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Wireless Sensor Networks (WSNs) are typically used to monitor specific phenomena and gather the data to a gateway node, where the data is further processed. WSNs nodes have limited power resources, which require developing power efficient systems. Additionally, reaching the nodes after a deployment to correct any design flaws is very challenging due the distributed nature of the nodes. The current development of WSNs occurs at the coding layer, which prevent the design from going through a typical software design process. Designing and analyzing the software modules of a WSN system at a higher abstraction layer than at the coding level will enable the designer of a WSN to fix any design errors and improve the system for power consumption at an early design stage, before the actual deployment of the network. This thesis presents multiple Unified Modeling Language (UML) design patterns that enable the designer to capture the structure and the behavior of the design of a WSN at higher abstraction layers. The UML models are developed based on these design patterns that are capable of early validation of the functional requirements and the power consumption of the system hardware resources by leveraging animation and instrumentation of the UML diagrams. To support the analysis of power consumption of the communication components of a WSN node, the Avrora network simulator was integrated with the UML design environment such that designer is able to analyze the power consumption analysis of the communication process at the UML layer. The UML and the Avrora simulation integration is achieved through developing a code generator that produces the necessary configuration for Avrora simulator and through parsing the simulator results. The methodology presented in this thesis is evaluated by demonstrating the power analysis of a typical collector system.

Em nossos dias a crescente busca por portabilidade e desempenho resulta em esforços focados na maximização da duração de bateria dos equipamentos em fabricação, ou seja, busca-se a conflitante solução de circuitos com baixo consumo e ao mesmo tempo com alto desempenho. Neste contexto usualmente na composição de equipamentos portáteis empregam-se SOC´s (Systems On Chip) o que barateia o custo de produção e integração destes circuitos. SOC´s são sistemas completos que executam uma determinada função integrados em uma pastilha de silício única, normalmente possuem memórias SRAM como componente do sistema, que são utilizadas como memórias de alta performance e baixa latência e/ou também como caches. O grande desafio de projeto em memórias SRAMS é a relação de desempenho versus potência consumida a ser otimizada. Basicamente por sua construção estes circuitos apresentam alto consumo de potência, dinâmica e estática, relacionada a primeira diretamente ao aumento de freqüência de operação. Um dos focos desta dissertação é explorar soluções para a redução de consumo de energia tanto dinâmica como estática, sendo a redução de consumo estático de células de memória em standby buscando desempenho, estabilidade e baixo consumo de energia. No desenvolvimento de técnicas para projeto de circuitos analógicos em tecnologias nanométricas, os TST´s (T-Shaped Transistors – Transistor tipo T) surgem como dispositivos com características potenciais para projeto analógico de baixa potência. TSTs / TATs (Trapezoidal Associations of Transistors – Associação Trapezoidal de transistores) são estruturas self-cascode que podem tornar-se uma boa escolha por apresentar redução do leakage, redução na área utilizada e com incremento na regularidade do layout e no casamento entre transistores, propriedade importantíssima para circuitos analógicos. Sendo este o segundo foco deste texto através do estudo e análise das medidas elétricas dos TSTs executadas para comprovação das características destes dispositivos. Também apresenta-se uma análise das possibilidades de utilização dos TSTs em projeto analógico para tecnologias nanométricas. / Nowadays the increasing needs for portability and performance has resulted in efforts to increase battery life, i. e., the conflicting demands for low power consumption and high performance circuits. In this context using SOC´s (System On Chip) in the development for portable equipments composition, an integration of an entire system for a given function in a single silicon die will provide less production costs and less integration costs. SOC´s normally include a SRAM memory as its building block and are used to achieve memories with low latency and short access time or (and) as caches. A performance versus power consumption analysis of SRAM memory building blocks shows a great challenge to be solved. The electrical design aspects of these blocks reveal high power consumption, dynamic and static, and the former is directly proportional to the operating frequency. The design space exploration for dynamic and leakage consumption reduction in these circuits is one of the focus of this work. The main contribution of this topic is the leakage reduction techniques based in performance, stability and low energy consumption for the memory cell stand-by mode. Among the electrical techniques developed for analog circuits at the 20-100 nanometer scale, the TST (T-Shaped Transistors) rises with potential characteristics for analog low power design. TST /TAT (Trapezoidal Associations of Transistors) are selfcascode structures and can be turning into a good alternative for leakage and area reduction. Another point is the increment in mismatch and layout regularity, all these characteristics being very important in analog designs. The TST electrical measurements study and analysis are developed to show the device properties. An analysis of the TST desired properties and extrapolation for nanometer technologies analog design are also presented.

Em nossos dias a crescente busca por portabilidade e desempenho resulta em esforços focados na maximização da duração de bateria dos equipamentos em fabricação, ou seja, busca-se a conflitante solução de circuitos com baixo consumo e ao mesmo tempo com alto desempenho. Neste contexto usualmente na composição de equipamentos portáteis empregam-se SOC´s (Systems On Chip) o que barateia o custo de produção e integração destes circuitos. SOC´s são sistemas completos que executam uma determinada função integrados em uma pastilha de silício única, normalmente possuem memórias SRAM como componente do sistema, que são utilizadas como memórias de alta performance e baixa latência e/ou também como caches. O grande desafio de projeto em memórias SRAMS é a relação de desempenho versus potência consumida a ser otimizada. Basicamente por sua construção estes circuitos apresentam alto consumo de potência, dinâmica e estática, relacionada a primeira diretamente ao aumento de freqüência de operação. Um dos focos desta dissertação é explorar soluções para a redução de consumo de energia tanto dinâmica como estática, sendo a redução de consumo estático de células de memória em standby buscando desempenho, estabilidade e baixo consumo de energia. No desenvolvimento de técnicas para projeto de circuitos analógicos em tecnologias nanométricas, os TST´s (T-Shaped Transistors – Transistor tipo T) surgem como dispositivos com características potenciais para projeto analógico de baixa potência. TSTs / TATs (Trapezoidal Associations of Transistors – Associação Trapezoidal de transistores) são estruturas self-cascode que podem tornar-se uma boa escolha por apresentar redução do leakage, redução na área utilizada e com incremento na regularidade do layout e no casamento entre transistores, propriedade importantíssima para circuitos analógicos. Sendo este o segundo foco deste texto através do estudo e análise das medidas elétricas dos TSTs executadas para comprovação das características destes dispositivos. Também apresenta-se uma análise das possibilidades de utilização dos TSTs em projeto analógico para tecnologias nanométricas. / Nowadays the increasing needs for portability and performance has resulted in efforts to increase battery life, i. e., the conflicting demands for low power consumption and high performance circuits. In this context using SOC´s (System On Chip) in the development for portable equipments composition, an integration of an entire system for a given function in a single silicon die will provide less production costs and less integration costs. SOC´s normally include a SRAM memory as its building block and are used to achieve memories with low latency and short access time or (and) as caches. A performance versus power consumption analysis of SRAM memory building blocks shows a great challenge to be solved. The electrical design aspects of these blocks reveal high power consumption, dynamic and static, and the former is directly proportional to the operating frequency. The design space exploration for dynamic and leakage consumption reduction in these circuits is one of the focus of this work. The main contribution of this topic is the leakage reduction techniques based in performance, stability and low energy consumption for the memory cell stand-by mode. Among the electrical techniques developed for analog circuits at the 20-100 nanometer scale, the TST (T-Shaped Transistors) rises with potential characteristics for analog low power design. TST /TAT (Trapezoidal Associations of Transistors) are selfcascode structures and can be turning into a good alternative for leakage and area reduction. Another point is the increment in mismatch and layout regularity, all these characteristics being very important in analog designs. The TST electrical measurements study and analysis are developed to show the device properties. An analysis of the TST desired properties and extrapolation for nanometer technologies analog design are also presented.

Em nossos dias a crescente busca por portabilidade e desempenho resulta em esforços focados na maximização da duração de bateria dos equipamentos em fabricação, ou seja, busca-se a conflitante solução de circuitos com baixo consumo e ao mesmo tempo com alto desempenho. Neste contexto usualmente na composição de equipamentos portáteis empregam-se SOC´s (Systems On Chip) o que barateia o custo de produção e integração destes circuitos. SOC´s são sistemas completos que executam uma determinada função integrados em uma pastilha de silício única, normalmente possuem memórias SRAM como componente do sistema, que são utilizadas como memórias de alta performance e baixa latência e/ou também como caches. O grande desafio de projeto em memórias SRAMS é a relação de desempenho versus potência consumida a ser otimizada. Basicamente por sua construção estes circuitos apresentam alto consumo de potência, dinâmica e estática, relacionada a primeira diretamente ao aumento de freqüência de operação. Um dos focos desta dissertação é explorar soluções para a redução de consumo de energia tanto dinâmica como estática, sendo a redução de consumo estático de células de memória em standby buscando desempenho, estabilidade e baixo consumo de energia. No desenvolvimento de técnicas para projeto de circuitos analógicos em tecnologias nanométricas, os TST´s (T-Shaped Transistors – Transistor tipo T) surgem como dispositivos com características potenciais para projeto analógico de baixa potência. TSTs / TATs (Trapezoidal Associations of Transistors – Associação Trapezoidal de transistores) são estruturas self-cascode que podem tornar-se uma boa escolha por apresentar redução do leakage, redução na área utilizada e com incremento na regularidade do layout e no casamento entre transistores, propriedade importantíssima para circuitos analógicos. Sendo este o segundo foco deste texto através do estudo e análise das medidas elétricas dos TSTs executadas para comprovação das características destes dispositivos. Também apresenta-se uma análise das possibilidades de utilização dos TSTs em projeto analógico para tecnologias nanométricas. / Nowadays the increasing needs for portability and performance has resulted in efforts to increase battery life, i. e., the conflicting demands for low power consumption and high performance circuits. In this context using SOC´s (System On Chip) in the development for portable equipments composition, an integration of an entire system for a given function in a single silicon die will provide less production costs and less integration costs. SOC´s normally include a SRAM memory as its building block and are used to achieve memories with low latency and short access time or (and) as caches. A performance versus power consumption analysis of SRAM memory building blocks shows a great challenge to be solved. The electrical design aspects of these blocks reveal high power consumption, dynamic and static, and the former is directly proportional to the operating frequency. The design space exploration for dynamic and leakage consumption reduction in these circuits is one of the focus of this work. The main contribution of this topic is the leakage reduction techniques based in performance, stability and low energy consumption for the memory cell stand-by mode. Among the electrical techniques developed for analog circuits at the 20-100 nanometer scale, the TST (T-Shaped Transistors) rises with potential characteristics for analog low power design. TST /TAT (Trapezoidal Associations of Transistors) are selfcascode structures and can be turning into a good alternative for leakage and area reduction. Another point is the increment in mismatch and layout regularity, all these characteristics being very important in analog designs. The TST electrical measurements study and analysis are developed to show the device properties. An analysis of the TST desired properties and extrapolation for nanometer technologies analog design are also presented.

Energia ´e uma questãoo estratégica para a indústria, sociedade, economia e segurança nacional. A eficiência e gestão da energia estão em foco em um cenário mundial. Diversas políticas especialmente criadas para a eficiência energética (EE), procura por fontes renováveis de energia e produção mais limpa, estão se desenvolvendo. A literatura apresenta poucas informações concretas que promovam o comprometimento das organizações com tais políticas. As organizações brasileiras não estão bem apoiadas neste aspecto, o país carece de uma política nacional que promova o uso eficiente de energia. A indústria frigorífica tem poucas informações para comparar o seu desempenho energético no país e, muitas vezes, n˜ao conhecem as ações que podem tomar. Nem, por vezes, estabelecem critérios de avaliação de seu desempenho e metas de melhorias. Comparando dois frigoríficos locais, nota-se um desempenho 218,33% inferior de um em relação à outro para a produção do mesmo produto. Para isso, a gestão da EE parte da avaliação de desempenho por meio de indicadores. Neste contexto, o desenvolvimento de indicadores e identificação de tecnologias para monitoramento das condições de EE, podem habilitar tais indústrias no estabelecimento de linhas de base energética com a finalidade de comparação do seu desempenho ao longo do tempo. O trabalho, também, dedica-se a especificar um conjunto de ferramentas de análise da viabilidade econômica de um sistema de monitoramento da EE baseado nos indicadores propostos com o intuito de promover a adoção de sistemas de gestão de energia pelas indústrias. Por isso, análises de investimentos são necessárias e investimentos em sistemas de monitoramento da EE apresentam plausibilidade de retorno do investimento em frigoríficos de médio porte, quando possibilitar a geração de 5% de economia nos custos de energia elétrica. Contudo, uma boa confiabilidade em análises econômicas pode ser atingida em estudos de caso que considerem as necessidades específicas de cada instituição. E, não obstante, a simples criação de um sistema de monitoria da EE não é capaz de gerar economia, mas sim outros investimentos em benfeitorias dos processos industriais. Finalmente, este trabalho visa auxiliar as indústrias a desenvolverem seus indicadores de desempenho energético e avaliar os investimentos na criação de sistemas de gestão da EE. / Energy is a strategic issue for industry, society, economy and national security. The efficiency and power management are in focus on a world stage. Several policies specially designed for energy efficiency, demand for renewable energy and cleaner production are in development. The literature shows little concrete information to promote commitment of organizations with such policies. Brazilian organizations are not well supported in this aspect, the country lacks a national policy that promotes efficient energy use. The chicken slaughterhouse industry has few information to compare its energy performance with others and often do not know the actions they can take. Nor they establish criteria for evaluating their performance and improvement goals. Comparing two local industries, shows performance 218.33% lower of one to the other for processing the same product. For that, the management of energy efficiency (EE) starts in performance evaluation through indicators. In this context, the development of these indicators and identification of technologies for monitoring EE conditions may enable these industries to establish energy baselines to compare its performance over time. The work also dedicates to specify a set of economic feasibility analysis tools of an EE monitoring system based on the proposed indicators in order to promote the adoption of energy management systems (EMS) by industries. Thus, investment analysis are required and EMS in medium slaughterhouse industries shows plausible investment return when generation of 5% savings in electricity costs are possible. However, good reliability in economic analysis of an EMS can be reached in case studies that consider the specific needs of each institution. And yet, the mere creation of an EE monitoring system is unable to generate savings, but other investments in improvements of industrial processes can. Finally, this paper aims to help industries develop their energy performance indicators and evaluating investments in the creation of EMS.

Masters thesis deals with design and practical implementation of wireless sensor module. The primary requirement for this module is its energy self-sufficiency. In this context, the work gets to the subject of "energy harvesting". Then, in terms of energy requirements, several wireless communication platforms which are favorable for the selected application, are compared. From mentioned technologies was chosen communication platform IQRF. The next parts deals with initial prototype of sensor module, which will be demonstrated as the application of measuring wind direction. This paper describes the hardware and software solution. Followed by a detailed analysis of its properties in terms of energy requirements. Based on the obtained measurements resource parameters are set.

Pesquisas experimentais e clinicas recentes têm reforçado a importância do zinco na nutrição humana, no entanto, grupos populacionais sadios podem apresentar deficiência deste micronutriente. Este trabalho avaliou o estado nutricional de um grupo de estudantes universitárias da Universidade de São Paulo em relação ao zinco. Participaram trinta e oito estudantes de sexo feminino, com faixa etária de 19 a 31 anos, que não fizeram uso de suplemento vitamínico mineral contendo zinco. A média de IMC das participantes foi de 20,8. O consumo alimentar, avaliado por meio de três registros alimentares e analisado pelo programa Virtual Nutri (1.0), demonstrou que o consumo energético médio foi cerca de 1735,2 ± 132,9 kcal, a distribuição dos macronutrientes foi cerca de 62,7% de carboidratos, 11,4% de proteína e 26% de lipídeos. A ingestão média de zinco foi de 6,9 ±1,5 mg/dia. A concentração plasmática de zinco foi de 81,17 ± 14,7 µg/dL e a eritrocitária foi de 41,4 ± 8,5 µgZn/gHb. Na urina de 24 horas as médias de concentração foram 271,78 ± 175 µg/ dia. A atividade da CuZn-SOD foi de 1110,91 ± 310 U/gHb. Por estes resultados observou-se que a distribuição dos macronutrientes encontra-se adequada às recomendações, entretanto com baixo valor energético e a ingestão de zinco apresenta-se insuficiente. Com relação aos valores sanguíneos do mineral embora a média esteja dentro dos valores de normalidade, cerca de 32% apresentaram valores abaixo de 75 µg/dL, o mesmo ocorrendo em relação ao zinco eritrocitário, onde 52,6% apresentavam valores abaixo de 40 µgZn/gHb. O zinco urinário também for baixo para 65,8% das estudantes. Houve correlação entre os valores de ingestão do zinco e sua concentração sangüínea. A atividade da CuZn-SOD apresentou correlação com o zinco no plasma. De acordo com estes resultados observa-se que a maioria das participantes deste estudo estava mantendo a homeostase em relação a este mineral, entretanto com baixas reservas e algumas delas em estado de deficiência. / Recent experimental and clinical researches are emphasizing the importance of the zinc in the human nutrition; yet, populational groups may present deficiency of this nutrient. This work evaluated the nutritional status of a group of the University of Sao Paulo students, in relation to the zinc. Thirty-eight students participated in the study, all female, aged from 19 to 31 years, which made use of vitaminic-mineral supplement containing zinc. The average IMC of the participants was 20,8. The alimentary consumption, evaluated by means of three alimentary registers, analyzed by the software Virtual Nutri (1.0), demonstrated that the mean energetic consumption was of 1735,2 ± 132,9 kcal, the macronutrient distribution was of 62,7% of carbohydrates, 11,4% of proteins and 26% of lipids. The ingestion of zinc was of 6,9 ±1,5 mg/day in average. The plasmatic concentration of zinc was of 81,17 ± 14,7 µg/dL and erythrocytary concentration was of 41,4 ± 8,5 µgZn/gHb. In the 24 hour urine the mean concentrations were of 271,78 ± 175 µg/ day. The activity of CuZn-SOD was of 1110,91 ± 310 U/gHb. From these results, it could be observed that the macronutrient distribution agreed with the recommendations, however with low energetic value and insufficient zinc ingestion. With relation to the blood mineral values, although the average were positioned within a normal range, about 32% of the patients presented values lower than 75 µg/dL, the same happening with the \"erythrocytary\" zinc, where 52,6% presented values lower than 40 µgZn/gHb. The zinc in the urine was, as well, low for 65,8% of the students. There was correlation between the ingestion of zinc and its blood concentration values. The activity of the CuZn-SOD presented correlation with zinc in the plasma. According to these results, it could be concluded that the majority of the participants in the study was keeping the \"homeostasis\" in relation to this mineral, even so with low supplies and, in certain cases, with deficiency.

CAPES / Nesta tese, a relação de troca entre Eficiência Espectral e Eficiência Energética (EE-SE, do inglês Energy Efficiency-Spectral Efficiency) de um sistema de comunicação sem fio com múltiplas antenas empregando Seleção de Antena de Transmissão/Combinação de Máxima Razão (TAS/MRC, do inglês Transmit Antenna Selection/Maximum Ratio Combining) é investigada. Um modelo de consumo (PCM, do inglês Power Consumption Model) realista é considerado e demonstra-se que utilizar o esquema TAS/MRC pode promover economia de energia significativa quando comparada ao esquema Múltiplas Antenas de Transmissão/Recepção (MIMO, do inglês Multiple-Input Multiple-Output) na região de baixa para média eficiência espectral, independentemente do número de antenas, assim como possuir melhor desempenho energético em relação à utilização do esquema Combinação de Máxima Razão na Transmissão (MRT, do inglês Maximum Ratio Transmission) para qualquer valor de eficiência espectral. Para um número fixo de antenas, resultados obtidos demonstram que o ganho em eficiência energética do TAS/MRC sobre o MIMO se torna ainda maior com o aumento do número de antenas transmissoras. O valor ótimo de eficiência espectral que maximiza a eficiência energética é obtido analiticamente e comprovado por resultados numéricos. Expressões para avaliar a capacidade e a relação EE-SE do TAS sob a influência de correlação entre as antenas do receptor são obtidas e se demonstra que considerar um modelo de consumo não realista pode levar a equívocos na comparação entre TAS/MRC e MIMO. / In this dissertation, we investigate the Energy Efficiency-Spectral Efficiency (EE-SE) trade- off of a multiple antenna wireless communication system employing Transmit Antenna Selection/Maximum Ratio Combining (TAS) scheme. A realistic power consumption model (PCM) is considered, and it is shown that the use of TAS/MRC can provide significant energy savings when compared to Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) in the low to medium spectral efficiency region, regardless the number of antennas, as well as outperform transmit beamforming scheme (MRT) for the entire spectral efficiency range. For a fixed number of receive antennas, our results also show that the energy efficiency gain of TAS over MIMO becomes even greater as the number of transmit antennas increases. The optimal value of spectral efficiency that maximizes the energy efficiency is obtained analytically, and confirmed by numerical results. Expressions that evaluate the capacity and the EE-SE trade-off for TAS under the influence of receiver correlation are obtained and it is shown that considering a non- realistic power consumption model can lead to mistakes when comparing TAS and MIMO.

CAPES / Neste trabalho é realizada a análise da eficiência energética para algumas redes sem fio de curto alcance, como as redes de sensores sem fio, e algumas redes sem fio de longo alcance, como as redes de telefonia celular. Na análise de sensores sem fio são empregados esquemas de transmissão cooperativos e não-cooperativos, considerando que um canal de retorno pode estar disponível ou não. Para a análise de redes celulares, considera-se o uso de técnicas de transmissão com múltiplas antenas, modelos realistas de consumo de potência, além de um modelo de custos para a análise financeira de diferentes projetos de redes. São consideradas nas análises do desempenho de eficiência energética restrições como uma probabilidade de outage e uma vazão fim-a-fim alvos ao sistema. Os resultados obtidos indicam os esquemas de transmissão e projetos de redes mais eficientes para diferentes condições. Além disso, o planejamento dos direcionamentos para os trabalhos futuros é apresentado. / The energy efficiency analysis for some short-range wireless networks, such as wireless sensor networks, and for some long-range wireless networks, such as cellular networks is performed in this work. For the wireless sensor networks analysis, non-cooperative and cooperative transmission schemes (considering that a return channel is available or not) are employed. Multiple antennas transmission schemes, realistic power consumption models, and a cost model for different system designs are considered for the cellular networks analysis. We consider that the system is under constraints such as a target end-to-end outage probability and a target end-to-throughput. The results show the most efficient transmission schemes and network designs under different system conditions. The future works plans are also detailed.