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Évaluation et amélioration des plates-formes logicielles pour réseaux de capteurs sans-fil, pour optimiser la qualité de service et l'énergie / Evaluation and enhancement of software platforms for wireless sensor networks, to optimize quality of service and energy consumptionRoussel, Kévin 03 June 2016 (has links)
Dans le domaine des réseaux de capteurs sans-fil (dits « WSN »), les piles réseau spécialisées constituent un domaine de recherche très actif depuis maintenant de nombreuses années. Toutefois, beaucoup de ces études, notamment concernant les couches basses de ces piles réseau, n’ont pas dépassé le stade de la théorie. Leurs implantations n’ont sauf exception pas fait l’objet d’efforts poussés ou systématiques, surtout dans le cadre des systèmes d’exploitation spécialisés. Nous nous proposons donc, dans cette thèse, de nous focaliser sur l’analyse des interactions entre les protocoles des couches basses et les plates-formes logicielles dédiées, et de les optimiser, notamment au niveau de l’implantation. Nous passons d’abord en revue et évaluons les différents systèmes d’exploitation spécialisés, et choisissons celui offrant les fonctionnalités, notamment temps-réel, que nous estimons nécessaires pour implanter des protocoles MAC / RDC novateurs et performants. Nous entreprenons ensuite un effort d’étude, d’amélioration et d’optimisation de ces couches basses des piles spécialisées, et montrons, avec une implantation concrète d’un de nos protocoles MAC / RDC avancés, que nous pouvons amener des progrès notables dans la qualité de service (QdS) des WSN, notamment avec un trafic réseau intense. Nous examinons en outre des inexactitudes inattendues dans les simulations / émulations effectuées par Cooja / MSPSim, et analysons les problèmes de fiabilité posés par l’utilisation de cet outil pour effectuer des évaluations de performances, notamment temporelles, de WSN. Nous proposons enfin de nouvelles pistes pour de futures améliorations et optimisations de ces couches basses des piles réseau spécialisées, afin d’améliorer encore la fiabilité, les performances et la consommation énergétique des WSN. / In the field of wireless sensors networks (WSN), specialized network stacks have been a very active research field for many years. However, most of this research, especially on lower layers of the network stacks, did not go beyond theory. Their implementations have generally not been the subject of deep or systematic effort, especially within the framework of dedicated operating systems. We thus propose, in this thesis, to focus on interaction analysis between lower layers’ protocols and dedicated software platforms, and to optimize them, especially at the implementation level. We first review and evaluate the various dedicated operating systems, and choose the one offering the necessary features to implement efficient and innovative MAC/RDC protocols. We then study, improve and optimize these lower layers of specialized stacks, and show, with an actual implementation of one of our advanced MAC/RDC protocols, that we can bring significant improvements in the quality of service (QoS) of WSNs, especially under heavy network traffic. We also report inaccuracies in Cooja/MSPSim simulations/emulations, and analyze the reliability issues caused by the use of this tool for performing evaluations (especially time-related) of WSNs. We finally propose some new leads for future enhancements and optimizations of the lower layers of these specialized network stacks, in order to further improve the liability, performances and energy consumption of WSNs.
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A cross-layer mechanism for QoS improvements in VoIP over multi-rate WLAN networksSfairopoulou, Anna 28 July 2008 (has links)
In IEEE 802.11 WLANs, Link Adaptation mechanisms, which choose the transmission rate of each node, provoke unexpected and random variations on the effective channel capacity. When these changes are towards lower bitrates, inelastic flows, such as VoIP, can suffer from sudden congestion, which results on higher packet delays and losses. In this thesis, a VoIP codec adaptation algorithm is proposed as a solution, based on a cross-layer feedback from RTCP packets and the MAC layer, which can adapt the codecs of active calls to adjust them to the multirate scenario. A combination of this algorithm with a call admission control mechanism is also studied. The results show an important improvement in terms of the QoS of the already active flows as also in the total hotspot's capacity. Additionally, by defining a new Grade of Service related parameter, the Q-Factor, which captures the trade-off between dropping and blocking ratio and perceived speech quality, the codec adaptation algorithm can be tuned to achieve maximum capacity without severely penalizing any of those variables, and hence satisfying both technical and user quality requirements. Finally, a new QoS-enabled AP, which implements these enhancements is designed. / En las redes inalámbricas del estándar IEEE 802.11, los mecanismos de adaptación de enlace que eligen la tasa de transmisión de cada nodo, pueden provocar variaciones aleatorias e inesperadas en la capacidad efectiva del canal. Cuando estos cambios son hacia tasas de transmisión mas bajas, los flujos inelásticos, tales como los de VoIP, pueden de repente sufrir congestión, lo que se traduce en aumento de retrasos y pérdidas de paquetes. En esa tesis, se propone un algoritmo de adaptación de codificadores de voz como solución, basado en técnicas multinivel (cross-layer) que combinan el uso de información de diferentes capas, como los paquetes RTCP y la capa MAC, y que puede adaptar los codecs de las llamadas activas para ajustarlos al escenario "multi-rate". Adicionalmente, la combinación de este algoritmo con un mecanismo de control de admisión de llamadas (CAC) se ha estudiado. Los resultados muestran una importante mejora en términos de QoS de los flujos activos como también en la capacidad total del hotspot. Además, mediante la definición de un nuevo factor, el Q-Factor, que puede captar la compensación entre la tasa de corte y de bloqueo de llamadas y de la calidad percibida por esas, el algoritmo de adaptación de codecs se puede ajustar para lograr la máxima capacidad sin penalizar severamente ninguna de esas variables y así satisfacer los requisitos técnicos de calidad y los usuarios. Por último, un nuevo punto de acceso (AP) habilitado para ofrecer calidad de servicio, ha sido diseñado que lleva a cabo estas mejoras.
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Etude des méthodes de pénalité-projection vectorielle pour les équations de Navier-Stokes avec conditions aux limites ouvertes / Study of the vector penalty-projection methods for Navier-Stokes equations with open boundary conditionsCheaytou, Rima 30 April 2014 (has links)
L'objectif de cette thèse consiste à étudier la méthode de pénalité-projection vectorielle notée VPP (Vector Penalty-Projection method), qui est une méthode à pas fractionnaire pour la résolution des équations de Navier-Stokes incompressible avec conditions aux limites ouvertes. Nous présentons une revue bibliographique des méthodes de projection traitant le couplage de vitesse et de pression. Nous nous intéressons dans un premier temps aux conditions de Dirichlet sur toute la frontière. Les tests numériques montrent une convergence d'ordre deux en temps pour la vitesse et la pression et prouvent que la méthode est rapide et peu coûteuse en terme de nombre d'itérations par pas de temps. En outre, nous établissons des estimations d'erreurs de la vitesse et de la pression et les essais numériques révèlent une parfaite concordance avec les résultats théoriques. En revanche, la contrainte d'incompressibilité n'est pas exactement nulle et converge avec un ordre de O(varepsilondelta t) où varepsilon est un paramètre de pénalité choisi assez petit et delta t le pas temps. Dans un second temps, la thèse traite les conditions aux limites ouvertes naturelles. Trois types de conditions de sortie sont étudiés et testés numériquement pour l'étape de projection. Nous effectuons des comparaisons quantitatives des résultats avec d'autres méthodes de projection. Les essais numériques sont en concordance avec les estimations théoriques également établies. Le dernier chapitre est consacré à l'étude numérique du schéma VPP en présence d'une condition aux limites ouvertes non-linéaire sur une frontière artificielle modélisant une charge singulière pour le problème de Navier-Stokes. / Motivated by solving the incompressible Navier-Stokes equations with open boundary conditions, this thesis studies the Vector Penalty-Projection method denoted VPP, which is a splitting method in time. We first present a literature review of the projection methods addressing the issue of the velocity-pressure coupling in the incompressible Navier-Stokes system. First, we focus on the case of Dirichlet conditions on the entire boundary. The numerical tests show a second-order convergence in time for both the velocity and the pressure. They also show that the VPP method is fast and cheap in terms of number of iterations at each time step. In addition, we established for the Stokes problem optimal error estimates for the velocity and pressure and the numerical experiments are in perfect agreement with the theoretical results. However, the incompressibility constraint is not exactly equal to zero and it scales as O(varepsilondelta t) where $varepsilon$ is a penalty parameter chosen small enough and delta t is the time step. Moreover, we deal with the natural outflow boundary condition. Three types of outflow boundary conditions are presented and numerically tested for the projection step. We perform quantitative comparisons of the results with those obtained by other methods in the literature. Besides, a theoretical study of the VPP method with outflow boundary conditions is stated and the numerical tests prove to be in good agreement with the theoretical results. In the last chapter, we focus on the numerical study of the VPP scheme with a nonlinear open artificial boundary condition modelling a singular load for the unsteady incompressible Navier-Stokes problem.
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Link Quality in Wireless Sensor Networks / Qualité des liens dans les réseaux de capteurs sans fil : Conception de métriques de qualité de lien pour réseaux de capteurs sans fil en intérieur et à large échelleBildea, Ana 19 November 2013 (has links)
L'objectif de la thèse est d'étudier la variation temporelle de la qualité des liens dans les réseaux de capteurs sans fil à grande échelle, de concevoir des estimateurs permettant la différenciation, à court terme et long terme, entre liens de qualité hétérogène. Tout d'abord, nous étudions les caractéristiques de deux paramètres de la couche physique: RSSI (l'indicateur de puissance du signal reçu) et LQI (l'indicateur de la qualité de liaison) sur SensLab, une plateforme expérimentale de réseau de capteurs à grande échelle situé à l'intérieur de bâtiments. Nous observons que le RSSI et le LQI permettent de discriminer des liens de différentes qualités. Ensuite, pour obtenir un estimateur de PRR, nous avons approximé le diagramme de dispersion de la moyenne et de l'écart-type du LQI et RSSI par une fonction Fermi-Dirac. La fonction nous permet de trouver le PRR à partir d'un niveau donné de LQI. Nous avons évalué l'estimateur en calculant le PRR sur des fenêtres de tailles variables et en le comparant aux valeurs obtenues avec l'estimateur. Par ailleurs, nous montrons en utilisant le modèle de Gilbert-Elliot (chaîne de Markov à deux états) que la corrélation des pertes de paquets dépend de la catégorie de lien. Le modèle permet de distinguer avec précision les différentes qualités des liens, en se basant sur les probabilités de transition dérivées de la moyenne et de l'écart-type du LQI. Enfin, nous proposons un modèle de routage basé sur la qualité de lien déduite de la fonction de Fermi-Dirac approximant le PRR et du modèle Markov Gilbert-Elliot à deux états. Notre modèle est capable de distinguer avec précision les différentes catégories de liens ainsi que les liens fortement variables. / The goal of the thesis is to investigate the issues related to the temporal link quality variation in large scale WSN environments, to design energy efficient link quality estimators able to distinguish among links with different quality on a short and a long term. First, we investigate the characteristics of two physical layer metrics: RSSI (Received Signal Strength Indication) and LQI (Link Quality Indication) on SensLAB, an indoor large scale wireless sensor network testbed. We observe that RSSI and LQI have distinct values that can discriminate the quality of links. Second, to obtain an estimator of PRR, we have fitted a Fermi-Dirac function to the scatter diagram of the average and standard variation of LQI and RSSI. The function enables us to find PRR for a given level of LQI. We evaluate the estimator by computing PRR over a varying size window of transmissions and comparing with the estimator. Furthermore, we show using the Gilbert-Elliot two-state Markov model that the correlation of packet losses and successful receptions depend on the link category. The model allows to accurately distinguish among strongly varying intermediate links based on transition probabilities derived from the average and the standard variation of LQI. Finally, we propose a link quality routing model driven from the F-D fitting functions and the Markov model able to discriminate accurately link categories as well as high variable links.
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Reliable and time-constrained communication in wireless sensor networks / Communications fiables et contraintes en temps dans les réseaux de capteurs sans filsYang, Fei 25 March 2011 (has links)
Les réseaux de capteurs sans fils (WSN) sont composés d'un très grand nombre de capteurs, capables de mesurer des paramètres physiques de l'environnement, de mettre en forme l'information obtenue et de la communiquer aux autres capteurs grâce à une interface radio. Les capteurs étant en général déployés sur de très grandes étendues géographiques, l'énergie nécessaire pour les faire fonctionner est fournie par une batterie embarquée sur le capteur. En général, il est difficile de recharger les batteries une fois les capteurs déployés. Economiser l'énergie est donc une préoccupation constante lors de la conception des capteurs et des protocoles de communication utilisés, de manière à prolonger la durée de vie du réseau. Dans ce but, les capteurs transmettent leurs données avec des puissances d'émission très faibles. Avec de telles puissances d'émission, un message ne peut être transmis que sur quelques dizaine de mètres. De ce fait, lorsqu'un capteur détecte un événement, le message est transmis en mode ad-hoc multisauts jusqu'au puits, un nœud spécifique du réseau, qui récolte toutes les informations et est capable de réagir de manière adéquate. Dans cette thèse, nous donnons d'abord un état de l'art avancé sur les WSN. Ensuite nous analysons l'impact du cycle d'endormissement et des liens non fiable sur la couche de routage. A partir des résultats analytiques, nous proposons trois méthodes originales, simples et efficaces pour construire des coordonnées virtuelles en prenant en compte la non fiabilité des liens dans les WSN. En prenant en compte le cycle d'endormissement et les contraintes temps-réel, nous proposons deux protocoles cross-layer qui ont de bons taux de livraison et qui permettent de respecter des contraintes temporelles. Pour pallier à la dynamicité des réseaux de capteurs sans fil, nous proposons un protocole de routage robuste qui adapte ses paramètres quand la topologie change. Enfin, nous concluons et donnons quelques perspectives. / Wireless Sensor Networks (WSNs) are composed of a large number of battery-powered sensor nodes that have the ability to sense the physical environment, compute the obtained information and communicate using the radio interfaces. Because sensor nodes are generally deployed on a large and wild area, they are powered by embedded battery. And it is difficult to change or recharge the battery, thus to reduce the energy consumption when sensors and protocols are designed is very important and can extend the lifetime of WSNs. So sensor nodes transmit packets with a lower transmission power (e.g. OdBm). With this transmission power, a packet can only be transmitted dozens of meters away. Therefore, when a sensor detects an event, a packet is sent in a multi-hop, ad-hoc manner (without fixed infrastructure and each sensor is able to relay the packet) to the sink (specific node which gathers information and reacts to the network situation). In this thesis, we first give an elaborate state of the art of WSNs. Then the impacts of duty-cycle and unreliable links or the performances of routing layer are analyzed. Based on the analytical results, we then propose three new simple yet effective methods to construct virtual coordinates under unreliable links in WSNs. By further taking the duty-cycle and real-time constraints into consideration we propose two cross-layer forwarding protocols which can have a greater delivery ratio and satisfy the deadline requirements. In order to have protocols for the WSNs that have dynamic topology, we then propose a robust forwarding protocol which can adapt its parameters when the topology changes. At last, we conclude this thesis and give some perspectives.
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Modeling Optical Properties of Combustion Soot emitted in the Troposphere / Modélisation de la réponse optique des particules de suie émises dans la TroposphèreGarcia Fernandez, Carlos 26 November 2015 (has links)
Ce travail concerne la modélisation, à l’échelle moléculaire, de l’interaction entre des nanoparticules carbonées et le rayonnement électromagnétique. Le but est d’aider à la compréhension des propriétés optiques des particules de suie afin de mieux quantifier l’influence des suies sur l’atmosphère et le climat. L’étude de l’interaction rayonnement/particules de suie fraîche a été effectuée par la méthode PDI ; il a été montré que : i) le coefficient d’absorption massique (MAC) des particules de suie dépend de la répartition des atomes dans la particule et de leurs liaisons, en particulier entre 200 et 350 nm ; ii) le MAC diffère selon que le cœur de la particule carbonée est occupé ou non par des plans graphitiques ; iii) un modèle analytique n’est pas adapté pour calculer le MAC d’une nanoparticule carbonée présentant des défauts structuraux. De plus, des méthodes de chimie quantique ont été utilisées pour caractériser le vieillissement des suies. Les résultats montrent que : i) NO, Cl, et HCl sont physisorbées sur une surface carbonée parfaite alors que sur une surface défective, ces espèces sont chimisorbées et conduisent à une modification de la surface ; ii) la présence de Cl conduit à un piégeage fort des molécules d’eau supérieur à celui obtenu lorsqu’un site oxygéné est présent sur la surface carbonée, expliquant ainsi le caractère hydrophile des suies émises lors d’incendies dans des milieux industriels. Enfin, la méthode PDI a été appliquée au calcul de la polarisabilité de HAP afin d’interpréter des spectres d’absorption des grains carbonés du milieu interstellaire, en incluant des molécules pour lesquelles aucune donnée n’était actuellement disponible. / This work concerns the modeling, at the molecular level, of the interaction between carbonaceous particles of nanometric size and the electromagnetic radiation. The goal is to improve our understanding of the optical properties of soot particles, to better quantify the influence of soot on the atmosphere and on climate change. The study of the interaction between radiation and fresh soot particles was carried out using the point dipole interaction method; it has been shown that: i) the mass absorption coefficient (MAC) of these soot nanoparticles may significantly depend on their atomistic details, especially between 200 and 350 nm; ii) the MAC depends on whether the heart of the carbonaceous particle is occupied or not by graphite planes; iii) an analytical model is not suitable for calculating the MAC of carbonaceous nanoparticles having structural defects. In addition, quantum chemical methods have been used to characterize the ageing of soot. The results obtained are i) NO, Cl, and HCl are physisorbed on a perfect carbonaceous surface whereas on a defective surface, these species are chemisorbed and lead to a modification of the surface; ii) on a carbonaceous surface, the presence of adsorbed Cl atoms leads to a strong trapping of the surrounding water molecules. This may be related to the highly hydrophilic nature of soot emitted during fires in industrial environments. Finally, the PDI method was applied to calculate the polarizability of PAHs to help at interpreting the absorption spectra of carbonaceous grains in the interstellar medium, including molecules for which no data was currently available.
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REATANDO OS NÓS: ARTE & FATO GALERIA, MUSEU DE ARTE CONTEMPORÂNEA DO RIO GRANDE DO SUL- MAC/RS E TORREÃO ESPAÇOS DE LEGITIMAÇÃO EM PORTO ALEGRE (1985-1997) / REATTACHING NODES: ART & FACT GALLERY, CONTEMPORARY ART MUSEUM OF RIO GRANDE DO SUL- MAC/RS AND TORREÃO SPACES OF LEGITIMATION IN PORTO ALEGRE (1985-1997)Machado, Ana Méri Zavadil 08 July 2011 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This research aims investigate three spaces of exhibitions, where each one guards its specificity: The Art & Fact Gallery, a commercial space; the Contemporary Art Museum of Rio Grande do Sul MACS/RS, a institutional space and the Torreão, a collective initiative of artists, in a meaningful time covering the years of 1985 and 1997, in Porto Alegre City. What interested us searching, mainly, was the feature common on all three, that is, the extent to which each contributed as a space of legitimation of artists who were beginning their careers in the mid 80's and 90's. From the historiography did the analysis of the performances of such spaces in relation to production, distribution and consumption of art in that period, despite the relationships between spaces, the artists and arts system in force, noting the changes that promoted into the field of art in Porto Alegre. The survey, regarding the methodology, procedures relating to research combines theoretical and field. The first will have its foundation in important authors who wrote about the period as Iclaia Cattani, Blanca Brites, Marilene Burtet Pieta, Anna Maria Albani de Carvalho and Maria Amelia Bulhões, like Gomes and Paulo Tadeu Chiarelli, and other influential theorists different areas such as Anne Cauquelin, Nathalie Heinich, Pierre Bourdieu, Sonia Saltztein, Ricardo Basbaum and Ligia Canongia. To reach our goals the field research was fundamental because the interviews with officials, directors and managers, was instructive, because understanding its dynamic presentation of art, we understand them as spaces of legitimation. / A presente pesquisa tem por objetivo investigar três espaços de exposições, em que cada um guarda a sua especificidade: a Galeria Arte & Fato, espaço de cunho comercial; o Museu de Arte Contemporânea do Rio Grande do Sul MAC/RS, espaço institucional; o Torreão, iniciativa coletiva de artistas, em um recorte temporal que abrange os anos entre 1985 e 1997, na cidade de Porto Alegre. O que interessou pesquisar, principalmente, foi a característica comum aos três, ou seja, em que medida cada um deles contribuiu como espaço de legitimação de artistas que estavam iniciando as suas trajetórias em meados dos anos 80 e na década de 90. A partir da historiografia, realizou-se a análise das atuações dos referidos espaços no que tange à produção, à divulgação e ao consumo de obras de arte no citado período, estabelecendo relações entre os espaços, artistas e sistema de artes vigente, constatando as mudanças que promoveram para o campo da arte em Porto Alegre. A pesquisa, no que diz respeito à metodologia empregada, conjuga procedimentos referentes à pesquisa teórica e à de campo. A primeira tem o seu embasamento em autores importantes que escreveram sobre o período, como Icleia Cattani, Blanca Brites, Marilene Burtet Pieta, Ana Maria Albani de Carvalho e Maria Amélia Bulhões, assim como Paulo Gomes e Tadeu Chiarelli, além de outros teóricos influentes de áreas diferenciadas, dentre eles, Anne Cauquelin, Nathalie Heinich, Pierre Bourdieu, Sonia Saltztein, Ricardo Basbaum e Ligia Canongia. Para atingir os objetivos, a pesquisa de campo revelou-se fundamental, pois as entrevistas com os responsáveis, os diretores e os gestores mostraram-se elucidativas; assim, entendendo as dinâmicas de apresentação da arte, compreende-se tais locais como espaços de legitimação.
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Systém pro řízení intenzity osvětlení / Intelligent lightning systemHarman, Ján January 2011 (has links)
The aim of my master’s thesis is a system for control of the light intensity. It is electronic equipment which controls the intensity of the light circuits based on settings and input signals. This equipment could work on single-phase systems or multiphase systems. The equipment is controlled by the signal DMX-512 which is a standard for the control of lighting technologies. The set up of this equipment is based on a personal computer or in a limited form by a small connected display.
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Green Anesthesia : Use of Inhalational Anesthetics and their Effect on our Climate / Miljövänlig Anestesi : Användning av inhalationsanestetika och dess påverkan på vårt klimatKarchut, Sabina, Wedahl, Skylar January 2023 (has links)
This thesis has, commissioned by Dräger, an international company at the forefront of medical and safety technology, examined how the use of inhalational anesthetics affects the climate and environment. The purpose of this work is to examine how the Swedish healthcare sector currently works with inhalational anesthetics, how different anesthetic machines affect the emissions, as well as alternatives available to reduce anesthetic gases emissions. Climate change is a current issue in today’s society, but the impact of anesthetic gases on the climate is not widely known, despite their everyday use in the healthcare sector. Through data collection from two Swedish hospitals; Linköping University Hospital and Örebro University Hospital, an interview with medical and medical engineering staff, as well as a literature study the main question of the thesis could be answered; How do the most common anesthetic gases affect the environment? The results are presented in the form of diagrams showing the amount of anesthetic gas used in the aforementioned hospitals during surgeries. The results have been analyzed and discussed based on the research questions, and the different results from each hospital have been compared to each other. It can be seen that Dräger’s anesthesia machines have a relatively low consumption of sevoflurane, but it is impossible to draw any definitive conclusions due to lack of data, and lack of access to machines from other manufacturers. / Detta examensarbete har, på uppdrag av Dräger, ett internationellt företag i framkant inom medicin- och säkerhetsteknik, undersökt hur användning av inhalationsanestetika påverkar miljön. Målet med arbetet är att undersöka hur den svenska sjukvården för närvarande arbetar med inhalationsanestetika, hur olika anestesimaskiner påverkar utsläppen, samt alternativ som finns tillgängliga för att minska dessa utsläpp. Klimatförändringar är en aktuell fråga i dagens samhälle men påverkan av anestesigaser på klimatet är inte allmänt känt, trots att dessa används dagligen i hälsovården. Genom datainsamling från två svenska sjukhus; Linköpings Universitetssjukhus och Örebro Universitetssjukhus, intervjuer med medicinsk- och medicinteknisk personal, samt en litteraturstudie har arbetets problemställning besvarats; Hur påverkar de mest frekvent använda anestesigaserna miljön? Resultaten visar i diagramform hur mycket anestesi gas som använts i tidigare nämnda sjukhus under operationer. Resultaten har analyserats och diskuterats utifrån forskningsfrågorna, dessutom har de olika resultaten från respektive sjukhus jämförts med varandra. Det kan ses att Drägers anestesimaskiner har en relativt låg konsumtion av sevofluran, men brist på data samt brist på tillgång till maskiner från andra producenter gör det omöjligt att dra en konkret slutsats.
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Analysis and improvement of medium access control protocols in wireless networks : performance modelling and Quality-of-Service enhancement of IEEE 802.11e MAC in wireless local area networks under heterogeneous multimedia trafficHu, Jia January 2010 (has links)
In order to efficiently utilize the scarce wireless resource as well as keep up with the ever-increasing demand for Quality-of-Service (QoS) of multimedia applications, wireless networks are undergoing rapid development and dramatic changes in the underlying technologies and protocols. The Medium Access Control (MAC) protocol, which coordinates the channel access and data transmission of wireless stations, plays a pivotal role in wireless networks. Performance modelling and analysis has been and continues to be of great theoretical and practical importance in the design and development of wireless networks. This research is devoted to developing efficient and cost-effective analytical tools for the performance analysis and enhancement of MAC protocols in Wireless Local Area Networks (WLANs) under heterogeneous multimedia traffic. To support the MAC-layer QoS in WLANs, the IEEE 802.11e Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) protocol has proposed three QoS differentiation schemes in terms of Arbitrary Inter-Frame Space (AIFS), Contention Window (CW), and Transmission Opportunity (TXOP). This research starts with the development of new analytical models for the TXOP scheme specified in the EDCA protocol under Poisson traffic. A dynamic TXOP scheme is then proposed to adjust the TXOP limits according to the status of the transmission queue. Theoretical analysis and simulation experiments show that the proposed dynamic scheme largely improves the performance of TXOP. To evaluate the TXOP scheme in the presence of ii heterogeneous traffic, a versatile analytical model is developed to capture the traffic heterogeneity and model the features of burst transmission. The performance results highlight the importance of taking into account the heterogeneous traffic for the accurate evaluation of the TXOP scheme in wireless multimedia networks. To obtain a thorough and deep understanding of the performance attributes of the EDCA protocol, a comprehensive analytical model is then proposed to accommodate the integration of the three QoS schemes of EDCA in terms of AIFS, CW, and TXOP under Poisson traffic. The performance results show that the TXOP scheme can not only support service differentiation but also improve the network performance, whereas the AIFS and CW schemes provide QoS differentiation only. Moreover, the results demonstrate that the MAC buffer size has considerable impact on the QoS performance of EDCA under Poisson traffic. To investigate the performance of EDCA in wireless multimedia networks, an analytical model is further developed for EDCA under heterogeneous traffic. The performance results demonstrate the significant effects of heterogeneous traffic on the total delay and frame losses of EDCA with different buffer sizes. Finally, an efficient admission control scheme is presented for the IEEE 802.11e WLANs based on analytical modelling and a game-theoretical approach. The admission control scheme can maintain the system operation at an optimal point where the utility of the Access Point (AP) is maximized with the QoS constraints of various users.
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