O presente trabalho apresenta uma proposta para melhoria da eficiência energética e do conforto térmico em edificações com sistemas de automação predial-residencial. O desenvolvimento da proposta do trabalho foi dividido em três etapas: na primeira etapa foi realizada uma análise inicial do desempenho de uma sala de aula automatizada, com relação ao consumo de energia elétrica do sistema de climatização e o conforto térmico dos usuários, em 4 cenários típicos de uso da sala. Esta análise indicou claras possibilidades de melhorias no sistema de automação, de forma a aumentar o conforto térmico e reduzir-se o consumo de energia. Numa segunda etapa da proposta foi aplicada uma estratégia de alteração dos horários de funcionamento do sistema de climatização com o objetivo de melhorar o conforto térmico dos usuários. Para validação das estratégias propostas foi desenvolvido, utilizando-se o software EnergyPlus, um modelo computacional para simulação da variação de temperatura da sala. Com a análise comparativa de simulações observou-se que alterando o horário de funcionamento do sistema de climatização foi possível manter a sala 100% do tempo na faixa de conforto térmico durante as aulas, porém com um aumento no consumo de energia. Em função disto, numa terceira etapa da proposta foi aplicada uma estratégia para ajustar o valor de setpoint de resfriamento do sistema de climatização integrado ao sistema de automação da sala com o objetivo de melhorar a eficiência energética. O algoritmo foi inicialmente desenvolvido com o software Matlab e foi co-simulado com o modelo computacional utilizando a ferramenta MLE+. Com a análise comparativa de simulações e co-simulações observou-se que houve uma redução no consumo de energia de cerca de17% na sala numa comparação com os cenários validados na primeira etapa. Os conceitos desenvolvidos foram então aplicados no projeto de uma nova edificação, no qual uma redução no consumo de energia em torno de 6%. / The present paper presents a proposal of improvement of energy efficiency and thermal comfort in buildings with home and building automation. The development of the proposal of the paper was divided into three stages: At the first stage it was realized an initial analysis of the performance of an automated room in relation to the consumption of electrical energy by the air conditioning system and the thermal comfort of the users in four typical scenarios of the room use. This analysis indicated clear possibilities of improvement on the automation system in terms of improving thermal comfort and decreasing energy consumption. At the second stage of the proposal it was applied a strategy of alteration of the operation times of the air conditioning system with the objective of improving the thermal comfort of the users. To validate the strategies proposed it was developed, using the EnergyPlus software, a computational model to simulate the variations in temperature in the room. With the comparative analysis of the simulations it was observed that altering the operation times of the air conditioning system it was possible to maintain the room in the thermal comfort zone 100% of the time, however, with an increase in energy consumption. Therefore, at the third stage of the proposal it was applied a strategy to adjust the cooling set point of the air conditioning system integrated to the automation system with the objective of improving energy efficiency. The algorithm was developed initially with the Matlab software and it was co-simulated with the computational model utilizing the MLE+ tool. With the comparative analysis of simulations and co-simulations it was observed that there was a reduction of around 17% in the consumption of energy in the room compared with the scenarios validated at the first stage. The concepts developed were then applied on the project of a new building, in which the reduction of energy consumption was around 6%.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema reconfigurável, baseado em OSGi (Open Services Gateway Initiative) para gateway residenciais utilizando-se da tecnologia FemtoJava, com o objetivo de automatizar a descoberta de serviços. Como sistemas de automação residencial/predial normalmente incluem produtos de diferentes fabricantes e possuem protocolos de comunicação diferentes, é necessário o uso de um agente que gerencie essa comunicação. Para que isso ocorra com sucesso, a OSGi Aliança oferece um conjunto de especificações numa plataforma aberta, em Java, para a entrega de vários tipos de serviços aos usuários finais. Utilizando as características do framework OSGi focados em ambientes inteligentes, é proposto um novo sistema de controle através desta arquitetura orientada a serviços para gateway residencial. O sistema foi implementado em uma plataforma reconfigurável da família Xilinx com o auxílio da ferramenta de síntese ISE. O trabalho também apresenta a validação da arquitetura proposta em um estudo de caso utilizando-se de dois módulos para interagir com o meio simulando um sistema de controle de temperatura. / This work presents the development of a reconfigurable system based on OSGi (Open Services Gateway Initiative) home gateway using the FemtoJava technology, aiming to automate the discovery of services. Automation home systems usually include products from different manufacturers and have different communication protocols, it is necessary to use an agent to manage this communication. For this to occur successfully, OSGi Alliance offers a range of specifications in an open platform, Java, for the delivery of various types of services to end users. Using OSGi framework features, intelligent environments focused on a new control system using this architecture targeted to services for residential gateway. The system was implemented on a reconfigurable platform family with the help of Xilinx ISE synthesis tool. The work also presents the validation of the architecture proposed in a case study using the two modules to interact with the environment simulating a temperature control system.

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.

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.

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.

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.