serem capazes de resolver problemas de índole teórico-prática e prática sobre os

mesmos e realizar a sua aplicação a casos concretos Automação Fabril.



Learning outcomes

At the end of this module, the students must have must aquire the know-how and basic concepts enumerated on the

detailed program, as well as being able to solve problems of theoretical-practical nature about them, how to make their

application to specific cases in the area of factory automation.

Controlo Avançado / Optimal and Adaptive Control

Paulo José Guimarães Garrido ([email protected])


1. Realimentação completa do estado e colocação de pólos. Modelo discreto de estado e escolha do período de amostragem. Escolha dos pólos. Controlabilidade. Fórmula de Ackermann.

2. Controlo ótimo. Critério de controlo. Equação de Ricatti e determinação do vetor ótimo de ganhos. Solução do

problema de servocomando.

3. Observação do estado. Observabilidade. Ruído de medida e sua caraterização. Filtro de Kalman.

4. Controlo adaptativo. O controlador auto-sintonizável e o controlador por modelo de referência.

Syllabus

1. Complete state feedback and pole placement. Discrete state model and choice of sampling period. Controllability,

Ackermann's formula.

2. Optimal control. Control criterion. Riccati's equation and the optimal gain vector. Solution of the servo problem.

3. State estimation. Observability. Measuring noise and its characteristics. The Kalman filter.

4. Adaptive control. The self-tuning regulator and the adaptive model reference controller.


Explicar os fundamentos e propriedades do projecto de controladores óptimos LQ por realimentação completa do

estado.

Projetar e testar controladores LQ em ambiente de simulação.

Explicar os fundamentos e propriedades do projeto de controladores ótimos LQG

Projetar e testar controladores LQG em ambiente de simulação.

Explicar os fundamentos e propriedades do projecto de controladores adaptativos (STR e MRAC).

Projetar e testar controladores adaptativos (com autosintonização, MRAC) para diferentes sistemas em ambiente de

simulação.

Learning outcomes

To explain fundamentals and properties of LQ optimal controllers.

To design and test LQ controllers in a simulation environment.

To explain fundamentals and properties of LQG optimal controllers.

To design and test LQG controllers in a simulation environment.

To explain fundamentals and properties of adaptive controllers (STR, MRAC).

To design and test adaptive controllers (STR, MRAC) in a simulation environment.

Processamento de Imagem e Visão por Computador / Image Processing and Computer Vision

Agostinho Gil Teixeira Lopes ([email protected])


A unidade curricular está dividida em duas partes globais teóricas.

Na primeira parte encontra-se a componente de aquisição de imagem, onde são dadas as noções básicas de todo o

processo de captura de uma imagem ou vídeo, história e definição de imagem, lentes, sensores e formatos de cor.

Na segunda parte encontra-se a componente de processamento de imagem, assente em bibliotecas livres de funções para

visão por computador, tal como o OpenCV.

A componente prática da unidade curricular é baseada no desenvolvimento de algoritmos de visão ao longo das aulas

práticas, com enfoque num trabalho individual de reconhecimento automático de objetos.




Syllabus

The syllabus is divided into two global theoretical parts.

In the first part is the image acquisition component, where it is provided the understanding of the entire process of

capturing an image or video, some history background and image definition, lenses, sensors and color formats.

In the second part is the image processing component, based on free libraries of functions for computer-vision such as

the OpenCV library.

The practical component of the module is based on the development of algorithms of computer vision along the

practical lessons, with focus on an automatic object recognition work each student has to perform.


No final desta unidade curricular, os alunos devem ter construído e compreendido os conceitos e temas enumerados no

programa detalhado, bem como serem capazes de resolver problemas de índole teórico-prática sobre os mesmos, como

realizar a sua aplicação a casos concretos na área da visão por computador.

Learning outcomes

At the end of this module, students must have constructed and understood the concepts and themes listed in the detailed

programme, as well as being able to solve problems of theoretical-practical nature about them, how to make their

application to specific cases in the area of machine vision.

Robótica Industrial e de Serviços / Industrial Robotics and Servicing Robotics

Antonio Fernando Macedo Ribeiro ([email protected])


1. Introdução

a. Contexto histórico

b. Robots manipuladores e robôs móveis

c. Aplicações na indústria

d. Aplicações na área de serviços

2. Sistemas de coordenadas

3. Estrutura e tipologia de manipuladores

a. Componentes

b. Tipos de juntas

c. Tipos de robots e espaço de trabalho

d. Resolução, repetibilidade e precisão

4. Cinemática de manipuladores série

a. Convenções para atribuição de sistemas de coordenadas

b. Cinemática directa

c. Cinemática inversa

d. Cinemática diferencial

e. Singularidades

5. Estrutura e tipologia de um robô móvel

6. Cinemática de robots móveis

7. Controlo de manipuladores

a. Geração de trajectórias

b. Controlo cinemático

8. Controlo de robots móveis



9. Interacção versus Colaboração Humano-Robô

10. Robótica Cognitiva

11. Robótica cooperativa

Syllabus

1. Introduction

a. historical Context

b. Robots manipulators and mobile robots

c. Industrial applications

d. Applications in the area of services

2. Coordinate Systems

3. Structure and typology of handlers

a. components

b. Types of joints

c. Types of robots and workspace

d. Resolution, repeatability and accuracy

4. Kinematics of serial manipulators

a. Conventions for assigning coordinate systems

b. forward kinematics

c. inverse Kinematics

d. kinematic differential

e. singularities

5. Structure and typology of a mobile robot

6. Kinematics of mobile robots

7. Control of manipulators

a. Trajectory generation

b. kinematic control

8. Control of mobile robots

9. Interaction versus Human-Robot Collaboration

10. Cognitive robotics

11. Cooperative robotics


No final desta unidade curricular, os aluno/as devem ter construído e compreendido os conceitos e temas enumerados no programa detalhado. Bem como serem capazes de resolver problemas de índole teórico-prática e prática sobre os

mesmos e realizar a sua aplicação a casos concretos de Robótica Industrial e de Serviços.

Learning outcomes

At the end of this module, the students must have must aquire the know-how and basic concepts enumerated on the

detailed program, as well as being able to solve problems of theoretical-practical nature about them, how to make their

application to specific cases in the area of Industrial and Servicing Robotics.

Sistemas Dinâmicos Não-Lineares e Redes Neuronais / Non-linear Dynamic Systems and Neural Networks

Estela Bicho ([email protected])


0. Introdução



Relembrar: exemplos, definições e conceitos básicos

Exemplos de Sistemas Dinâmicos modelados por Equações Diferenciais Ordinárias Não-lineares

A importância de ser não linear

1. Sistemas dinâmicos de dimensão 1

Sistemas dinâmicos lineares: revisão de conhecimentos

Sistemas dinâmicos não lineares: análise do comportamento

Sistemas dinâmicos não lineares: bifurcações

Sistemas dinâmicos não lineares: aplicação à geração do comportamento de robôs autónomos

2. Sistemas dinâmicos de dimensão 2

Sistemas dinâmicos lineares: revisão e extensão de conhecimentos

Sistemas dinâmicos não lineares: análise do comportamento

Sistemas dinâmicos não lineares: bifurcações

Sistemas dinâmicos não lineares: aplicação à geração do comportamento de robôs autónomos

3. Sistemas dinâmicos de dimensão ≥3 & Modelos Neuronais Dinâmicos

Sistemas dinâmicos bem comportados & comportamento caótico

Redes neuronais artificiais com comportamento dinâmico

Syllabus

0. Introduction

Examples, definitions and basic concepts

Examples of dynamical systems modeled by Non-linear Ordinary Differential Equations

The importance of being non linear

1. One-dimensional dynamical systems

Linear dynamic systems: a review of knowledge

Nonlinear dynamical systems: behavior analysis

Nonlinear dynamical systems: bifurcations

Nonlinear dynamical systems: application to the generation of the behavior of autonomous robots

2. Second order dynamical systems

Linear dynamic systems: a review and extension of knowledge

Nonlinear dynamical systems: behavior analysis

Nonlinear dynamical systems: bifurcations

Nonlinear dynamical systems: application to the generation of the behavior of autonomous robots

3. Dynamical systems of order n ≥3 & Dynamic Neural Models:

Well behaved dynamic systems & chaotic behavior

Artificial neural networks with dynamic behavior: basic concepts, various types and applications



Definir o que é um sistema dinâmico e discriminar entre um sistema dinâmico linear e não-linear;

Identificar e analisar exemplos de sistemas dinâmicos não-lineares ligados aos circuitos eléctricos, movimento de

corpos e robótica;

Calcular e classificar pontos fixos, pontos de equilíbrio ou estados de um sistema dinâmico;

Aproximar um sistema dinâmico não-linear a um sistema linear qualitativamente equivalente em torno de um ponto

fixo;

Determinar a estabilidade de pontos fixos usando o sistema linear aproximado;

Determinar a estabilidade de pontos fixos usando funções de Lyapunov;

Explicar e identificar, pontos fixos estáticos e pontos fixos dinâmicos;

Determinar as condições em que é possível fazer eliminação adiabática;

Prever o comportamento qualitativo de um sistema dinâmico;

Projectar campos vectoriais que permitam gerar um dado comportamento dinâmico e não-linear para um artefacto.

Projectar e implementar algoritmos recursivos que permitam simular/implementar o comportamento ditado pelo

sistema dinâmico não linear.

Learning outcomes

Empower students with knowledge and skills for the Analysis, Synthesis and Implementation of non-linear

dynamical systems and neural networks, modeled by ordinary differential equations

Focus of applications in the field of Robotics.

… and therefore contribute to the vertical learning objectives of MIEEIC / PDEEIC:

"Understanding and ability to apply and develop the fundamental techniques for the synthesis of robotic systems."

Visão por Computador / Computer Vision

Agostinho Gil Teixeira Lopes ([email protected])


A unidade curricular está dividida em duas partes globais teóricas.

Na primeira parte encontra-se a componente de aquisição de imagem, onde são dadas as noções básicas de todo o

processo de captura de uma imagem ou vídeo, história e definição de imagem, lentes, sensores e formatos de cor.

Na segunda parte encontra-se a componente de processamento de imagem, assente em bibliotecas livres de funções para

visão por computador, tal como o OpenCV.

A componente prática da unidade curricular é baseada no desenvolvimento de algoritmos de visão ao longo das aulas

práticas, com enfoque num trabalho individual de reconhecimento automático de objetos.

Syllabus

The syllabus is divided into two global theoretical parts.

In the first part is the image acquisition component, where it is provided the understanding of the entire process of

capturing an image or video, some history background and image definition, lenses, sensors and color formats.

In the second part is the image processing component, based on free libraries of functions for computer-vision such as

the OpenCV library.

The practical component of the module is based on the development of algorithms of computer vision along the

practical lessons, with focus on an automatic object recognition work each student has to perform.


No final desta unidade curricular, os alunos devem ter construído e compreendido os conceitos e temas enumerados no programa detalhado, bem como serem capazes de resolver problemas de índole teórico-prática sobre os mesmos, como

realizar a sua aplicação a casos concretos na área da visão por computador.

Learning outcomes

At the end of this module, students must have constructed and understood the concepts and themes listed in the detailed

programme, as well as being able to solve problems of theoretical-practical nature about them, how to make their

application to specific cases in the area of machine vision.



Área de Electrónica de Potência e Energia

Complementos de Electrónica de Potência / Complements of Power Electronics

João Luis Afonso ([email protected])


1. Revisão: Máquinas Eléctricas; Correcção de Factor de Potência; Dispositivos de Protecção; Fontes Comutadas.

2. Modelização de Componentes Electrónicos; Transformadores de Instrumentação; Semicondutores de Potência;

Condensadores (Tipos e Aplicações); Resistências Térmicas e Dissipadores.

3. Choques Eléctricos: Causas, Sintomas e Cuidados.

4. Inversores de Electrónica de Potência; Accionamentos de Velocidade Variável para Máquinas Eléctricas.

5. UPSs (Unidades de Alimentação Ininterrupta), Sistemas de Geração de Emergência e Sistemas de Co-Geração.

6. Supercondutores; Células de Combustível (Fuel Cells); Veículos Eléctricos e Híbridos.


Complementar e aprofundar os conhecimentos iniciados com as disciplinas de Electrotecnia, Máquinas Eléctricas e

Electrónica de Potência.

Modelizar, reconhecer e aplicar componentes electrónicos, transformadores de instrumentação; semicondutores de

potência; condensadores, dissipadores, etc.

Identificar, reconhecer e distinguir o modo de funcionamento, as características construtivas e as aplicações das

fontes de alimentação comutadas, dos inversores fonte de tensão e fonte de corrente, das UPS’s, dos sistemas de

geração de emergência, e dos sistemas de accionamento para máquinas eléctricas.

Reconhecer as novas tecnologias utilizadas na Engenharia Eléctrica

Electrónica de Potência e Sistemas de Accionamento / Power Electronics and Drive Systems

Manuel Sepúlveda ([email protected])


1. Introdução

2. Sistemas de Electrónica de Potência

3. Semicondutores de Potência

4. Conversores de Potência Genéricos: Rectificadores, Conversores CC/CC, Conversores DC/AC

5. Aplicações de Electrónica de Potência: Sistemas de Accionamento para Máquinas de Corrente Contínua, Sistemas

de Accionamento para Máquinas de Corrente Alternada; Outras Aplicações.


Explicar o princípio de funcionamento dos componentes básicos utilizados em electrónica de potência e interpretar

as suas características principais.

Listar as principais aplicações de conversores de potência.

Explicar o princípio de funcionamento dos conversores de potência controlados por fase e comutados e interpretar as

suas características principais.

Identificar os blocos constituintes dos sistemas de accionamento para máquinas de corrente contínua, explicar o seu

princípio de funcionamento e interpretar as suas características principais.

Identificar os blocos constituintes dos sistemas de accionamento para máquinas de corrente alternada, explicar o seu

princípio de funcionamento e interpretar as suas características principais.

Seleccionar sistemas de accionamento para diferentes aplicações de mecatrónica.




Sistemas de Energia / Energy Systems

Manuel Sepúlveda ([email protected])


Revisão dos conceitos básicos utilizados na análise de sistemas de energia:

1. Sistemas trifásicos e metodologia por unidade.

2. Modelos de transformadores e máquinas síncronas.

Produção de energia elétrica:

1. Centrais hidroelétricas.

2. Centrais térmicas.

3. Centrais nucleares.

Transporte de energia elétrica:

1. Transporte de energia em corrente alternada.

2. Transporte de energia em corrente contínua.

Distribuição de energia elétrica:

1. Subestações.

2. Proteção de sistemas de distribuição em média tensão.

3. Distribuição em baixa tensão.

Novas tecnologias aplicadas a redes elétricas:

1. Energias renováveis

2. Tecnologias combinadas de produção de energia e calor.

3. Armazenamento de energia: células de combustível, volantes de inércia, baterias, condensadores.

4. Sistemas distribuídos de produção de energia.

5. Sistemas eletrónicos de potência para o controlo dos novos sistemas elétricos de energia.

6. O custo da electricidade.

Syllabus:

Review of basic concepts used in the analysis of energy systems:

1. Three-phase systems and per unit methodology.

2. Models of transformers and synchronous machines.

Production of electrical energy:

1. Hydroelectric plants.

2. Thermal power stations.

3. Nuclear power plants.

Transport of electrical energy:

1. Classic energy transport.

2. DC energy transport.

Electric power distribution:

1. Substations.

2. Protection of medium-voltage distribution systems.

3. Low voltage distribution.

New technologies applied to electrical networks:

1. Renewable energy technologies: wind energy, wave energy, solar energy. Combined heat and power production

technologies.



2. Energy storage: fuel cells, flywheels, batteries, capacitors.

3. Distributed energy production systems.

4. Power electronic systems for electrical energy systems applications.

6. The cost of electricity.


Conhecer o funcionamento dos sistemas de produção, transporte, distribuição e utilização de energia eléctrica.

Identificar e compreender os seus vários componentes: máquinas eléctricas, transformadores, equipamentos de

electrónica de potência, aparelhagem de medição, de manobra, seccionamento, corte e protecção, compensadores de

potência reactiva, e diferentes tipos de cargas.

Descobrir as novas tecnologias aplicadas aos sistemas de energia: células de combustível, supercondutores, fontes de

energia renovável, sistemas de co-geração, produção distribuída de energia.

Compreender os problemas técnicos e legais associados à interligação de novas fontes de energia e a forma de os

resolver.

Desenvolver sensibilidade para os aspectos económicos que estão envolvidos na produção, transporte, distribuição de

energia eléctrica e na utilização das novas tecnologias.

Energias Renováveis / Renewable Energies



1. Fontes de Energia Renovável: Solar, Eólica, Geotérmica, Marés, Ondas, Mini-Hídricas, Micro-Hídricas, Biomassa.

2. Tecnologia Solar Fotovoltaica e Eólica.

3. Sistemas para optimização de extracção de energia a partir de painéis solares fotovoltaicos e unidades eólicas.

4. Interface de sistemas de energia renovável com a rede eléctrica.

5. Sistemas para armazenamento de energia: baterias, células de combustível, flywheel.

7. Racionalização de Energia.

8. Eficiência Energética.

9. Veículos Eléctricos e Híbridos.

8. Energia e Meio Ambiente.

Syllabus:

1. Alternative Renewable Energy Sources: Solar, Wind Power, Geothermal, Ocean, Mini-Hydrics, Micro-Hydrics,

Biomass.

2. Photovoltaic Solar and Wind Power Technologies.

3. Systems to energy extraction optimization from solar and wind power systems.

4. Interface of renewable energy sources with electrical power grid.

5. Energy Storage Systems: batteries, fuel cells, fly-wheel.

6. Energy Rationalization.

7. Energy Efficiency.

8. Electric and Hybrid Vehicles.

9. Energy and Environment.


Identificar as relações entre Energia e Meio Ambiente. Descobrir que “a energia mais limpa é a que não foi gasta”.

Classificar as fontes de energia quanto ao nível de poluição, de fabrico e operação.

Interpretar a Legislação Portuguesa e Europeia, os acordos internacionais e os mecanismos de controlo e incentivos relativos à Energia e Meio Ambiente.

Identificar a importância das Energias Renováveis.



Distinguir os diferentes tipos de fontes de energia renovável, interpretar as suas características, relacionando-as com

as aplicações: eólica, solar, hídrica, geotérmica, ondas, marés, bioenergia.

Avaliar as tecnologias associadas à produção e utilização dos diferentes tipos de Energias Renováveis, com especial

ênfase dada às energias eólica e solar fotovoltaica.

Identificar os sistemas, as tecnologias e suas aplicações para o armazenamento de energia proveniente de fontes

renováveis: baterias, células de combustível, flywheel, ultracondensadores, etc.

Projectar sistemas para a interface de fontes de energia renovável com a rede eléctrica, de forma optimizar a

produção e a qualidade da energia eléctrica do lado da rede.

Saber aplicar soluções para o aumento da Eficiência Energética, a partir de métodos de racionalização da utilização da energia.

Dissertar sobre o tema da Energia em Geral e as Fontes de Energia Renováveis, em particular

Filtros Activos de Potência / Active Power Filters



1. Compensação de Reactivos. Operação de Bancos de Condensadores na presença de Harmónicos. Compensação de

Harmónicos. Filtros Passivos.

2. Transporte de Energia em Corrente Contínua. Transporte e Distribuição de Energia em Corrente Alternada.

3. Compensadores Estáticos de Reactivos do tipo RCT e CCT.

4. Filtro Activo de Potência Paralelo, Filtro Activo de Potência Série, Unified Power Quality Conditioner (UPQC), DVR, STATCOM.

5. Inversores com Controlo de Tensão e de Corrente. Operação de Inversores com Conversores de 2 e 3 níveis

(Conversores Multinível).

6. Teorias de Controlo de Filtros Activos de Potência.

Syllabus:

1. Reactive Compensation. Operation of Capacitor Banks in presence of Harmonics. Harmonics Compensation.

Passive Filters.

2. Direct Current Transmission. Alternating Current Transmission and Distribution.

3. Static Reactive Compensators of TCR and TCC types.

4. Shunt Active Power Filter, Series Active Power Filter, Unified Power Quality Conditioner (UPQC), DVR,

STATCOM.

5. Inverters with Voltage Control and Current Control. Inverters Operation with 2 and 3 level Converters (Multilevel

Converters).

6. Control Theories for Active Power Filters.


Identificar, reconhecer e associar os equipamentos de Electrónica de Potência utilizados para condicionamento das

instalações eléctricas e sistemas de potência: equipamentos para compensação de reactivos, conversores para

transporte de energia em CC, filtros activos de potência dos tipos paralelos e série, UPQC, DVR, STATCOM, etc.

Aplicar e projectar inversores com conversores de 2 e 3 níveis (conversores multinível).

Analisar, avaliar e aplicar teorias de controlo de filtros activos de potência.

Projectar andares de potência, sistemas de medição e controladores digitais para filtros activos de potência.

Qualidade de Energia Eléctrica / Electric Power Quality



1. Qualidade de Energia Eléctrica: Problemas, Normas, Sistemas de Monitorização, Soluções Tradicionais, Novas

Soluções. Cuidados nas Instalações Eléctricas.




2. Análise dos Sistemas Eléctricos Monofásicos e Trifásicos (equilibrados e desequilibrados), com e sem Harmónicos.

Teoria das Potências Real e Imaginária Instantâneas (Teoria p-q) aplicada ao entendimento dos problemas de

Qualidade de Energia.

3. Compatibilidade Electromagnética.

4. Qualidade de Energia Eléctrica com a utilização de Fontes de Alimentação sem Interrupção (UPSs) e Sistemas de

Alimentação de Emergência.

5. Qualidade de Energia Eléctrica em sistemas com Accionamentos de Velocidade Variável (ASDs) para Motores.

Syllabus:

1. Power Quality: Problems, Standards, Monitoring Systems, Traditional Solutions, New Solutions. Electrical Installations Design Procedures.

2. Analysis of Single-Phase and Three-Phase (balanced and unbalanced) Power Systems, with and without

Harmonics. Theory of Real and Imaginary Instantaneous Power Components (p-q Theory) applied to the

understanding of Power Quality Problems.

3. Electromagnetic Compatibility (EMC).

4. Power Quality with utilization of Uninterruptible Power Supplies (UPSs) and Emergency Generation Systems.

5. Power Quality in electrical systems with utilization of Adjustable Speed Drives (ASDs).


Identificar, classificar e analisar problemas de Qualidade de Energia Eléctrica e Compatibilidade Electromagnética,

que afectam o bom desempenho de equipamentos e sistemas eléctricos.

Seleccionar, aplicar e projectar soluções que resolvam ou minimizem os problemas de Qualidade de Energia Eléctrica e Compatibilidade Electromagnética.


Introdução às Microtecnologias no Silício / Introduction to Silicon Microtecnologies

Higino Correia ([email protected])


1. Microtecnologias no silício.

2. Física dos semicondutores, semicondutores do grupo III-V, electrões e lacunas, impurezas dadoras e receptoras, semicondutores intrínsecos e extrínsecos, dopagem de semicondutores, condutividade e mobilidade eléctrica nos

semicondutores, energia de Fermi.

3. O silício e as suas propriedades físicas.

4. Materiais utilizados nas microtecnologias no silício.

5. Processos de deposição PVD e CVD.

6. Tecnologia CMOS.

7. Processos de fabrico: micromaquinagem volúmica (bulk-micromachining), micromaquinagem superficial (surface-

micromachining) e o processo LIGA. Sensor de pressão em silício é apresentado como exemplo.

Syllabus:

1. Introduction to the study of the physics of semiconductors, microelectronics and microtechnologies. MEMS.

2. Techniques for fabricating microsensors and microactuators. Techniques for depositing thin films: PVD, CVD and

ECD. fabricating processes: volume and surface micromachining, LIGA and Reactive Ion Etching.

3. Characterization techniques.

4. Applications.

5. Design of digital circuits using CMOS technology.

6. FEM simulation tools.




Compreender os conceitos básicos de microelectrónica e micromaquinagem no silício;

Conhecer os materiais compatíveis com o silício utilizado em microtecnologias e na física dos semicondutores;

Identificar as propriedades e características do silício;

Perceber os processos de tecnologia CMOS, bipolar e micromaquinagem (bulk, surface, LIGA);

Conhecer os processos de deposição PVD e CVD, identificando as diferenças e as situações em que cada processo é

utilizado.

Learning outcomes

Knowing the electronic properties of materials used in microdevices.

Know and apply the fabrication techniques of microsystems.

Identify and describe the operation of microsensors and microactuators. Projecting their manufacturing processes.

Know and apply the techniques of characterization of electronic properties.

Knowing the process of design and manufacture of CMOS circuits.

Designing digital circuits in CMOS.

Using FEM tools to simulate the behavior of microsystems

Microdispositivos de RF para Comunicação sem Fios / Microdevices for RF Wireless Communication

José Afonso ([email protected])


1. Introdução

2. Propagação de ondas EM

3. Linhas de transmissão

4. Parâmetros S

5. Carta de Smith

6. Comunicações sem fios a nível da camada física

7. Noções de qualidade de serviço

8. Controlo de acesso ao meio

9. Redes de comunicação sem fios: IEEE 802.11, IEEE 802.11e, Bluetooth

10. Introdução às redes de sensores sem fios

11. Protocolos para redes de sensores sem fios: IEEE 802.15.4/ZigBee

12. Redes celulares móveis

Syllabus:

1. Introduction

2. Electromagnetic wave propagation

3. Transmission lines

4. S parameters

5. Smith chart

6. Wireless communications at the physical layer

7. Quality of service

8. Medium access control

9. Wireless communication networks: IEEE 802.11, IEEE 802.11e, Bluetooth

10. Introduction to wireless sensor networks (WSN)

11: WSN protocols: IEEE 802.15.4/ZigBee

12. Mobile cellular networks




Reconhecer os elementos básicos de um sistema de radiofrequência (RF);

Aplicar as metodologias de projecto de sistemas de RF;

Examinar os problemas e soluções associadas à comunicação sem fios a nível da camada física e camada de controlo

de acesso ao meio;

Reconhecer as principais tecnologias de redes de comunicação sem fios.

Learning outcomes

To recognize the basic elements of a radio frequency system (RF);

To apply design methodologies of RF systems;

To examine problems and solutions associated with the wireless communication at the physical level and at the

media access control level;

To recognize the key technologies of wireless communication networks.

Circuitos Integrados Digitais e Analógicos / Digital and Analog Integrated Circuits

Luis Gonçalves ([email protected])


1. Modelo analógico dos MOSFET’s

2. Current sources and sinks

3. References

4. Amplificadores

5. Amplificadores com realimentação

6. Amplificadores diferenciais

7. Amplificadores operacionais

8. DACs e ADCs

9. Projecto de um circuito analógico em CMOS e sua caracterização

Syllabus:

1. Analog model of the MOSFET's

2. Current sources and sinks

3. References

4. Amplifiers

5. Amplifier with feedback

6. Difference Amplifiers

7. Operational Amplifiers

8. DACs and ADCs

9. Design of an analog circuit in CMOS and its characterization


Projectar circuitos CMOS analógicos (amplificadores, comparadores) e digitais.

Utilizar ferramentas de simulação de circuitos CMOS

Utilizar ferramentas de desenho de circuitos CMOS

Learning outcomes

To design analog (amplifiers, comparators) and digital CMOS circuits .

To use CMOS simulation tools

To use CMOS design tools



Microssensores e Microactuadores / Microsensors and Microactuators

Luis Rocha ([email protected])


A UC de MSMA combina aulas teórico-práticas, trabalhos de casa e um projecto de desenvolvimento de um

microssensor/microactuador de modo a proporcionar aos alunos uma abordagem teórica dos temas principais

consolidada pela aplicação prática dos conceitos no desenvolvimento de um microssensor/microactuador. O programa

da UC de MSMA é:

1. Introdução

2. Principais princípios de transdução usados nos microssensores

3. Principais microssensores e o seu princípio de funcionamento

4. Características de sensores

5. Aplicações principais de microssensores

6. Introdução ao “lumped modelling”

6.1. Domínio Mecânico

6.2. Domínio Térmico

6.3. Acoplamento electromecânico

7. Modelação de um acelerómetro – Caso de estudo

7.1 Modelação do comportamento dinâmico dos microssistemas

7.2 Modelo dinâmico equivalente

7.3 Determinar as características do microacelerómetro

8. Princípio de funcionamento dos microactuadores

9. Aplicações de microatuadores

Syllabus:

The MSMA course combines theoretical and practical lessons, homework and a project regarding the development of a

microsensor/microactuator in order to provide students with a theoretical approach of key themes consolidated by

practical application of the concepts in the development of a microsensor/microactuator. The MSMA course syllabus is:

1. Introduction

2. Main transduction mechanisms used in microsensors

3. Main microsensors and its working principle

4. Characteristics of sensors

5. Main applications of microsensors

6. Introduction to "lumped modelling"

6.1. Mechanical Domain

6.2. Thermal Domain

6.3. Electromechanical Coupling

7. Modelling of an accelerometer – case study

7.1. Modelling of dynamic behavior of micro-systems

7.2. Dynamic equivalent model

7.3. To determine the characteristics of a microaccelerometer

8. Working principle of microactuators

9. Applications of microatuators




Compreender o modo de funcionamento, incluindo os princípios de transdução usados, dos principais microssensores

disponíveis comercialmente (acelerómetros, giroscópios, sensores de pressão e sensores de fluxo) e suas principais

aplicações.

Saber quais os principais mecanismos existentes na microactuação (microactuadores térmicos, magnéticos,

electrostáticos e piezoelectricos), o seu modo de funcionamento e as principais vantagens e desvantagens de cada

um. Reconhecer aplicações que usam microactuadores e a sua importância.

Compreender como as microtecnologias de fabrico influenciam a concepção de microssensores e microactuadores e

as características dos mesmos.

Aprender como modelar microssensores e microactuadores envolvendo mais do que um domínio físico usando

técnicas de “lumped modelling”. Saber modelar microestruturas no domínio mecânico, térmico e electrostático bem

como o acoplamento entre os vários domínios.

Learning outcomes

To understand the mode of operation, including the transduction principles used, of the main commercially available

microsensors (accelerometers, gyroscopes and pressure sensors, flow sensors) and its main applications.

To know the main existing mechanisms in microactuation (thermal, magnetic, electrostatic, microactuadores and

piezoelectricos), its mode of operation and the main advantages and disadvantages of each of the mechanisms. To

recognize applications that use microactuators and its importance.

Understand how manufacturing microtechnologies influence the design of microsensors and microactuators and their

characteristics.

Learn how to model microsensors and microactuators involving more than one physical domain using "lumped

modelling" techniques. Know how model microstructures on the mechanical, electrostatic and thermal domain as

well as the coupling between the various domains.


Área de Informática Industrial e Sistemas Embebidos

Design of Multi-Processor Systems-on-Chip I (Seminar)

Adriano Tavares ([email protected])

Objectives

Multi-Processor Systems on Chip are at the vanguard of state of the art embedded systems in order to tackle the

growing demand for functionalities. Handling the inherent complexity in designing heterogeneous multi-core systems requires several methodologies and formalisms in order to ensure efficient design, balancing the different metrics.

Syllabus

1. RTL Design: optimizations and tradeoff

Explore the tradeoffs between several different RTL configurations in terms of area, power consumption and

performance.

HDL coding for optimization.

2. Custom Digital Circuit design

Digital circuits for actuation, sensing, signal processing and communication.

Interfaces between FPGA architectures and external circuitry.

FPGA vs ASIC: tradeoffs.

3. Dedicated processor design

Application Specific Instruction Set Processors.

Defining ISAs from application modeling.

4. Programable Processor design

Legacy general purpose processors instruction set architectures.

Design tradeoffs in general purpose processors.

5. Multicore-based Design (platform-based design)

Multi-processor communications.

Networks on chip.

Heterogeneous multi-processor vs homogeneous multi-processors.

Modeling of Distributed Embedded Systems I (Seminar)

Paulo Cardoso ([email protected])

Objectives

The design-to-implementation gap, caused by the difficulty in translating an application specification to a suitable

representation for implementation, requires several different formal methodologies and methods in order to ensure an

efficient design and system documentation, especially to manage the hardware/software partitioning.

Syllabus

1. Design Space Exploration: Optimizations and tradeoff

DSE techniques for hardware-software co-design.

Design cost vs design efficiency.

2. Modeling Approaches

Modeling notations.

UML extensions for distributed hybrid systems.

3. Solution space exloration

Formal/empirical methods for minimization of state space.




Exploring the state space for optimum execution.

Runtime environments and compilation systems for current Embedded Systems I (Seminar)

Paulo Cardoso ([email protected])

Objectives

The current trends in embedded system deployment, fueled by a need to shorten the time to market, accommodating

legacy software and ever-increasing functionality, reliability and battery life, dictates several different runtime and

design layers. These are split in operating systems, virtual machines, hypervisors and binary translation at the runtime

level and power aware compilation, hardware-to-software migration and fault tolerant methodologies at the design level.

Syllabus

1. Object Oriented-Real Time Operating Systems

Real-time kernels implementations.

Object Orientation in operating systems.

2. Hybrid Operating Systems

Software to hardware migrations.

Transparent APIs in hybrid operating systems.

3. Embedded Virtualization systems

Virtualization techniques.

Determinism through virtualization.

4. Compiler-awareness

Compilation for power/energy constrained systems.

Power and energy analysis in heterogeneous systems for efficient compilation.

Design of Multi-Processor Systems-on-Chip II (Seminar)

Jorge Cabral ([email protected])

Objectives

Multi-Processor Systems on Chip are at the vanguard of state of the art embedded systems in order to tackle the

growing demand for functionalities. Handling the inherent complexity in designing heterogeneous multi-core systems

requires several methodologies and formalisms in order to ensure efficient design, balancing the different metrics.

Syllabus

1. Reduction of complexity in datapath-dominated designs

High-abstraction datapath-design methodologies.

Datapaths: throughput, latencies and power consumption.

2. Reduction of complexity in control-dominated designs

High abstraction control-design methodologies.

Microcoded vs state-machine control units.

State Space minimization

3. Physical Implementation on ICs

Design, Implementation and packaging.

4. IC Mask design: digital layout, standard cell techniques, analog layout

CMOS standard cells architecture, analog-digital interfaces.

Floor-planning techniques.




IC design software.

5. Formal verification of MPSoC projects

Introduction to formal verification.

Complexity of verification space.

Modeling of Distributed Embedded Systems II (Seminar)

João Monteiro ([email protected])

Objectives

The design-to-implementation gap, caused by the difficulty in translating an application specification to a suitable representation for implementation, requires several different formal methodologies and methods in order to ensure an

efficient design and system documentation, especially to manage the hardware/software partitioning.

Syllabus

1. Above RTL abstraction levels

Bridging the design to implementation gap.

High-level modeling using UML-extensions

High-level modeling using SystemC.

2. Modeling: project paradigm for real-time distributed systems

Distributed systems architectures

Handling the communication problem in distributed systems.

3. Modeling: component-based real-time systems

Tradeoffs in component based designs.

Ensuring real time behavior using off-the-shelf components.

Component interfaces.

Runtime environments and compilation systems for current Embedded Systems II (Seminar)

José Mendes ([email protected])

Objectives

The current trends in embedded system deployment, fueled by a need to shorten the time to market, accommodating

legacy software and ever-increasing functionality, reliability and battery life, dictates several different runtime and

design layers. These are split in operating systems, virtual machines, hypervisors and binary translation at the runtime

level and power aware compilation, hardware-to-software migration and fault tolerant methodologies at the design

level.

Syllabus

1. Hybrid Dynamic Binary Translation approaches

Dynamic Binary Translation techniques.

Software/Hardware interfaces for DBT.

Advantages and tradeoffs.

2. Dynamic compilation techniques

Dynamic compilation: why and when-

Just-in-Time compilers

3. Real time communications

Fault Tolerant communications

Deterministic communication architectures.




Área de Telecomunicações e Comunicações por Computador

Redes de Comunicações / Communication Networks

Bruno Dias ([email protected])

1. Mecanismos Básicos das Redes de Comunicações

1.1. Introdução às Redes de Telecomunicações

1.2. Multiplexagem (estatística, temporal, por frequência e divisão por código)

1.3. Comutação de pacotes (datagramas e circuitos virtuais)

2. Arquiteturas, Topologias e Tecnologias

2.1. O princípio das arquiteturas por camadas, interfaces, protocolos e serviços

2.2. OSI vs TCP/IP

2.3. Tramas (flags para SFD e EFD, preenchimento com bits e bytes)

2.4. Deteção de erros (simples, de paridade, com sumários)

2.5. Estratégias de retransmissão (stop-and-wait, go-back-N, rejeição seletiva)

2.6. Acesso partilhado (ALOHA, CSMA, CSMA/CD, passagem de "token")

2.7. Control de Fluxo e de Admissão, Encaminhamento e agendadmento (algoritmos, enca-minhamento por vetores de

distância ou estado das ligações, encaminhamento adaptativo)

3. Arquitetura TCP/IP

3.1. Aplicações e Serviços (paradigma Cliente-Servidor, Acesso Remoto, Transferência de Ficheiros, Partilha de

Recursos, E-Mail e a Web)

3.2. Camada de Ligação Lógica (Meio dedicado e meio partilhado, IEEE 802.X Link Layer, Et-hernet – IEEE 802.3,

LANs extendidas)

3.3 Camada de transporte (Endereçamento, Nomeação e Multiplexagem aplicativa, DNS/DDNS, NIS e LDAP,

Serviços de transporte – TCP, UDP, RTP/RTCP)

3.4. O núcleo da rede (IP/ICMP, Nomeação e Endereçamento – ARP/RARP, DHCP e NAT/PAT, Encaminhamento – RIP, OSPF e BGP, IPv4 vs. IPv6, Unicast vs. Multicast)

4. Redes deTelecomunicações

4.1. Tecnologias de Acesso (Dialup, ADSL, HFC, CATV, Ethernet e wireless)

4.2. Requisitos das Redes Multi-serviço (ATM, MPLS)

4.3. Comunicações Móveis (WLAN/WMAN, GSM, GPRS, UMTS, IMS/TISPAN)

4.4. Redes de Distribuição (MBMS).

Syllabus

1. Network basic mechanisms

Introduction to Telecommunications networks.

Multiplexing (statistical, time, frequency and code division).

Packet switching (datagrams and virtual circuits).

Network Architectures (principles of layered architectures, interfaces, protocols and services, OSI and TCP/IP).

Framing (flags for SFD and EFD, EFD with packet length field, bit and byte stuffing), Error Detection (simple and

block parity, checksums) and Retransmission Strategies (stop-and-wait, go-back-N, selective reject).

Multiple Access (ALOHA, CSMA, CSMA/CD, token passing).

Flow, Admission Control, Scheduling and Routing (algorithms, distance vector and link state routing, adaptive

routing).



2. TCP/IP architecture

Application Services (Client-Server paradigm, Remote Access, File Transfer, Resource Sharing, E-Mail and the

Web).

Data Link Layer (Shared and Dedicated Media, IEEE 802.X Link Layer – Media Access Control and Logical Link

Control, Ethernet – IEEE 802.3, Extended LANs).

Transporting the Information (Naming, Addressing and Application Multiplexing, DNS/DDNS, NIS and LDAP,

Transport services – TCP, UDP, RTP/RTCP).

The Core Network (IP/ICMP, Network Addressing and Naming – ARP/RARP, DHCP and NAT/PAT, Routing –

RIP, OSPF and BGP, IPv4 vs. IPv6, Unicast vs. Multicast).

3. Overview of telecommunications networks

Access Networks (dialup, ADSL, HFC, CATV, Ethernet and wireless).

Multiservice Requirements and Multiservice Networks (ATM, MPLS).

Mobile Communications (wireless LAN/MAN, GSM, GPRS, UMTS, IMS/TISPAN).

Broadcast Networks (MBMS).


Entender os mecanismos básicos das redes de comunicações;

Perceber os detalhes funcionais de cada camada da arquitetura TCP/IP, dos protocolos as-sociados e das tecnologias

normalizadas;

Distinguir os vários tipos de redes de comunicações, os seus propósitos e as tecnologias mais importantes utilizadas

na sua implementação atual.

Objectives

The main objective of this course is to present the fundamentals of modern telecommunications systems and

simultaneously enable students to consolidate and integrate previously acquired knowledge in this area. The course will

mainly focus on two subjects: the network basic mechanisms and the TCP/IP architecture. The course will rely on a

strong laboratorial component that will enable students to complement their theoretical knowledge with a set of guided

experiments that will embrace the different layers and protocols of the TCP/IP architecture.

Learning Outcomes

Understand the basic mechanisms of communication networks;

Understand the functional details of each layer of the TCP/IP architecture and their associated protocols and

technologies.

Have a general understating about the different types of networks, including their goals, architectures and the most important technologies that have been proposed to deploy them.

Teaching Methodology

The course will include theoretical and laboratorial classes. The theoretical component will be organized as a set of

modules, each one dedicated to a different topic. Laboratorial classes will be devoted to TCP/IP networks and will

consist on a set of guided experiments that will enable students to consolidate their knowledge on the different protocols

and applications of the TCP/IP architecture.

Encaminhamento de Tráfego nas Redes IP / Traffic Routing in IP Networks

António Costa ([email protected]), M. João Nicolau ([email protected]),


1. Arquitectura e modo de funcionamento de um router

1.1. Revisão da estrutura de encaminhamento Unicast na Internet

1.2. Anatomia de um router

Plano de dados e plano de controlo

Arquitecturas de 1ª e 2ª geração

Arquitecturas baseadas em switch com múltiplos processadores




Baseadas em switch com processadores totalmente distribuídos

Desafios actuais e futuros

1.3. Algoritmos usados na pesquisa na tabela de encaminhamento

Tries e Patrícia Trees

1.4. Técnicas avançadas de reenvio

2. Comunicação em Grupo na Internet

2.1. Modelo de serviço IP Multicast e Requisitos de Encaminhamento

2.2. Identificação e Gestão de Grupos Multicast

Endereçamento Multicast

O protocolo IGMP

2.3 Encaminhamento Multicast

Algoritmos para Construção de Árvores de Distribuição

Protocolos de encaminhamento multicast MOSPF, PIM-SM, PIM-DM, DVRMP, MBGP

3. Encaminhamento com Qualidade de Serviço

3.1. Desafios do encaminhamento com QoS

3.2. Algoritmos para cálculo de rotas com múltiplas restrições

3.3. Algoritmos baseados em múltiplas classes de serviço

3.4. Encaminhamento com QoS e os actuais modelos IntServ e DiffServ

4. Segurança na camada de rede: IPSec

4.1. Segurança na camada de rede versus camada de aplicação

4.2. Ipsec

Definição de Associações de segurança

Definição de Políticas de Segurança

Modo Tunel e Modo Transporte

IPv6 e Ipsec

Cabeçalho de Autenticação – AH

Encapsulamento de Dados Seguro – ESP

4.3. IKE

5. Mobilidade em Redes IP

5.1. Cenários de Mobilidade;

5.2. Mobile IPv6

Syllabus

1. Router architectures

1.1. Overview of unicast routing in Internet

1.2. Router anatomy

Router architectures: first generations

Switch-based Router Architectures

Current and future challenges

1.3. Forwarding table lookup algorithms

1.4. Advanced forwarding techniques

2. Group communication in Internet

2.1. Multicast IP service model and routing requirements


2.2. Addressing and management of Multicast groups

2.3. Multicast Routing

Algorithms and protocols: (MOSPF, PIM-SM, PIM-DM, DVRMP, MBGP)

3. Quality of Service Routing

3.1. QoS Routing challenges

3.2. Multi-Constrained Routing Algorithms

3.3. Class of Service Routing

3.4. QoS Routing and IETF QoS Models (IntServ and DiffServ)

4. Security in the Network Layer: IPSec

4.1. Security in network layer vs in application layer

4.2. IPsec

Security Associations and Policies

Tunnel and transport modes

Authentication Header (AH) and Encapsulating Security Payload (ESP)

4.3. IKE

5. Mobility in IP Networks

5.1. Mobility scenarios

5.2. Mobile IPv6

Objectivos

Apresentar a arquitectura e modo de funcionamento de um encaminhador tendo em conta a actual estrutura de encaminhamento da Internet

Estudar os algoritmos e os protocolos de encaminhamento Unicast e Multicast, intra e inter domínios

administrativos;

Estudar os múltiplos aspectos do encaminhamento com requisitos de Qualidade de Serviço, enquadrado nos actuais

modelos Diffserv e IntServ

Proporcionar uma visão geral sobre a segurança e a mobilidade ao nível da rede.


No final do semestre os alunos deverão ser capazes de:

Identificar os componentes fundamentais que constituem um router e a arquitectura de interna dos routers de nova

geração, tendo em conta a actual estrutura da Internet

Identificar, classificar e distinguir os diferentes algoritmos e protocolos de encaminhamento (unicast e multicast; interno e externo)

Sintetizar, implementar e diagnosticar soluções de interligação intra e inter domínios administrativos tanto em

Unicast como em Multicast;

Sintetizar, implementar e diagnosticar soluções de segurança ao nível da rede

Identificar e classificar os principais algoritmos e protocolos de encaminhamento com Qualidade de Serviço,

relacionando-os com os modelos IntServ e DiffServ

Identificar as principais soluções de mobilidade em redes IP

Learning Outcomes

Identify the key components that constitute a router and the internal architecture of the next generation routers, given

the current structure of the Internet

Identify, classify and distinguish the different algorithms and routing protocols (unicast and multicast; internal and external)

Design, implement and troubleshoot solutions for the interconnection of administrative domains (intra and inter-

domain) in Unicast and Multicast;

Design, implement and troubleshoot security solutions at network level


Identify and classify the main Quality of Service algorithms and routing protocols, relating them to the IntServ and

DiffServ models

Identify key mobility solutions for IP networks

Serviços e Sistemas Multimédia / Multimedia Systems and Services

Joaquim Macedo ([email protected])


1. Introdução a Multimédia

1.1. Evolução dos Sistemas de Comunicação Audiovisual 1.2. Texto

1.3. Telefonia

1.4. Televisão

1.5. Normas

2. Fundamentos de Texto

2.1. Representação do Texto

2.2. Modelação de Texto

2.3. Compressão de Texto

2.4. Recuperação de Informação Textual

2.5. Recuperação de Informação na Web

2.6. Modelação, Aglomeração e Classificação de texto

3. Fundamentos de Áudio

3.1. Introdução e digitalização do som

3.2. Quantização e transmissão de som

3.3. Análise de som

3.4. Recuperação de som

3.5. Recuperação de Informação Musical

4. Fundamentos de Imagem e Vídeo

4.1. Representação de Imagem

4.2. Cores em Imagem e Vídeo

4.3. Processamento de Imagens

4.4. Conceitos fundamentais de vídeo

4.5. Metadados e etiquetagem de imagens e vídeo 4.6. Localização de Imagens

4.7. Recuperação de Imagem e de Vídeo

5. Multimédia em Redes Sociais

6. Qualidade de transmissão de dados multimédia

6.1. Qualidade de Serviço

6.2. Qualidade de Serviço para os protocolos IP

6.3. Entrega prioritária

7. Multimédia sobre IP

7.1. Difusão Selectiva sobre IP

7.2. Protocolo de Transporte em tempo real

7.3. Reserva de Recursos em redes IP 7.4. Difusão de Sequencias Multimédia

7.5. VOIP

8. Multimédia sobre Redes sem Fios

8.1. Perda de Sincronização

8.2. Resiliência a Erros

8.3. Técnicas de Ocultação de Erros

8.4. VOIP em redes sem fios e Vídeo escalável

Syllabus

1. Multimedia systems and services.

2. Multimedia representation, compression, processing classification and retrieval.

3. Models and algorithms for content-based networking.



4. Multimedia Networking.

5. Multimedia networking applications and services.

Objectivos

explorar diferentes formatos Multimédia

estudar os fundamentos e representação de conteúdos multimedia;

enquadrar o papel da QoS em redes IP para transmissão de dados multimédia

Objectives

Understand the principles, techniques and algorithms used for representation, compression, retrieval and processing of

multimedia content;know the different technologies to support networking applications and systems.

Serviços de Rede e Aplicações / Network Services and Applications

Paulo Carvalho ([email protected])


1. Introdução: Desafios das redes atuais, serviços e aplicações.

2. Internetworking e Infra-estrutura: Internetworking com IPv6 - funcionalidade, extensões e mecanismos de

transição. Soluções IPv4 e IPv6 móvel; outras abordagens de micromobilidade. Mobilidade de rede e conceitos

multihoming.

3. Integração de serviços e qualidade de serviço: Etapas de evolução e QoS. Redes IP multi-serviço. Contratos de

serviços.

4. Suporte para aplicações multimédia: Perspectiva Fim-a-Fim - transporte e sinalização. Controle de congestão.

Protocolos orientados a QoS, e suporte multimedia em tempo real. Reserva de recursos e sinalização de sessão.

5. Aplicações e Serviços: Voz sobre IP, vídeo / TV sobre IP. Segurança. Arquiteturas de apoio multiservice e

evolução.

6. Novas arquiteturas de serviços: Redes virtuais, Peer-to-peer, redes overlay estruturadas: tabela hash distribuída,

caracterização, redes overlay não estruturadas: caracterização; reputação e incentivos; “Streaming” sobre peer-to-

peer.

7. Futuras direções de pesquisa: Ideias para investigação futura; os desafios das redes de próxima geração.

Syllabus

1. Introduction

Module Description: Challenges in today’s networks, services and applications. Course organization and

presentation: objectives; topics under study; teaching methodology and assessments.

2. Network infrastucture: Internetworking and Mobility

Module Description: Internetworking with IPv6: functionality, addressing issues, extensions and transition

mechanisms. Mobile IP networks: motivation and principles; Mobile IPv4 and IPv6 solutions and other

micromobility approaches. Network mobility (e.g. NEMO) and multihoming concepts. Handoffs in mobility

scenarios: service disruption and possible improvements.

3. Service integration and Quality of Service

Module Description: Service integration: Evolution steps and the need for QoS. QoS metrics and QoS control

mechanisms. Multiservice IP networks: principles, architectures and components. Service contracts: specification,

configuration and management.

4. Support for multimedia applications

Module Description: The end-to-end perspective: transport and signalling. Congestion control and avoidance. Protocols oriented to end-to-end QoS, and real-time multimedia support (RTP, RTCP, SCTP, DCCP). Resource

reservation and session signalling (e.g. RSVP, RTSP, SIP, H.323, NSIS). This module will have a discussion part

requiring preparation by reading recommended articles.

5. Applications and Services



Module Description: Voice over IP, Video/TV over IP. Security issues. Multiservice support architectures and

evolution: IMS and TISPAN.

6. New service architectures

Module Description: Virtual networks; Peer-to-peer networks; Structured and unstructured overlay networks;

Challenges: lookup; peers join and leave; Structured overlay networks: distributed hash table, characterisation;

cases studies and discussion; Unstructured overlay networks: characterisation; case studies and discussion;

reputation and incentives; Streaming over peer-to-peer networks.

7. Future research directions

Module Description: Concepts for future research: user-centric vs network-centric (self-organization vs infrastructure), next-generation networking challenges.

8. Discussion and presentation of student essays

Objectivos

O objetivo do curso é proporcionar um amplo estudo sobre os desafios e soluções para suportar os Serviços de Rede e

Aplicações (NSA) de hoje com ênfase na pilha de protocolos Internet. O leque de temas em estudo inclui

desenvolvimentos recentes do nível de rede, transporte e aplicação da pilha de protocolos TCP/IP, com o fim de

suportar serviços e aplicações multimédia com requisitos de qualidade de serviço (QoS). Este curso irá proporcionar aos

estudantes a possibilidade de fundamentar o seu conhecimento teórico e experimental na área de Comunicações por

Computador e tecnologias relacionadas.


Como resultado da aprendizagem os alunos devem:

Compreender os principais desafios que as redes TCP/IP enfrentam no contexto da integração de serviços e suporte

multimédia;

Compreender os princípios de internetworking com IPv6; Compreender e caracterizar diferentes protocolos de

mobilidade IP em ambientes IPv4 e IPv6;

Compreender a necessidade de suporte para QoS na rede, discutir arquitecturas actuais de QoS e mecanismos, e

planear soluções de QoS para redes multi-serviço;

Caracterizar o leque de opções disponíveis a nível de transporte, seleccionando o protocolo de transporte mais

adequado para satisfazer as características das aplicações;

Compreender os protocolos mais importantes de sinalização envolvidos na operação de aplicações sensíveis a QoS.

Caracterizar aplicações e serviços relevantes e entender a arquitetura subjacente e respectiva operação;

Compreender o funcionamento das redes peer-to-peer, os desafios envolvidos na concepção de algoritmos e

protocolos para este tipo de redes;

Identificar oportunidades de investigação na área das comunicações.

Learning outcomes

Students are expected to:

Understand the main challenges TCP/IP networks face in the context of service integration and multimedia support;

Understand the principles for internetworking with IPv6; Understand and characterize distinct IP mobility aware

protocols in IPv4 and IPv6 environments;

Understand the need for QoS support in the network, discuss current QoS architectures and mechanisms, and develop

QoS solutions for multiservice networks;

Characterize the range of options available at transport level, and select the most appropriate transport protocol

attending to the applications’ characteristics;

Understand the most prominent signalling protocols involved in the operation of QoS-constrained applications.

Characterize relevant applications and services and understand their underlying architecture and operation;

Understand how peer-to-peer networks work and challenges involved in the design of algorithms and protocols for

such networks;

(Identify current network research opportunities.


Sistemas de Telecomunicações – I / Telecommunications Systems – I

José Manuel Tavares Vieira Cabral ([email protected])


1. Introdução aos Sistemas de Telecomunicações

1.1 Evolução das Redes Telefónicas

1.2 Redes de Difusão

2. Sistemas de Transmissão

2.1 PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)

2.2 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

3. RDIS (Rede Digital com Integração de Serviços)

4. RDIS de Banda Larga – Modo de Transferência Assíncrono ATM

Syllabus

1. Telecommunication Systems Overview:

1.1 Telephone Networks Evolution

1.2 Broadcast Networks

2. Transmission Systems:

2.1 PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)

2.2 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

3. ISDN (Integrated Services Digital Network)

4. Broadband - ISDN – Asynchronous Transfer Mode – ATM


Identificar os módulos funcionais integrantes dos sistemas de transmissão digital;

Compreender os processos de multiplexagem e comutação suportados nas Hierarquias PDH e SDH (SONET);

Implementar funcionalidades e procedimentos protocolares RDIS;

Identificar as características fundamentais RDIS de Banda Larga e ATM.

Learning Outcomes

Identify the functional modules of digital transmission systems;

Understand the multiplexing and switching processes supported in PDH and SDH (SONET);

Implement ISDN functionalities and protocol procedures;

Identify the key features of ISDN and Broadband-ISDN (ATM).

Codificação e Transmissão / Transmission and Coding

Carlos Lima ([email protected])


1. Análise de Fourier de sinais estocásticos. Ruído branco e erro no canal em comunicação analógica e digital. Relação sinal ruído e capacidade de transmissão. Banda equivalente de ruído. Função de autocorrelação e densidade

espectral de potência.

2. Sinais, sistemas e transmissão em passa-banda. Modulação AM, DSB, SSB e VSB; sinais e espectros e robustez ao

ruído. Desmodulação e conversão de frequência. Detecção de envolvente e detecção síncrona.

3. Modulação de fase e frequência; sinais e espectros aproximados. PM e FM de banda estreita. Modulação tonal e

multitonal. Largura de banda de transmissão e distorção.

4. Modulação pulsada PAM, PDM e PPM; sinais, largura de banda e densidade espectral de potência. Probabilidade

de erro em sistemas M-ários. Restrições de largura de banda e alteração da forma do pulso. Equalização.




5. Geração PCM e reconstrução. Ruído de quantificação e quantificação não uniforme. Ruído de descodificação.

Modulação delta, modulação delta adaptativa e PCM diferencial.

Syllabus

1. Fourier analysis of stochastic signals. White noise and error in the analog and digital communication. Signal to

noise ratio and transmission capacity. Noise band. Autocorrelation function and power spectrum.

2. Signals, systems and band-pass transmission. AM, DSB, SSB and VSB modulations; signals, spectrums and noise

robustness. Demodulation and frequency conversion. Envelop and synchronous detection.

3. Phase and frequency modulation; signals and approximated spectrums. Narrowband PM and FM. Tonal and multi-

tonal modulation. Bandwidth and distortion.

4. Pulse Modulation; PAM, PDM and PPM; signals, bandwidth and power spectrum. Error probability in M-ary

systems. Constraints of bandwidth and changing of the pulse shape. Equalization.

5. PCM generation and reconstruction. Quantification noise and non-uniform quantization. Decoding noise. Delta,

adaptive delta and differential PCM modulations.


Perceber os processos de modulação e desmodulação da informação analógica e digital;

Saber calcular a resposta do canal de transmissão aos sinais codificadores da informação digital;

Saber analisar a relação sinal-ruído dos diferentes tipos de modulação digital e analógica;

Saber calcular os parâmetros caraterísticos da qualidade suportada pelas modulações digitais;

Perceber os processos de codificação e descodificação da informação digital;

Saber explicar os processos de sincronização e de decisão suportados pelos recetores digitais;

Saber explicar os processos de adaptação dos emissores e dos recetores às caraterísticas do canal.

Learning Outcomes

Understanding the modulation and demodulation processes of the digital and analog information.

knowing how to compute the response of transmission channels to digital information coders.

Knowing deeply the analysisof the signal to noise ratio of the different types of digital and analog modulation.

Knowing how to compute the characteristic parameters of quality supported by digital modulations.

Understanding the coding and decoding processes of digital information.

Knowing the synchronization and decision processes supported by digital receivers.

Knowing the adaptation processes of emitters and receivers to the channel characteristics.

Sistemas de Telecomunicações – II / Telecommunications Systems – II

Carlos Alberto Batista da Silva ([email protected])


1. Revisão do Public Subscriber Telephonic Network.

2. Caracterização do canal de transmissão do PSTN. Caracterização do ruído em cabos entrelaçados.

3. Digital subscriber Line. Caracterização da modulação, taxas de transmissão, configuração dos cabos e raio de

alcance para os diferentes tipos de DSL: Basic Rate ISDN, HDSL, HDSL2, SHDSL, ADSL, ADSL2, ADSL2+ e

VDSL.

4. Modulação em multiportadora. Revisão modulação QAM e CAP. Modulação em multiportadora: Ortogonalidade

de sinais. Discrete Multi-Tone. Definição de prefixo e sufixo.

5. Códigos correctores de erro. Códigos de bloco. Códigos Cíclicos. Codificadores e Descodificadores Cíclicos.

Códigos Convolucionais. Codificadores e Descodificadores convolucioniais.

6. Circuito de interleaving. Função do circuito de interleaving. Interleaving por blocos e convolucional.

7. Equalização do canal no DSL. Critérios de optimização. Equalizador Zero-forcing e MMSE. Estrutura do

8. Data Over Cable Service interface Specification (DOCSIS).

Syllabus

1. Review of the Public Subscriber Telephonic Network (PSTN).



2. The loop characteristics and Models. Noise modelling in twisted pair channel.

3. Digital Subscriber Line (DSL) technologies. Characterization of types of modulation, performance and channel:

Basic Rate ISDN, HDSL, HDSL2, SHDSL, ADSL, ADSL2, ADSL2+ e VDSL.

4. Multi-Carrier Modulation. Review of QAM and CAP modulations. Discrete Multi-Tone modulation (DMT).

Digital duplexing: cyclic suffix, timing advance and cyclic extension. DMT Modem Initialization.

5. Error Control coding. Error detection and error correction. Block codes. Hamming codes. Cyclic codes.

Convolutional codes.

6. Interleaving circuit. Block and convolutional interleaving.

7. DSL channel equalization. Equalization optimization criteria. Equalizer structure.

8. Data Over Cable Service interface Specification (DOCSIS). Physical layer, MAC and Upper Layer Protocols

interface, Operations Support System Interface and security layer.


É objectivo desta unidade curricular a introdução dos discentes às tecnologias inerentes na transmissão digital no último

segmento da rede telefónica pública.

Identificar que características da PSTN são impeditivas à instalação do DSL; analisar as principais técnicas que

permitem ultrapassar tais limitações.

Caracterizar as principais tecnologias DSL; discriminar os vários casos de utilização.

Discriminar os diferentes códigos corretores de erro; construir codificadores e descodificadores com base nos seus

requisites.

Caracterizar os diferentes tipos de equalizadores; avaliar o seu uso na recuperação de dados corrompidos por ruído

Explicar a função do circuito de interleaving; avaliar o uso do circuito de interleaving

Caracterizar as camadas físicas e dados do DOCSIS; explicar os serviços disponibilizados que permitem a

implementação do VOIP e IP-TV.

Learning Outcomes

The aim of this course is to introduce the last mile technologies that encompass the connection on the local loop

(Central Office and the subscriber equipment).

Identify the characteristics of the PSTN that hinder the deployment of DSL; analyze the main techniques that allow

removing such limitations.

Characterize the main variants of DSL; distinguish their use cases.

Evaluate the use of different error coding modules.

Distinguish the different types of equalizers; measure the effectiveness in restoring corrupted data.

Explain the use of the interleaving circuit; evaluate the use of different interleaving circuits.

Describe the physical and data layers in DOCSIS; explain the services that allow the implementation of VOIP and

IP-TV.

Integração de Sistemas de Comunicações / Communication Systems Integration

José Cabral ([email protected])


1. Caracterização dos sistemas de comunicação: Arquiteturas, funções e serviços; Atividade de normalização; Tipos

de redes de comunicação; Camada física.

2. Qualidade de Serviço: Domínios e parâmetros de qualidade de serviço; Abordagens de suporte de QoS; Tipos de

parâmetros e classes de serviço.

3. Controlo de acesso ao meio: Métricas de avaliação de desempenho; Categorias de protocolos MAC; Fenómenos da

estação oculta e estação exposta.

4. A norma IEEE 802.11: Arquiteturas de rede; Camada física; Camada de controlo de acesso ao meio; Atividade de

normalização em curso; IEEE 802.11e.

5. Redes Bluetooth: Características físicas e lógicas; Arquitetura protocolar; Tipos de ligações (SCO e ACL); Tipos e

formatos dos pacotes; Serviços e perfis.

6. Redes de sensores: Características e aplicações; Arquitetura dos nós; IEEE 802.15.4; ZigBee; protocolos para redes

de sensores sem fios; Consumo de energia do rádio.



7. Avaliação do desempenho de sistemas de comunicação: o Estudo do software de simulação OMNeT++.

Syllabus

1. Characterization of Communications Systems: Architectures, functions and services; Standardization Activity;

Types of Communication Networks; Physical layer.

2. Quality of Service: Domains and parameters of quality of service; QoS support approaches; Traffic parameters and

QoS parameters; Classes of service.

3. Medium Access Control: Performance evaluation metrics; Categories of MAC protocols; Hidden nodes and

exposed nodes.

4. IEEE 802.11 Standard: Network architectures; Physical Layer; MAC layer; Ongoing standardization activity; IEEE 802.11e.

5. Bluetooth: Physical and logical characteristics; Protocol architecture; Link types (SCO e ACL); Packet types and

formats; Services and profiles.

6. Sensor networks: Characteristics and applications; Node architecture; IEEE 802.15.4; ZigBee; Wireless sensor

network protocols; Radio energy consumption.

7. Performance Evaluation of Communication Systems: Study of the simulation software OMNeT++.


Conhecer as principais características dos sistemas de comunicação e suas diferenças em termos de conceção e

funcionamento;

Reconhecer as características de diferentes parâmetros e níveis de qualidade de serviço;

Analisar as principais normas e tecnologias de redes de área local e pessoal sem fios;

Conhecer e manipular ferramentas para avaliação da qualidade de serviço oferecida pelos sistemas de comunicações.

Learning Outcomes

Identify the main characteristics of communication systems and its fundamental differences in terms of conception

and functioning;

Recognize the characteristics of the main quality of service parameters, classes and approaches;

Analyze the main wireless local and personal network standards and technologies;

Recognize and manipulate software tools used to evaluate the quality of service provided by communication systems.

Redes Móveis / Mobile Networks

Nuno Lopes ([email protected])


1. Redes móveis de área alargada

1.1. Evolução histórica das comunicações sem fios

1.2. Métodos de acesso em redes móveis:

1.3. Redes móveis celulares terrestres

1.4. Redes móveis por satélite

1.5. Redes de trunking

2. Outras redes sem fios

2.1. Redes DECT

2.2. Redes WiMAX

3. Integração e interoperabilidade de redes móveis

3.1. Processos de handover

3.1. Processos de handover

3.2. Autenticação global (roaming)

3.3. Aspectos de segurança:



4. Serviços das plataformas de rede

4.1. Plataformas de rede inteligente: conceito

4.2. Acesso a serviços de rede (OSA/Parlay, Mexe, GMLC)

4.3. Tecnologias e serviços de suporte a aplicações (SMS, WAP, MMS, J2ME)

4.4. Posicionamento e localização geográfica em redes móveis

Syllabus

1. Wide area mobile networks

1.1. Historical evolution of wireless communications

1.2. Access methods in mobile networks:

1.3. Terrestrial cellular mobile networks

1.4. Satellite Networks

1.5. Trunking Networks

2. Other wireless networks

2.1. DECT networks

2.2. WiMAX Networks

3. Integration and interoperability of mobile networks

3.1. Handover Process

3.2. Global Authentication (roaming)

3.3. Security aspects:

4. Communications Services Offered by networks

4.1. Intelligent network platforms: a concept

4.2. Access to network services (OSA / Parlay, Move, GMLC)

4.3. Technologies and applications: support services (SMS, WAP, MMS, J2ME)

4.4. Positioning and geographic location in mobile networks


Descrever a arquitectura das redes móveis celulares e relacionar os seus componentes com a função que

desempenham no funcionamento global do sistema.

Descrever a arquitectura e os serviços das redes de trunking.

Descrever a arquitectura e os serviços das redes móveis por satélite.

Descrever a arquitectura e os serviços de outras redes sem fios, nomeadamente as redes DECT e Wimax.

Descrever os diversos tipos de redes móveis existentes do ponto de vista da sua função, de discutir a sua complementaridade, e explicar a forma como evoluíram ao longo do tempo.

Seleccionar os serviços de rede mais apropriados para suportar uma dada aplicação em ambiente móvel.

Learning Outcomes

Describe the architecture of mobile phones and their components as well as its functions in the communication

system.

Describe the architecture and the services of trunking networks.

Describe the architecture and the services of mobile satellite networks.

Describe the architecture and the services of other wireless networks, such as DECT and WiMAX networks.

Describe the diferents types of mobile networks from the point of view of its function and their possible

complementarity, and also explain how they evolved over time.

Selecting the most suitable network service for supporting a given application in a mobile environment.


Comunicações Ópticas / Optical Communications

Luís Filipe Botelho Ribeiro ([email protected])


1. Dispositivos passivos

1.1. Fibra óptica

1.2. Polarização e interferometria

1.3. MUX no comprimento de onda e filtragem óptica

2.1. Dispositivos activos

2.2. Detectores

2.3. Emissores e amplificadores ópticos

2.4. Óptica não-linear

3. Tecnologia

3.1. Sensores ópticos

3.2. Componentes para tele-comunicações ópticas

Syllabus

1. Opto-electronic passive devices

1.1. Optical fibre

1.2. Polarization and interferometry

1.3. MULTIPLEX in wavelength and optical filtering

2. Active optoelctronic devices

2.1. Detectors

2.2. Emitters e optical amplifiers

2.3. Non-linear optics

3. Technology

3.1. Optical sensors

3.2. Components for optical communication systems


Conhecimento geral da tecnologia e métodos de análise de sistemas de comunicação óptica.

Learning Outcomes

General knowledge of the technology and analytical methods of optical communication systems.

Área de Tecnologia dos Sistemas de Informação

Análise e Concepção de Sistemas de Informação / Analysis and Design of Information Systems

Ricardo Machado ([email protected])

Pedro Miguel Gonzalez Abreu Ribeiro ([email protected])


1. Sistemas de informação e engenharia de software

1.1. Sistemas sócio-técnicos

1.2. Projecto, sistemas e desenvolvimento

1.3. Analise, requisitos e especificação





1.4. Referenciais SWEBoK, OMG

2. Engenharia e gestão de requisitos

2.1. Processo de engenharia de requisitos

2.2. Levantamento de requisitos (elicitation)

2.3. Prioritização de requisitos

2.4. Negociação de requisitos

2.5. Escrita de requisitos

3. Modelação de sistemas

3.1. Referenciais OCL/UML/SysML/BPMN, BMM/BPDM/BABoK

3.2. Transformação de requisitos (4SRS)

4. Padrões e arquitecturas

4.1. Estilos arquitecturais

4.2. Classificação de padrões

4.3. Catálogos de padrões

4.4. Representação e refinamento de arquitecturas (4SRS recursivo)

4.5. Arquitecturas empresariais

4.6. Referenciais SoaML/EAI, EABoK/TOGAF, Zachman

Syllabus

1. Information Systems and Software Engineering

1.1. Socio-technical systems

1.2. IT projects and systems development

1.3. Systems analysis and requirements specification

1.4. SWEBoK and OMG reference models

2. Engineering and management of requirements

2.1. Requirements engineering process

2.2. Requirements elicitation

2.3. Requirements prioritization

2.4. Requirements negociation

2.5. Writing requirements

3. Systems modeling

3.1. OCL/UML/SysML/BPMN and BMM/BPDM/BABoK reference models

3.2. Requirements mapping and transformation (4SRS method)

4. Patterns and systems architecture

4.1. Architectural styles

4.2. Types and classification of patterns

4.3. Catalogs of patterns

4.4. Representation and refinement of systems architectures (recursice 4SRS method)

4.5. Enterprise architectures

4.6. SoaML/EAI, EABoK/TOGAF and Zachman reference models



Os estudantes que completarem esta UC com sucesso, deverão ser capazes de:

Explicar os conceitos e identificar os problemas típicos inerentes à execução das fases de análise e de concepção de

sistemas de informação

Interpretar e discutir alternativas de resolução dos problemas típicos inerentes as fases de análise e de concepção de

sistemas de informação

Executar as tarefas de engenharia de requisitos e de transposição para modelos lógicos e arquitecturais, em projectos

de mediana complexidade de sistemas de informação

Elaborar enquadramentos científicos de temáticas no âmbito da análise e de concepção de sistemas de informação.

Learning Outcomes

To complete this curricular with success, students will have to be able to:

Explain the concepts and identify the typical problems related to the analysis and design of information systems;

Interpret and discuss alternative solutions for the typical problems related to the analysis and design of information

systems;

Perform requirements engineering tasks and derivation of logical architectural models in information systems

projects of medium complexity;

Organize scientific states of the art relative to current research topics of analysis and design of information systems.

Segurança em Redes de Computadores / Security im Computer Networks

Henrique Santos ([email protected])


1. Conceitos gerais sobre Segurança da Informação

1.1. Modelo de análise da SegInfo e normalização

2. Ataques, ameaças e vulnerabilidades nos Sistemas de Informação

3. Uso da criptografia em Segurança de redes

4. Controlo de Acesso

5. Segurança em redes TCP/IP

5.1. Protocolos de segurança

6. Componentes de Segurança

6.1. Firewalls

6.2. Sistemas de detecção de intrusões

6.3. VPNs

7. Introdução à análise Forense.

Syllabus

1. General concepts of Information Security

1.1. Model analysis and normalization for Information Security

2. Attacks, threats and vulnerabilities in information systems

3. Use of encryption in Network Security

4. Access Control

5. Security in TCP / IP

5.1. Security Protocols

6. Security Components

6.1. Firewalls

6.2. Intrusion detection systems

6.3. VPNs



7. Introduction to Forensic Analysis


Reconhecer a importância de uma cultura de segurança relativamente à utilização das redes de computadores.

Conhecer os aspectos técnicos das redes de computadores e que mais as expõem a riscos de segurança.

Reconhecer as principais ameaças e a forma típica como os ataques são efectuados.

Analisar vulnerabilidades em sistemas interligados em rede.

Implementar e controlar processos de gestão, contínuos, definidos no contexto de uma política de segurança para

rede de computadores.

Discutir a evolução do fenómeno de Segurança dos Sistemas de Informação, não só no aspecto das tecnologias de segurança, mas também das ameaças.

Learning Outcomes

Recognize the importance of a culture of security with respect to the use of computer systems and networks.

Identify the technical aspects of computer systems and networks that expose them more to security risks.

Recognize the main threats and the typical way the attacks are carried out.

Analyze vulnerabilities in networked systems.

Implement management and control processes, continuous, defined in the context of a security policy for networked

computers.

Discuss the evolution of the phenomenon of the Information Systems Security, not only in the aspect of security

technologies, but also global threats.

Sistemas Distribuídos / Distributed Systems

Vítor Fonte ([email protected])

Carlos Moreno ([email protected])


1. Introdução a processos, concorrência e sistemas distribuídos

2. Concorrência em memória partilhada

3. Passagem de mensagens e sistemas distribuídos

4. Algoritmos distribuídos

Syllabus

1. Introduction to processes, concurrency and distributed systems

2. Concurrency in shared-memory systems

3. Message-passing and distributed systems

4. Distributed algorithms


Conhecer as características, virtudes, limitações e aplicabilidade do modelo de memória partilhada;

Conhecer e saber analisar os vários problemas decorrentes da programação com processos concorrentes;

Conhecer e saber aplicar vários tipos de primitivas de controlo de concorrência em sistemas de memória partilhada;

Conhecer as características, virtudes, limitações e aplicabilidade dos modelos e arquitecturas de sistemas

distribuídos;

Saber resolver problemas clássicos de coordenação em sistemas distribuídos.

Learning Outcomes

To know the characteristics, virtues, limitations and applicability of the shared memory model;

To know and to be able to dissect the problems arising from concurrent programming;

To know and be able to use several types of primitives for concurrency control in shared memory systems;

To know the characteristics, virtues, limitations and applicability of distributed systems models and architectures;

To know how to solve classical distributed coordination problems.




Sistemas Ubíquos / Ubiquitous Systems

Rui José ([email protected])

Helena Rodrigues ([email protected])


1. Fundamentos de Computação Ubíqua

2. Técnicas e tecnologias de posicionamento

3. Modelos de interacção

4. Suporte de sistema para ambientes móveis e ubíquos

5. Desafios ao Desenvolvimento em ambientes reais

6. Implicações de privacidade e outras questões sociais

Syllabus

1. Fundamentals of Ubiquitous Computing

2. Techniques, technologies and localization systems

3. Interaction models

4. System Support for ubiquitous and mobile systems

5. Challenges in real-world deployment

6. Privacy implications and other social questions


Explicar os fundamentos gerais da computação ubíqua e aplicá-los na concepção, desenvolvimento e operação de

sistemas informáticos.

Discutir a um nível profissional os principais factores tecnológicos e sociais associados à transição do paradigma

desktop para a computação ubíqua

Explicar as implicações da computação ubíqua ao nível da interação Humano-computador e conceber interfaces de

sistemas que explorem paradigmas alternativos ao desktop.

Identificar os modelos de arquitectura de software de sistemas ubíquos e seleccionar o suporte de sistema mais

adequado para o desenvolvimento de uma solução móvel ou ubíqua específica

Planear e executar em equipa sistemas móveis ou ubíquos de complexidade média, tendo em conta os vários aspectos

multidisciplinares envolvidos e avaliando um conjunto vasto de abordagens e tecnologias alternativas.

Conceber e aplicar uma estratégia de avaliação no âmbito de um processo de desenvolvimento de um sisteme ubíquo

Learning Outcomes

Explain the key principles of ubiquitous computing and apply them in the design, development and operation of information systems.

Discuss at a professional level the main technological and social factors that govern the transition from the desktop

paradigm to ubiquitous computing.

Explain the key implications for Human-computer interaction e design interactive systems that explore alternative

paradigms to desktop.

Identify the reference models in ubiquitous system support and select them according to the requirements of specific

systems.

Plan and execute as part of a larger team mobile and ubiquitous systems of average complexity and taken into

consideration the multi-disciplinary issues involved and the broad range of alternative technologies available.

Design and execute an evaluation strategy for a particular deployment of an ubiquitous system.

Tecnologias e Serviços Multimédia / Multimedia Technologies and Services



1. Teoria da Informação: Entropia e Débito de Informação.

2. Digitalização: amostragem, quantização e codificação.





3. Informação e Comunicação Multimédia: Conceito de medium e Definição de multimédia.

4. Tipos de aplicações computacionais.

5. Formatos fundamentais: texto, imagem, som, vídeo e animação.

6. Comunicação Multimédia e Integração Audiovisual.

7. Técnicas de codificação: DCT, técnicas de estimativa e codificação.

8. Métodos de compressão normalizadas: JPEG, MPEG-X , codificação áudio MP3, FLAC, codificação áudio

multicanal, codificação H.264, etc.

9. Técnicas de compressão não standard e normas para conferência multimédia.

10. Normas de facto: RealAudio, RealVideo, QuickTime AVI.

11. Sistemas Integrados de Vídeo e Áudio Conferência.

12. Processos de normalização actuais.

13. Protocolos de transporte dedicados: RTP, SIP e Endereçamento/Routing Multicast.

14. Técnicas de streaming em redes IP.

15. Distribuição (broadcast) de sinais de televisão digital.

Syllabus

1. Theory of the Information: Entropy and Information Throughput.

2. Digitalization: sampling, quantization and codification.

3. Information and Multimedia Communication.

4. Types of computational applications.

5. Basic formats: text, image, sound, video and animation.

6. Multimedia communication and Audiovisual Integration.

7. Techniques of codification: DCT, techniques of estimate and codification.

8. Standard methods of compression: JPEG, MPEG-X, MP3, FLAC, codification of multichannel audio, H.264, etc.

9. Non-standard mechanisms for data compression.

10. De-facto standards: RealAudio, RealVideo, QuickTime AVI.

11. Integrated systems for video and audio conference.

12. Current standardization processes.

13. Dedicated transport protocols: RTP, SIP and Multicast Addressing/Routing.

14. Mechanisms for streaming on IP networks.

15. Distribution (broadcast) of television.


Os alunos devem ser capazes de aplicar os conhecimentos sobre a teoria de informação e de digitalização na implementação de mecanismos de compressão de dados.

Devem ser capazes de enumerar as principais técnicas de compressão específicas aplicadas a fontes áudio e vídeo.

Devem ser capazes de identificar o melhor mecanismo para codificar, armazenar ou transmitir uma fonte de

informação multimédia através dos principais meios de comunicação actuais: a Internet, telefone ou por redes

celulares.

Além disso, devem conseguir distinguir quais os melhores métodos de compressão ou aplicações para compressão de

dados, a aplica-los em situações reais de implementação de ferramentas de codificação ou descodificação de fontes

áudio ou vídeo.

Learning Outcomes

Students must be able to apply the acquired knowledge on theory of information and about the digitalization process

in the implementation of mechanisms for data compression.

They must be able to enumerate the principal mechanisms for data compression devoted to sound and video.


They must be able to choose the best mechanism to encode, to store and transmit a source of multimedia information

on the Internet, using several types of ISP services and technologies (digital terrestrial lines, local wireless networks

or mobile cellular networks).

Besides, they must manage to distinguish which is the best method for compression of data, applying them in real

situations when implementing tools for codification of sound and video sources.

Engenharia da Segurança de Sistemas de Informação / Engineering of Security of Information Systems

Henrique Santos ([email protected])


1. Conceitos gerais sobre Segurança da Informação

1.1. Modelo de análise da SegInfo e normalização

2. Ataques, ameaças e vulnerabilidades nos Sistemas de Informação

3. Uso da criptografia em Segurança da Informação

4. Controlo de Acesso

5. Segurança em redes TCP/IP

5.1. Protocolos de segurança

6. Componentes de Segurança

6.1. Firewalls

6.2. Sistemas de detecção de intrusões

6.3. VPNs

7. Introdução à análise Forense.

Syllabus

1. General concepts of Information Security

1.1. Model analysis and normalization for Information Security

2. Attacks, threats and vulnerabilities in information systems

3. Use of encryption in Network Security

4. Access Control

5. Security in TCP / IP

5.1. Security Protocols

6. Security Components

6.1. Firewalls

6.2. Intrusion detection systems

6.3. VPNs

7. Introduction to Forensic Analysis


Reconhecer a importância de uma cultura de segurança relativamente à utilização das redes de computadores.

Conhecer os aspectos técnicos das redes de computadores e que mais as expõem a riscos de segurança.

Reconhecer as principais ameaças e a forma típica como os ataques são efectuados.

Analisar vulnerabilidades em sistemas interligados em rede.

Implementar e controlar processos de gestão, contínuos, definidos no contexto de uma política de segurança para

rede de computadores.

Discutir a evolução do fenómeno de Segurança dos Sistemas de Informação, não só no aspecto das tecnologias de

segurança, mas também das ameaças.



Learning Outcomes

Recognize the importance of a culture of security with respect to the use of computer systems and networks.

Identify the technical aspects of computer systems and networks that expose them more to security risks.

Recognize the main threats and the typical way the attacks are carried out.

Analyze vulnerabilities in networked systems.

Implement management and control processes, continuous, defined in the context of a security policy for networked

computers.

Discuss the evolution of the phenomenon of the Information Systems Security, not only in the aspect of security technologies, but also global threats.

Gestão de Redes / Networks Management



1. Motivação, necessidade da normalização das actividades de gestão.

2. Arquitecturas de gestão: OSI e TMN.

3. Arquitectura de gestão INMF/SNMP:

3.1. Modelo de dados e paradigma de comunicação;

3.2. Normas SMI e MIBs;

3.3. SNMP;

3.4. VACM e USBM

4. Tecnologias complementares:

4.1. DMTF para gestão distribuída;

4.2. Gestão baseada nos protocolos Web;

4.3. Gestão por agentes móveis e/ou por delegação;

4.4. Gestão por serviços e arquiteturas independentes dos modelos de dados, orientadas às funções de gestão.

4.5. Políticas de gestão e outras tecnologias relevantes do estado da arte.

5. Actividades de Gestão:

5.1. Configuração (a vários níveis);

5.2. Monitorização de Tráfego;

5.3. Monitorização da Qualidade de Serviço;

5.4. Algoritmos de aprovisionamento; 5.5. Gestão Administrativa e Estratégica.

6. Gestão de Redes TMN:

6.1. Conceitos gerais;

6.2. Modelos Lógicos e Funcionais;

6.3. Interfaces Normalizados.

7. Ferramentas Freeware:

7.1. Ping, Traceroute, NetCat e NetStat;

7.2. MRTG, Neo, Nagios e Sysmon;

7.3. Oak, TCPDump/Wireshark/Core.

Syllabus

1. Motivation, need for standardization of management activities.

2. Architectures: OSI and TMN.

3. INMF/SNMP architecture:

3.1. Data Model and communication paradigm;

3.2. Standards: SMI and MIBs;

3.3. SNMP;

3.4 Standards: VACM and USBM

4. Complementary technologies:

4.1. Distributed management with DMTF;

4.2. Management based on Web protocols;

4.3. Management delegation with mobile agents;

4.4. Management of services with architectures independent of data models, orientated to management roles and

functions;



4.5. Policy management and other state of the art technologies.

5. Activities of Network Management:

5.1. Configuration (conveyed at various levels);

5.2. Monitoring traffic;

5.3. Quality of Service;

5.4. Algorithms for effective provisioning;

5.5. Administrative and Strategic management.

6. TMN architecture:

6.1. General concepts; 6.2. Logical and Functional models;

6.3. Standard Interfaces.

7. Freeware tools:

7.1. Ping, Traceroute, NetCat and NetStat;

7.2. MRTG, Neo, Nagios and Sysmon;

7.3. Oak, TCPDump/Wireshark/Core.


Pretende-se dotar os alunos de conhecimentos básicos sobre as mais importantes normas e tecnologias de gestão de

redes actualmente em uso.

Devem ser capazes de reconhecer as actividades inerentes à gestão de redes e saber escolher e aplicar as tecnologias

mais apropriadas para a realização dessas actividades.

Devem conseguir, também, saber identificar os custos e as principais limitações da aplicação dessas tecnologias em

vários cenários de implementação.

Abordando temáticas iminentemente práticas, apesar da intenção em garantir uma importante componente formativa

sobre os principais conceitos teóricos definidos nas normas actuais, as aulas teóricas são complementadas, na parte

prática, com pequenos projectos de desenvolvimento ou de investigação individuais que sirvam para experimentação

das ferramentas mais importantes neste domínio e que ajudem os alunos a compreender e resolver os problemas mais

comuns da gestão de redes de computadores e sistemas de comunicações.

Learning Outcomes

Students should the most important standards and technologies for management of networks and communication

services at present time.

They must be able to recognize the activities inherent to network management and to be able to choose and to apply the models and technologies most appropriated for the realization of those activities.

They must be also able to identify the costs and major limitations of the application of these technologies in several

implementation scenarios.

There are many practical issues discussed on classrooms, although the role of the concepts defined in current

standards are also emphasized. The theoretical classrooms are complemented, in the practical part, with small

individual projects of application development or of investigation that serve for experimentation of the most

important tools and that should help students to understand and to resolve the most common problems on network

and services management of computer networks and communication systems.

Gestão de Projectos de Sistemas de Informação / Management of Information Systems Projects

Pedro Ribeiro ([email protected])

Ricardo Machado ([email protected])


1. Introdução à Gestão de Projetos 1.1.Contexto de um projeto

1.2. Organização de um projeto

1.3. A Framework do PMBoK

1.4. As Áreas de Conhecimento

2. Técnicas e Ferramentas para o Planeamento de um projeto segundo o PMBOK 2.1 Planeamento do âmbito

2.2. Planeamento do tempo

2.3. Planeamento do custo

2.4 Planeamento da qualidade

2.5. Planeamento das outras áreas de conhecimento

2.6. Mecanismo para o Planeamento de Projetos de sistemas de informação




3. Execução, Controlo e Encerramento do projeto (PMBOK)

3.1. Relatórios do progresso

3.2. EVM – Earned Value Management

3.3. Controlar as alterações do projeto

3.4. Encerramento do projeto

4. PRINCE2 - Projects in a Controlled Environment 4.1.Introdução

4.2. Princípios

4.3. Temas

4.4. Processos 4.5. Conclusões

Syllabus

1. Introduction to Project Management

1.1 Project Context

1.2 Project Organization

1.3 The PMBOK Framework

1.4 Knowledge Areas

2. Techniques and tools for planning a project according to PMBOK

2.1 Scope Planning

2.2 Schedule planning

2.3 Cost planning

2.4 Quality Planning 2.5 Planning in the other knowledge areas

2.6 A Method for planning information systems projects

3. Execution, Monitoring and Closure of the project (PMBOK)

3.1. Reports of progress

3.2. EVM - Earned Value Management

3.3. Control project changes

3.4. Closing the project

4. PRINCE2 - Projects in a Controlled Environment

4.1. Introduction

4.2. Principles

4.3. Themes 4.4. Processes

4.5. Conclusions


Os estudantes que completarem esta UC com sucesso, deverão ser capazes de:

Discutir alternativas de aplicação das técnicas do PMBoK em projectos de Sistemas de Informação;

Elaborar o plano de um projeto de desenvolvimento de sistemas de informação, seguindo as orientações do PMBoK;

Compreender e aplicar os métodos adequados para registar o progresso de um projecto (Execução do Projecto);

Aplicar as técnicas propostas pelo PMBoK para monitorizar o progresso de um projecto (EVM - Earned Value

Management);

Compreender os princípios, temas e processos propostos pelo método PRINCE2 .

Learning Outcomes

To complete this curricular with success, students will have to be able to:

Discuss alternatives to applying the techniques of PMBoK in information systems projects;

Develop the plan of a information system project, following the guidelines of PMBoK;

Understand and apply appropriate methods to register the progress of a project (project execution);

Apply the techniques proposed by the PMBoK for monitoring the progress of a project (EVM - Earned Value

Management);

Understand the principles, themes and processes proposed by the PRINCE2 method.


Unidades Curriculares cujo funcionamento depende de um número mínimo de alunos inscritos

Investigação Multidisciplinar em Robótica e Aplicações à Medicina & Saúde



1. Introdução aos fundamentos da robótica nas áreas suas centrais da mecânica, controlo, percepção, inteligência artificial e autonomia.

2. Introdução aos fundamentos da neurociência: a partir de actividade cerebral para a actividade motora e cognitivo-

comportamental

3. Estudar e aplicar os conceitos teóricos e ferramentas matemáticos usadas as áreas da robótica e na modelação da

actividade no córtex.

4. Avaliar criticamente o estado da arte na área da robótica médica e aplicações à saúde:

4.1. Robótica e neurocirurgia

4.2. Dispositivos prostéticos, baseados em sinais cognitivos e sinais motores, para amputados do membros superiores

4.3. Interacção Humano-Robô

4.4. Cognição sintética e ajudants robóticos inteligents

4.5. Dispositivos robóticos para a reabilitação e estudo do control motor dos membros superiores

5. Realização de trabalho experimental ou de simulação, focando problemas actuais

6. Escrever e comunicar de forma coerente, ao nível de publicação em conferência, o trabalho realizado.

Observação:

Esta UC resulta do trabalho desenvolvido nos projectos EU, dos meus módulos no Biomedical devices/MIT|PT, do

projecto Marie Curie (Initial training Network - Neural Engineering Transformative Technologies) que submetemos e

que envolve tb parceria com hospitais e empresas, e as novas colaborações que estou a começar na área da

neurocirurgia.


Descrever e explicar os fundamentos da robótica nas áreas suas centrais da mecânica, controlo, percepção,

inteligência artificial e autonomia.

Descrever e explicar os fundamentos da neurociência: a partir de actividade cerebral para a actividade motora e cognitivo-comportamental.

Aplicar os conceitos teóricos e ferramentas matemáticos usadas as áreas da robótica e na modelação da actividade no

córtex.

Avaliar criticamente o estado da arte na área da robótica médica e aplicações à saúde: Robótica e neurocirurgia;

dispositivos prostéticos, baseados em sinais cognitivos e sinais motores, para amputados do membros superiores;

interacção humano-robô; cognição sintética e ajudants robóticos inteligents; dispositivos robóticos para a reabilitação

e estudo do control motor dos membros superiores.

Realizar trabalho experimental ou de simulação, focando problemas actuais.

Escrever e comunicar de forma coerente, ao nível de publicação em conferência, o trabalho realizado.

Robótica Cognitiva e Interacção Humano-Robô



1. Introdução

2. Exemplos de arquitecturas cognitivas

2. Abordagens bioinspiradas para a síntese de robots cognitivos

3. Ferramentas matemáticas: Campos Dinâmicos Neuronais

4. Aplicação de Campos Dinâmicos Neuronais para a síntese de funções cognitivas

9. Exemplos de aplicação





Esta unidade curricular habilita os estudantes com conhecimentos e competências que lhes permite desenvolver robots

assistentes pessoais dotados com inteligência social. Especificamente isto requer que no final os estudantes sejam

capazes de:

Definir o que é um “Robot Cognitivo” socialmente inteligente

Descrever exemplos de arquitecturas de controlo cognitivas

Explicar a importância das abordagens neuro-cognitivas para o desenvolvimento de robots cognitivos e socialmente

inteligentes

Analisar campos dinâmicos neuronais

Implementar campos dinâmicos neuronais

Implementar funções cognitivas (compreensão de acções, leitura de intenções) usando campos dinâmicos neuronais

Implementar no robot capacidades de aprendizagem via interacção Humano-Robot (aprendizagem por demonstração,

por reforço e por imitação de objectivos)

Implementar uma arquitectura para colaboração Humano-Robot (e.g. construção em conjunto, assistente pessoal)

Robótica: Sistemas Bio-Inspirados

Cristina Santos ([email protected])


1. Bioengenharia reversa

2. Locomoção animal

3. Controlo da locomoção animal

2. Sistemas dinâmicos não lineares I

3. Padrões motores

4. Sistemas motores inspirados em sistemas motores biológicos

5. Controlo da Locomoção na Robótica

6. Sistemas dinâmicos não lineares II

7. Metodologias de projecto: ferramentas

8. Aplicação dos sistemas dinâmicos não-lineares ao controlo e geração da locomoção.


Esta disciplina habilita os estudantes com conhecimentos e competências na área da robótica e da sua aplicação a várias

subáreas da robótica. Especificamente, é de esperar que no final os alunos sejam capazes de:

Descrever, distinguir e propor algoritmos de inspiração biológica que permitem desenhar, projectar, avaliar e

resolver problemas de Inteligência Artificial, com uma ênfase particular na robótica

Recolher e interpretar os conhecimentos, métodos e técnicas que permitem desenhar, projectar, simular e

desenvolver controlo motor de movimentos de braços aplicando os sistemas dinâmicos não-lineares para a geração

de trajectórias ou controlo de juntas

Recolher, interpretar e examinar os problemas que necessitam de ser resolvidos na locomoção de robôs com pernas e

na geração de diferentes tipos de andamentos

Listar, especificar, desenvolver e projectar os geradores de trajectórias e os PIDs necessários para o controlo da

locomoção

Sistemas Dinâmicos Não-Lineares e Aplicações à Robótica Autónoma



1. Introdução

1.1. Motivação: a importância de ser dinâmico e não-linear

1.2. Exemplos de sistemas dinâmicos não lineares: exemplos clássicos na engenharia e robótica autónoma;




2. Análise de sistemas dinâmicos não lineares:

2.1. Introdução à Teoria qualitativa de sistemas dinâmicos:

2.2. Estabilidade dos pontos fixos via funções Lyapunov

3. Simulação por computador de sistemas dinâmicos não-lineares:

3.1. Tradução dos sistemas dinâmicos em equações algébricas recursivas

3.2. Estabilidade numérica

3.3. Simulação

4. Aplicações ao planeamento e geração do comportamento de robots autónomos baseados em comportamentos:

4.1. Sistemas dinâmicos não-linear para o controlo de robots móveis

4.2. Sistemas dinâmicos não-linear para o controlo de robots flutuantes

4.3. Sistemas dinâmicos não-linear para o controlo de robots manipuladores antropomórficos


Esta unidade curricular habilita os estudantes com conhecimentos e competências em Sistemas Dinâmicos Não-

Lineares e sua Aplicação ao Controlo do Comportamento de Robôs Autónomos. Especificamente, é de esperar que no

final os alunos sejam capazes de:

Definir o que é um sistema dinâmico não linear

Identificar e analisar exemplos de sistemas dinâmicos não-lineares ligados à robótica

Calcular e classificar pontos fixos, pontos de equilíbrio ou estados de um sistema dinâmico

Aproximar um sistema dinâmico não-linear a um sistema linear qualitativamente equivalente em torno de um ponto

fixo

Determinar a estabilidade de pontos fixos usando o sistema linear aproximado

Determinar a estabilidade de pontos fixos usando funções de Lyapunov

Explicar e identificar, pontos fixos estáticos e pontos fixos dinâmicos

Determinar as condições em que é possível fazer eliminação adiabática

Prever e descrever o comportamento qualitativo de um sistema dinâmico não-linear

Projectar sistemas dinâmicos não lineares que permitam gerar o comportamento para um robot autónomo (e.g.

navegação autónoma 2D e 3D)

Implementar algoritmos recursivos que permitam simular/implementar o comportamento ditado pelo sistema

dinâmico não linear

Sistemas Electrónicos de Localização

João Miguel Sena Esteves ([email protected])


1. Métodos de Medição da Posição e da Orientação

1.1 Medição de Posição e Orientação Absolutas

1.2 Medição de Posição e Orientação Relativas

2. Localização Absoluta com Balizas

2.1 Conceitos Fundamentais

2.2 Localização Baseada na Medição de Distâncias

2.3 Localização Baseada na Medição da Diferença de Distâncias

2.4 Localização Baseada na Goniometria

3. O Navstar Global Positioning System (GPS)

4. Outros Sistemas Electrónicos de Localização


Identificar e analisar comparativamente os principais métodos de medição da posição e da orientação, considerando

as tecnologias disponíveis para a sua implementação.



Identificar e analisar comparativamente os principais métodos de localização absoluta com balizas, considerando as

tecnologias disponíveis para a sua implementação.

Identificar as principais características do Navstar Global Positioning System (GPS) e analisar as suas

potencialidades e limitações.

Identificar as principais características de diversos sistemas electrónicos de localização baseados em estruturas

terrestres ou espaciais e analisar comparativamente esses sistemas.

Técnicas Avançadas em Imagem Médica

Manuel João Ferreira ([email protected])


1. Representação de Imagem: Espaços de cor, Transformação de espaços de cor.

2. Restauração de imagem: Correcção de distorções, Calibração e correspondência dimensional, Eliminação de ruído

repetitivo, Correcção de intensidade da resposta do sensor.

3. Melhoramento de Imagem: Operações sobre imagens (Ponto-a-Ponto, Operações Locais, Operações Globais), Remoção de ruído (Combinação de imagens, Filtros espaciais, Filtros no domínio das frequências), Segmentação

(Histograma, Binarização, Extracção de Regiões), Operações Morfológicas.

4. Análise de Imagem: Codificação e representação de regiões (rle, Chain code, Aproximações poligonais), Análise

de textura (Análise do Histograma. Matriz de co-ocorrência. Transformada de wavelets. Análise fractal. Mapas de

interacção de pares de pixéis), Análise de cor (Percepção da cor pelo sistema de Visão Humano. Calibração de cor.

Segmentação).

5. Métodos de Registo de Imagens: Fundamentos (Definição, Problemas associados), Modelos de transformação

(Modelos Locais, Modelos Globais), Detecção e reconhecimento de Características (Identificação de características,

Estratégias de busca).

6 . Registo de corpos elásticos

7. Métodos de fusão multimodal: Métodos (Pixel, características, decisão), Esquemas de fusão de imagens (Métodos baseados em Wavelets, Métodos baseados em Regiões).


Identificar e implementar operações de processamento de imagem médica

Identificar e implementar técnicas de análise de imagem

Reconhecer a variedade de métodos de registo de imagens e seleccionar o método mais adequado para casos

concretos

Desenvolver modelos de transformação para objectos elásticos e não elásticos

Desenvolver métodos de fusão de imagens


Biodispositivos sem Fios

Paulo Mendes ([email protected])


1. Fundamentos sobre biodispositivos

2. Sistemas de vigilância instrumental para o doente

3. Sistemas para radiofrequência

4. Fundamentos sobre modulação

5. Redes de sensores sem fios

6. Revisão de conceitos fundamentais de electromagnetismo

7. Definições e fundamentos de propagação

8. Definições e fundamentos das antenas




9. Parâmetros básicos de radiação

10. Antenas Lineares

11. Antenas de Quadro


Enumerar, descrever e explicar os elementos básicos de um sistema de radiofrequência (RF).

Conhecer a normalização associada aos dispositivos biomédicos sem fios.

Descrever e aplicar as metodologias de projecto de sistemas de RF.

Descrever e aplicar as ferramentas de projecto de sistemas de RF.

Projectar um microssistema básico de RF

Seleccionar os elementos e/ou propriedades relevantes num microdispositivos de RF para comunicação sem fios

Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e de...

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