Esta tese propõe uma arquitetura de software neuro-reativa para sistemas de automação do ambiente construído. O objetivo é facilitar o desenvolvimento, a manutenção e a expansão desses sistemas, através de três requisitos norteadores: modularidade, flexibilidade e capacidade de integração das partes. Um modelo baseado em unidades chamadas de \"neurônios\" e de \"glândulas\" é proposto. Esses elementos fundamentais têm características reativas e podem ser combinados formando diferentes sistemas de automação. Uma versão da arquitetura proposta é programada na linguagem Java utilizando tecnologias como CORBA e MySQL. Por fim, uma casa fictícia é utilizada como exemplo para demonstrar a aplicação da arquitetura proposta. / This thesis presents a neuro-reactive software architecture applied to building automation systems. The objective is to make development, maintenance and ex-pansion of these systems easier through three main requirements: modularity, flex-ibility and parts integration capability. A model with units called neurons and glands is proposed. These fundamental elements have reactive characteristics and are combined to constitute automation systems. A version of proposed architecture is programmed in Java language using technologies like CORBA and MySQL. In the end, a fictitious home automation system is used as example.

Desde dezembro de 2007, o Brasil está implantando o Sistema Brasileiro de TV Digital (SBTVD). Além de esse novo sistema proporcionar imagens em alta definição e permitir a mobilidade da TV, ele oferece a interatividade, através do middleware Ginga, o qual está sendo disponibilizado em receptores de TV digital para permitir que os telespectadores possam interagir com as aplicações que são transmitidas - juntas com o sinal de áudio e de vídeo - pelas emissoras de TV. Esses receptores de TV digital, ou Set-top Boxes (STBs), como são conhecidos, estão se tornando cada vez mais presentes nas residências, o que possibilita a sua integração com os Ambientes Inteligentes (AmIs), que são cenários compostos por sistemas de automação predial/residencial capazes de se adaptar à presença dos usuários, oferecer serviços e permitir uma interação multimodal com o ambiente. Assim, este trabalho propõe um framework para integração entre AmIs e o SBTVD, a fim de permitir que os serviços e os dispositivos de automação presentes nas residências possam ser gerenciados pelos receptores de TV digital compatíveis com o middleware de interatividade Ginga. O framework proposto define uma arquitetura que é implementada para atender às seguintes funcionalidades: (i) mapeamento dos dispositivos físicos de automação presentes no AmI para o mundo computacional; (ii) suporte ao desenvolvimento de aplicações interativas para acesso aos serviços e aos dispositivos de automação do AmI; (iii) criação de cenários de automação independentes da plataforma de hardware em que serão executados; (iv) reutilização de projetos para otimização do tempo de desenvolvimento de novas aplicações interativas; (v) geração automática de código, em que são construídas aplicações baseadas no perfil do hardware da plataforma-alvo e no perfil da linguagem de programação suportada pelo middleware de interatividade do SBTVD. Além disso, este trabalho é validado através de três estudos de casos que utilizam os conceitos e as ferramentas computacionais propostas no âmbito desta tese. / Since December 2007, Brazil has been introducing the Digital TV Brazilian System (SBTVD). This new system not only provides high definition images and TV mobility, but also offers interactivity by means of middleware Ginga, which has become available in Digital TV receivers in order to grant that viewers are able to interact with the transmitted applications – along with the video and audio signal – by broadcasting stations. Such Digital TV receivers, or the well-known Set-top Boxes (STBs), have ranked high in homes, a factor that enables its integration with Intelligent Environments (AmIs), which are sceneries composed by home automation systems, and may adapt to the presence of users, offer services and allow multimodal interaction with the environment. Thus, this thesis presents a framework for integration between AmIs and SBTVD in order to grant that services and automation devices located in homes can be managed by Digital TV receivers with Ginga interactivity middleware. The referred framework defines an architecture that is implemented with the aim of meeting the following functionalities: (i) physical devices mapping of automation in AmIs to the computational world; (ii) support to the development of interactive applications to access the AmI services and automation devices; (iii) creation of automation sceneries which do not depend on the hardware platform they will be run in; (iv) reuse of projects to optimize the development time of new interactive applications; (v) code automatic generation, in which applications will be constructed based on the profile of the target platform hardware and on the programming language profile supported by the SBTVD interactivity middleware. Besides, this work is validated due to three case studies that utilize concepts and computational tools underlying this thesis.

As Redes Elétricas Inteligentes podem ser entendidas como o uso intensivo de tecnologias de informação e comunicação nas redes elétricas, permitindo um fluxo bidirecional de informações e eletricidade pela rede, de forma a obter uma infraestrutura capaz de automaticamente monitorar, proteger e otimizar a operação de seus elementos. A modernização da infraestrutura elétrica no sentido das Redes Elétricas Inteligentes é inevitável e trará profundas mudanças em todos os segmentos do sistema elétrico. Embora a tecnologia necessária para essa modernização já exista a um custo razoável, ainda restam várias questões que devem ser resolvidas. Indefinições em relação aos padrões a serem adotados, regulamentações, segurança, privacidade e vários aspectos tecnológicos dificultam uma implementação coerente, adiando essa modernização. Assim, este trabalho busca apresentar esse cenário em relação às Redes Elétricas Inteligentes, investigando as tendências e situação atual. Dentre essas tendências, há um grande interesse em definir e implementar mecanismos que incentivem uma maior conscientização dos consumidores em relação ao seu uso de energia, além de uma participação ativa dos mesmos no mercado de energia. Isso exigirá a utilização de ferramentas que possibilitem a redução de custos através do uso mais eficiente da energia. Assim, é também proposto um framework para a construção e análise dessas ferramentas que buscam auxiliar os consumidores nesse cenário em formação. O framework proposto foi construído utilizando uma abordagem por Sistemas Multiagentes e possibilita a construção, simulação e análise de diversos sistemas, em diferentes cenários, com variados tipos de equipamentos, tanto reais como virtuais, sob diferentes protocolos de comunicação e com a possibilidade de uso de diversos algoritmos para a operação conjunta dos equipamentos. / Smart Grids can be understood as the intensive use of information and communication technologies over the electricity networks, allowing a bidirectional flow of information and electricity through the network. It is a system that tries to optimize the supply and demand of energy through the integration of distributed generation and renewable energy resources, and through the active participation of consumers as well as an intense trade relationship between all the segments of the electricity sector. The modernization of the electrical infrastructure towards Smart Grids is inevitable and it will bring deep changes in all segments of the electrical system. Although the necessary technology for this modernization already exists at a reasonable cost, there are still several issues to be solved. Uncertainties regarding standards to be adopted, regulations, security, privacy and many technological aspects difficult a consistent implementation and, therefore, delay this modernization. Thus, this study aims to present the Smart Grid scenario, by the investigation of its current situation and tendencies. Among these tendencies, there is a great interest to define and implement mechanisms to encourage consumer to take care about their electrical energy use and to stimulate their active participation in the energy market. This will require tools that will help them to reduce costs through a more efficient use of energy. Therefore, this work proposes also a framework for the development and analysis of these tools that help consumers at this scenario under construction. The proposed framework is built using a Multiagent System approach which allows the construction, simulation and analysis of various systems in different scenarios. In addition, it allows the use of several types of equipments, both real and virtual, under different communication protocols and with the possible use of various algorithms for a joint operation of all Smart Grid equipments.

O presente trabalho teve como objetivo propor e testar uma metodologia para a realização de bindings dinâmicos na tecnologia LonWorks®, com a finalidade de permitir que um Sistema Distribuído de Comunicação Telefônica Privada (SDCTP), também desenvolvido com a tecnologia LonWorks®, realizasse seus enlaces telefônicos. Para tal, utilizou-se uma metodologia voltada para equipamentos embarcados e a visão de agentes reativos no desenvolvimento de cada dispositivo de rede, oferecendo uma solução única, prática e totalmente inédita na tecnologia LonWorks® e nos dispositivos de PABX. Essa visão resultou no desenvolvimento de dispositivos inteligentes e totalmente autônomos, no que diz respeito aos seus processos internos, gerando resultados satisfatórios e mais eficientes do que se esperava com base nos requisitos levantados para o sistema SDCTP. Este trabalho é o ponto de partida e oferece uma base para o desenvolvimento de novas funcionalidades, tanto nos sistemas de telefonia atuais, quanto nas redes de controle. / This presentation has the goal to propose and test a new method to implement dynamic bindings in LonWorks® technology, allowing a new Private Telephony Comunication Distributed System (SDCTP), also developed with LonWorks® technology, to make their telephone links. In order to do this, a method for developping embedded systems and the reactive agent view was applied for each different devices in this new system, thus offering a unique, practical and innovative solution for both, LonWorks® and PBX systems. This view allowed the implementation of intelligent and autonomous devices, specially in their internal process, thus granting satisfactory and more efficient results based on the SDCTP requirements. This work is the kick-off and the basis for developing new functions for telephone systems and control networks.

Este trabalho apresenta um estudo de tecnologias de comunicação sem fio e suas aplicações na automação predial. A principal motivação para a elaboração deste trabalho é o uso crescente dessas tecnologias em diversas áreas, principalmente em sistemas de automação industrial, comercial, residencial e predial. O uso de equipamentos como telefones celulares e notebooks, que possuem canais de comunicação sem fio (Bluetooth, 802.11b/g WiFi, etc.), também contribuiu para o aumento do interesse na pesquisa de soluções usando redes sem fio. Inicialmente são apresentadas e estudadas, de forma comparativa, as tecnologias existentes de comunicação sem fio. Em seguida, são apresentados os principais sistemas que podem ser automatizados dentro de um edifício inteligente e também exemplos de aplicações de uso das tecnologias sem fio. A demonstração do uso de dispositivos sem fio foi feita a partir de um protótipo. Esse protótipo foi elaborado com o objetivo de substituir sensores de temperatura de um sistema de ar condicionado. O consumo das baterias e a relação custo-benefício do sistema foram os principais itens avaliados. Este estudo pretende demonstrar que dispositivos sem fio podem ser mais uma opção na automação de edifícios e residências, podendo servir como solução, em vários casos, para problemas de infra-estrutura e de integração dos sistemas de automação. / This work presents a study of the wireless communication technologies and their applications to intelligent building automation systems. The main motivation for this work is the increasing use of wireless technologies in several areas, specifically industrial, commercial, residential and building automation. The use of equipments as cellular telephones and notebooks, provided by wireless communication channels (Bluetooth, 802.11b/g WiFi, etc.), has been contributing to the interest in the research of solutions related to this technology. Initially, the existent commercial technologies of some wireless communication systems are presented and studied, in a comparative way. The main systems that exist inside an automated intelligent building and examples of applications of the wireless technologies are presented. The use of wireless devices was depicted by means from a prototype, which was built up with the scope of substituting the sensor of temperature of an air conditioning system. The consumption of the batteries and the cost-benefit relationship of the system were the main items evaluated with the prototype. This study intends to demonstrate that wireless devices can be an interesting option for the automation of buildings and residences. In several cases, the use of these devices can be a solution for some of the infrastructure problems and for the integration of the automation systems.

Este trabalho apresenta um estudo de tecnologias de comunicação sem fio e suas aplicações na automação predial. A principal motivação para a elaboração deste trabalho é o uso crescente dessas tecnologias em diversas áreas, principalmente em sistemas de automação industrial, comercial, residencial e predial. O uso de equipamentos como telefones celulares e notebooks, que possuem canais de comunicação sem fio (Bluetooth, 802.11b/g WiFi, etc.), também contribuiu para o aumento do interesse na pesquisa de soluções usando redes sem fio. Inicialmente são apresentadas e estudadas, de forma comparativa, as tecnologias existentes de comunicação sem fio. Em seguida, são apresentados os principais sistemas que podem ser automatizados dentro de um edifício inteligente e também exemplos de aplicações de uso das tecnologias sem fio. A demonstração do uso de dispositivos sem fio foi feita a partir de um protótipo. Esse protótipo foi elaborado com o objetivo de substituir sensores de temperatura de um sistema de ar condicionado. O consumo das baterias e a relação custo-benefício do sistema foram os principais itens avaliados. Este estudo pretende demonstrar que dispositivos sem fio podem ser mais uma opção na automação de edifícios e residências, podendo servir como solução, em vários casos, para problemas de infra-estrutura e de integração dos sistemas de automação. / This work presents a study of the wireless communication technologies and their applications to intelligent building automation systems. The main motivation for this work is the increasing use of wireless technologies in several areas, specifically industrial, commercial, residential and building automation. The use of equipments as cellular telephones and notebooks, provided by wireless communication channels (Bluetooth, 802.11b/g WiFi, etc.), has been contributing to the interest in the research of solutions related to this technology. Initially, the existent commercial technologies of some wireless communication systems are presented and studied, in a comparative way. The main systems that exist inside an automated intelligent building and examples of applications of the wireless technologies are presented. The use of wireless devices was depicted by means from a prototype, which was built up with the scope of substituting the sensor of temperature of an air conditioning system. The consumption of the batteries and the cost-benefit relationship of the system were the main items evaluated with the prototype. This study intends to demonstrate that wireless devices can be an interesting option for the automation of buildings and residences. In several cases, the use of these devices can be a solution for some of the infrastructure problems and for the integration of the automation systems.

O presente trabalho teve como objetivo propor e testar uma metodologia para a realização de bindings dinâmicos na tecnologia LonWorks®, com a finalidade de permitir que um Sistema Distribuído de Comunicação Telefônica Privada (SDCTP), também desenvolvido com a tecnologia LonWorks®, realizasse seus enlaces telefônicos. Para tal, utilizou-se uma metodologia voltada para equipamentos embarcados e a visão de agentes reativos no desenvolvimento de cada dispositivo de rede, oferecendo uma solução única, prática e totalmente inédita na tecnologia LonWorks® e nos dispositivos de PABX. Essa visão resultou no desenvolvimento de dispositivos inteligentes e totalmente autônomos, no que diz respeito aos seus processos internos, gerando resultados satisfatórios e mais eficientes do que se esperava com base nos requisitos levantados para o sistema SDCTP. Este trabalho é o ponto de partida e oferece uma base para o desenvolvimento de novas funcionalidades, tanto nos sistemas de telefonia atuais, quanto nas redes de controle. / This presentation has the goal to propose and test a new method to implement dynamic bindings in LonWorks® technology, allowing a new Private Telephony Comunication Distributed System (SDCTP), also developed with LonWorks® technology, to make their telephone links. In order to do this, a method for developping embedded systems and the reactive agent view was applied for each different devices in this new system, thus offering a unique, practical and innovative solution for both, LonWorks® and PBX systems. This view allowed the implementation of intelligent and autonomous devices, specially in their internal process, thus granting satisfactory and more efficient results based on the SDCTP requirements. This work is the kick-off and the basis for developing new functions for telephone systems and control networks.

Este trabalho de pesquisa aprofunda o conhecimento associado aos sistemas de automação modernos baseados em redes de controle LonWorks®, visando torná-los mais facilmente utilizáveis como meios de implementar ambientes pervasivos. Para tanto, foi proposto um modelo de relacionamento dinamicamente reconfigurável entre dispositivos de uma rede de controle, que permite conferir a um sistema de automação distribuído algumas características previstas na computação pervasiva. É proposta uma extensão do modelo de objetos na tecnologia LonWorks®, utilizando conceitos de middleware, de forma a conferir aos módulos da rede a capacidade de auto-gerenciamento dinâmico, de modo a modificar os seus comportamentos à medida que novas situações sejam identificadas. A extensão proposta foi aplicada experimentalmente, visando a sua validação e refinamento, como o sistema de comunicação interno de uma empresa, substituindo os PABXs convencionais, considerado em maiores detalhes. Constatou-se a impossibilidade de sua implementação com a tecnologia LonWorks® atual, que utiliza conexões estáticas, necessitando de um operador ou integrador para configurá-las, caso não seja adotada a extensão proposta. Como estudo de caso o projeto de um PABX baseado na tecnologia LonWorks® foi avaliado e discutido, contribuindo para a geração de uma nova metodologia de concepção de sistemas de automação que possam atender algumas propostas previstas na computação pervasiva. É proposto integrar a Tecnologia da Informação e Comunicação, com as ações e os comportamentos convencionais que as pessoas apresentam. Essa metodologia proposta supera os desafios de projetistas de sistemas de automação de ambientes, em especial os prediais, e obtém integração entre processos de forma que as pessoas não percebam que estão interagindo com um computador, cuja presença deverá cada vez mais se tornar onipresente. Além de facultar interfaces fáceis e naturais, tem-se também a incorporação dos conceitos da computação sensível a contexto nos sistemas de automação. / Pervasive or ubiquitous computing, proposes the integration between the information and communication technology with the actions and common behaviors presented by people. One of the challenges that it imposes to the environmental automation systems developers, specially building automation developers, is that this integration is processed in such a way that people do not realize they are interacting with a computer, thus its presence becomes omnipresent. Besides the need of an easy and natural interface, there is also the need to incorporate the sensitive computing context to the automation systems. The current control networks utilized in automation systems, building, home and industrial control do not show resources that support the requirements of pervasive computing. This research intend to improve the knowledge associated to modern automation systems, based on LonWorks® control networks, viewing to make them more easily usable as ways to implement pervasive environments. For that, a dynamically settable relationship model was proposed between the intelligent devices of a control network, which allows providing some foreseen characteristics on pervasive computing in a distributed automation system. A LonWorks® technology object model extension is proposed, using middleware concepts, in a dynamic way, to modify behaviors when new situations are identified. The proposed extension was experimentally applied to a few use cases, aiming at its validation and refinement, such as the internal communication of a company, which replaces the usual PABX, which was considered in greater detail. The impossibility of its implementation was found with the current technology, without the use of the proposed extension. Those cases were evaluated and discussed, contributing to a new automation system concept technology that can support provided proposals on pervasive computing.

Este trabalho de pesquisa aprofunda o conhecimento associado aos sistemas de automação modernos baseados em redes de controle LonWorks®, visando torná-los mais facilmente utilizáveis como meios de implementar ambientes pervasivos. Para tanto, foi proposto um modelo de relacionamento dinamicamente reconfigurável entre dispositivos de uma rede de controle, que permite conferir a um sistema de automação distribuído algumas características previstas na computação pervasiva. É proposta uma extensão do modelo de objetos na tecnologia LonWorks®, utilizando conceitos de middleware, de forma a conferir aos módulos da rede a capacidade de auto-gerenciamento dinâmico, de modo a modificar os seus comportamentos à medida que novas situações sejam identificadas. A extensão proposta foi aplicada experimentalmente, visando a sua validação e refinamento, como o sistema de comunicação interno de uma empresa, substituindo os PABXs convencionais, considerado em maiores detalhes. Constatou-se a impossibilidade de sua implementação com a tecnologia LonWorks® atual, que utiliza conexões estáticas, necessitando de um operador ou integrador para configurá-las, caso não seja adotada a extensão proposta. Como estudo de caso o projeto de um PABX baseado na tecnologia LonWorks® foi avaliado e discutido, contribuindo para a geração de uma nova metodologia de concepção de sistemas de automação que possam atender algumas propostas previstas na computação pervasiva. É proposto integrar a Tecnologia da Informação e Comunicação, com as ações e os comportamentos convencionais que as pessoas apresentam. Essa metodologia proposta supera os desafios de projetistas de sistemas de automação de ambientes, em especial os prediais, e obtém integração entre processos de forma que as pessoas não percebam que estão interagindo com um computador, cuja presença deverá cada vez mais se tornar onipresente. Além de facultar interfaces fáceis e naturais, tem-se também a incorporação dos conceitos da computação sensível a contexto nos sistemas de automação. / Pervasive or ubiquitous computing, proposes the integration between the information and communication technology with the actions and common behaviors presented by people. One of the challenges that it imposes to the environmental automation systems developers, specially building automation developers, is that this integration is processed in such a way that people do not realize they are interacting with a computer, thus its presence becomes omnipresent. Besides the need of an easy and natural interface, there is also the need to incorporate the sensitive computing context to the automation systems. The current control networks utilized in automation systems, building, home and industrial control do not show resources that support the requirements of pervasive computing. This research intend to improve the knowledge associated to modern automation systems, based on LonWorks® control networks, viewing to make them more easily usable as ways to implement pervasive environments. For that, a dynamically settable relationship model was proposed between the intelligent devices of a control network, which allows providing some foreseen characteristics on pervasive computing in a distributed automation system. A LonWorks® technology object model extension is proposed, using middleware concepts, in a dynamic way, to modify behaviors when new situations are identified. The proposed extension was experimentally applied to a few use cases, aiming at its validation and refinement, such as the internal communication of a company, which replaces the usual PABX, which was considered in greater detail. The impossibility of its implementation was found with the current technology, without the use of the proposed extension. Those cases were evaluated and discussed, contributing to a new automation system concept technology that can support provided proposals on pervasive computing.