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
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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
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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
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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
1º Semestre 2º Semestre
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
1º Semestre 2º Semestre
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
1º Semestre 2º Semestre
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
1º Semestre 2º Semestre
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)
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Área de Telecomunicações e Comunicações por Computador
1º Semestre 2º Semestre
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
1º Semestre 2º Semestre
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
Área de Controlo, Automação e Robótica
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
Área de Instrumentação e Microssistemas Electrónicos
Biodispositivos sem Fios
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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
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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
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Opções Científico-Tecnológicas em Engenharia Electrónica e de Computadores
Área de Controlo, Automação e Robótica
Aquisição de Dados e Instrumentação Virtual / Data Acquisition and Virtual Instrumentation
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.
Resultados de aprendizagem
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
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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
Resultados de aprendizagem
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
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.
Resultados de aprendizagem
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.
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.
Resultados de aprendizagem
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.
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.
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)
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)
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)
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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).
Resultados de aprendizagem
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
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.
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.
Resultados de aprendizagem
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.
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Sistemas de Telecomunicações – I / Telecommunications Systems – I
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.
Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e de Computadores Página 40 de 55
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
Resultados de aprendizagem
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.
Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e de Computadores Página 41 de 55
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.
Resultados de aprendizagem
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.
Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e de Computadores Página 47 de 55
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
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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.
Resultados de aprendizagem
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
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).
Resultados de aprendizagem
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
Área de Instrumentação e Microssistemas Electrónicos