Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T01:15:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 289134.pdf: 16947621 bytes, checksum: f6f4b8ad36fbd28a1fa07e5357212bce (MD5) / Incorporando fortemente os conceitos de eficiência e sustentabilidade, as Habitações Sustentáveis de Alto Desempenho têm se mostrado como uma alternativa de moradia frente às novas necessidades humanas e ambientais. Devido a suas características particulares, estas habitações necessitam um projeto altamente coeso para que seus objetivos sejam de fato atendidos. Nesse cenário, a Automação Residencial desempenha um papel fundamental, a qual deve permitir a integração dos diversos sistemas residenciais ao mesmo tempo em que precisa auxiliar na operação eficiente e sustentável da habitação, além de educar o usuário quanto a esses aspectos. Todavia, a natureza multidisciplinar desse tipo de projeto demanda que o Integrador de Sistemas, profissional responsável pela implantação do Sistema de Automação Residencial, tenha um conhecimento em outras áreas que ele nem sempre possui. Além disso, mesmo que o Integrador de Sistemas tenha algum amparo de especialistas dessas áreas, tal fato pode não ser a solução mais apropriada do problema, visto que estes especialistas geralmente desconhecem como seus conhecimentos se inter-relacionam de forma útil ao ponto de vista do Integrador de Sistemas e ao emprego da Automação Residencial. Neste contexto, o presente trabalho demonstra que a implantação dos Sistemas de Automação Residencial em Habitações Sustentáveis de Alto desempenho precisa ser realizada com um amparo metodológico que oriente as decisões a serem tomadas ao longo do processo de projeto. Nesse sentido, é delineado um panorama relativo ao uso residencial de recursos como energia elétrica e água potável e são apresentadas metodologias relacionadas à implantação de sistemas de automação em construções. Como principal contribuição deste trabalho, destaca-se a proposta de uma metodologia amparada por bases de conhecimento que considera etapas desde a compreensão acerca de recursos até o planejamento de instalação desses sistemas. metodologia amparada por bases de conhecimento que considera etapas desde a compreensão acerca de recursos até o planejamento de instalação desses sistemas.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T04:29:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 298401.pdf: 4194896 bytes, checksum: d49307958e76e5eb20c73a95eef0e03c (MD5) / Esta tese aborda o problema da integração do nível de negócios (BPM) com nível dos sistemas (SOA) através da concepção de um modelo de descoberta dinâmica de serviços. Estudos mostram que há diversas formas de realizar essa integração. No entanto, o que se observa é a falta de uma teoria geral que unifique e resolva o problema da descoberta de forma alinhada ao nível dos processos de negócios. Para contornar isso, vários trabalhos foram propostos considerando-se contextos específicos, usando-se restrições e adotando pressupostos que os tornam pouco aplicáveis em cenários reais. Esta pesquisa mostrou que é possível que os níveis BPM e SOA trabalhem de forma mais integrada e que o processo de descoberta seja mais ágil e transparente. Foi desenvolvido um modelo de descoberta, integrado, aberto, flexível, que busca e seleciona o serviço de software mais adequado, considerando a funcionalidade do serviço desejado, o contexto dos processos de negócios, os aspectos de QoS associados ao serviço desejado, e o momento em que a aplicação é executada. O modelo considera um cenário onde diversas empresas provedoras de serviços de software, autônomas e heterogêneas, disponibilizam seus serviços (na forma de web services) em repositórios largamente distribuídos. Para mitigar os problemas de interoperabilidade nos vários níveis envolvidos, o modelo faz intenso uso de padrões abertos e consolidados, além de utilizar um catálogo de processos de negócios e duas ontologias: uma de processos de negócios (baseados no padrão UBL) e uma de QoS. A abordagem frente ao problema de descoberta divide-o em duas fases: de projeto e de execução de aplicações. O modelo faz uso de um crawling para encontrar e selecionar serviços candidatos (na fase de projeto) e utiliza um algoritmo de descoberta dinâmica para encontrar e selecionar os serviços (na fase de execução) para a execução de aplicações SOA. O modelo faz a descoberta considerando o estilo arquitetural e de disponibilização SaaS, incluindo a geração dinâmica de SLAs. Uma entidade lógica chamada Federação é usada para gerenciar provedores, ontologias e os repositórios de serviços. Os resultados obtidos permitem inferir que o modelo tem potencial de servir também como um moderno ambiente de competitividade e sustentabilidade para empresas desenvolvedoras de software como serviço SaaS / This thesis addresses the problem of integrating the business level (BPM) systems level (SOA) through the conception of a model of dynamic discovery of services. Studies show that there are several ways to achieve this integration. However, what is observed is the lack of a general theory which unifies and solve the problem of service discovery aligned with the level of business process. To address this, several studies have been proposed considering specific contexts, using constraints and adopting assumptions that make it less applicable in real scenarios. This research showed that it is possible levels BPM and SOA work in a more integrated way and that the discovery process is more agile and transparent. In this sense, a discovery model has been conceived. It is integrated, open, flexible, finding and selecting the most appropriate software service, considering the required services# functionalities, business processes# contexts, the required QoS levels, and the moment the SOA application will run. The developed model considers a scenario where several autonomous and heterogeneous companies provide software services (as web services) and made them available in largely distributed repositories. Aiming at mitigating interoperability problems in the various involved levels, the model strongly relies on open and consolidated standards, besides using a business process catalog and two ontologies: of business processes (based on UBL standard) and of QoS. The approach proposed in the model splits the discovery problem into two phases: design and running applications. It applies a crawling algorithm to find out and to select service candidates (in the design phase) and a dynamic discovery algorithm for finding and selecting the service in the execution of SOA applications. The model performs the discovery taking the SaaS architectural and availability style into account, including the dynamic generation of SLAs. A logical entity called Federation is used to manage providers, ontologies and services repositories. Research´s results allow inferring that the developed model has the potential to also serve as a modern environment for levering the competitiveness and sustainability of companies that develop software under SaaS model

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pòs-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T05:05:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 296872.pdf: 1897409 bytes, checksum: 109437d10a6b10646d5638bb03afd255 (MD5) / projeto de sistemas embarcados criticos exige o uso de metodologias adequadas, visto que falhas no sistema podem causar danos catastroficos. Neste contexto se enquadra o projeto Topcased, o qual propõe uma série de ferramentas capazes de suportar a verificação formal de propriedades. A linguagem AADL tem um papel fundamental neste processo, pois sua utilização permite o emprego da transformação de modelos e a aplicação da verificação formal de propriedades. Entretanto, a especificação das propriedades de verificação e a análise dos seus resultados são ainda topicos em aberto. Esta dissertação visa suprir esta carência propondo um assistente para especificação de propriedades de verificação na linguagem AADL e uma interface para a visualização dos resultados de verificação, juntamente com um simulador de contraexemplos. O assistente construido classica as propriedades em padrões pre-definidos, utilizando uma linguagem natural ao usuário. Para validar as ferramentas desenvolvidas realizou-se um estudo de caso, o qual consistiu da especificação e verificação de propriedades de um sistema de marcapasso. Desta forma, este trabalho contribui com a melhoria da cadeia de verificação da linguagem AADL no escopo do projeto Topcased.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T06:02:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 288960.pdf: 4015962 bytes, checksum: a537639ede1d0cbea28ff42eae556e9c (MD5) / Cada vez mais as empresas têm enfrentado um ambiente de intensa concorrência e mudanças de mercado. Isso faz com que elas tenham que adaptar rapidamente seus processos de negócio, refletindo essas alterações nos seus sistemas computacionais. No lado da modelagem de processos de negócio, o uso de Business Process Management (BPM) permite fazer o gerenciamento de processos utilizando uma visão horizontal, que envolve sistemas, pessoas, departamentos etc. No lado da implementação, a arquitetura orientada a serviços (SOA) permite implementar esses processos através do uso de serviços web, que são projetados para serem reutilizáveis e interoperáveis. A integração entre BPM e SOA vem sendo defendida como uma forma de lidar com as crescentes mudanças nos requisitos de negócios, adaptando-se mais rapidamente a elas e permitindo que os sistemas computacionais acompanhem essas mudanças. Esta integração, porém, carece de agilidade, pois a transição entre a modelagem do processo de negócio, no nível BPM, e a sua implementação, no nível SOA, é feita de forma manual ou no máximo semi-automatizada. Isso impede que as empresas sejam mais ágeis na implementação dos seus processos. Este trabalho apresenta uma pesquisa acerca de como aumentar essa agilidade na integração entre BPM e SOA, propondo uma arquitetura baseada num catálogo de processos de negócio, padronizado segundo a especificação Universal Business Language (UBL). Este catálogo é integrado a uma ferramenta de modelagem de processos de negócio de forma a permitir que o usuário-projetista possa compor suas aplicações, utilizando como base processos padronizados presentes no catálogo. A arquitetura permite buscar e vincular serviços web às atividades do processo, e também exportar esses processos para um ambiente que permita a sua posterior execução, a nível computacional. A proposta é fortemente baseada em padrões, de forma a mitigar questões de interoperabilidade e aproveitar as melhores práticas atualmente existentes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T06:39:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294604.pdf: 2124450 bytes, checksum: 0b81771135979b58563a2b4d4c5675c3 (MD5) / Com o crescimento das redes de computadores mundiais e o aumento do uso de aplicações distribuídas, surge um aumento significativo no tráfego de dados no enlace, demonstrando, assim, a necessidade de primoramento - ou substituição das atuais técnicas de transmissão de dados - do modelo tradicional cliente-servidor. A tecnologia de agentes móveis tem sido alvo de diversas pesquisas na área, por permitir que apenas um código mova--se entre os nós da rede e retorne com os resultados, diminuindo, assim, a carga na rede. Para que um agente móvel possa cumprir sua missão, é necessário que se atenda a um deadline. Entretanto, em um sistema distribuído, há a possibilidade de concorrência por um mesmo recurso. Tratar de forma adequada tal concorrência é de suma importância, especialmente em um ambiente em tempo real. Em face disso, um modelo de execução em que agentes móveis disputam um mesmo recurso em um mesmo host é proposto, o RT-JADE: uma extensão de middleware que possibilita agentes móveis concorrentes cumprirem suas missões, usando métodos de escalonamento em tempo real sobre a plataforma JADE. A eficácia do modelo proposto foi demonstrada através de simulações e comparações entre diversas políticas de escalonamento, com distintas cargas de trabalho (quantidade de agentes concorrentes). / With the growth of worldwide computer networks and increased use of distributed applications, there is a significant increase in data traffic in the link, thus demonstrating the need for improvement # or replacement of existing techniques for data transmission # of the traditional client-server one. The mobile agent technology has been the subject of several researches in area, because it only allows a code to move between network nodes and return with the results, reducing the network#s load. For a mobile agent to accomplish its mission, it is necessary for it to meet a deadline. However, in a distributed system there is the possibility of competition for the same resource. Treating such competition adequately is very important, especially in a real-time environment. In this view, an execution model in which mobile agents compete for the same resource in the same host is proposed # RT-JADE: a middleware extension that allows concurrent mobile agents to achieve their missions, using real-time scheduling methods on the JADE platform. We demonstrate the effectiveness of the proposed model through simulation and comparison of different scheduling policies under different workloads (number of competing agents).

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T07:37:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 295133.pdf: 28257111 bytes, checksum: dbc725d343952854394bcacf683aaaa9 (MD5) / Este trabalho propõe metodologias para a análise cinemática de sistemas veículo-manipulador subaquáticos (UVMS) através de quatérnios duais com o intuito de impor menor variação de torque nas juntas durante o seguimento de trajetória. Em adição a isso, evita-se a ocorrência de singularidades cinemáticas e obtém-se menor custo computacional. A abordagem é apresentada inicialmente como uma alternativa à representação tradicional dos movimentos aplicada na cinemática direta de mecanismos através da convenção de Denavit-Hartenberg e do método dos helicoides sucessivos. O benefício dessa representação está no menor custo computacional, mas principalmente, no desacoplamento dos ângulos de orientação de forma a evitar as singularidades cinemáticas. Os quatérnios duais também são aplicados na cinemática inversa em uma metodologia interativa através do método de Davies como uma modalidade de realimentação livre de singularidades. Por fim, a principal contribuição deste trabalho está na proposta da aplicação dos quatérnios duais na cinemática inversa diferencial em por uma metodologia analítica, através da apresentação do Jacobiano dual-quaterniônico. Essas abordagens são aplicadas a um sistema subaquático, onde o amortecimento imposto pela imersão no fluido dissipa grandes variações de torque e agrega erros no seguimento da trajetória. / This work proposes a methodology for kinematic analysis of underwater vehicle-manipulator systems (UVMS) using dual-quaternions. The objective is to provide a less joint torque variation to trajectory tracking, avoidance of kinematic singularities occurrence and a lower computational cost. The approach is initially presented as an alternative representation of movements applied to direct kinematics through the Denavit- Hartenberg convention and the successive screws method. The benefit of this representation is a lower computational cost, but mainly, the decoupling of orientation angles in order to avoid kinematic singularities. The dual quaternions also are applied in the inverse kinematics in an interactive approach through Davies method as a feedback without singularities. Finally, the main contribution of this work is the proposal of dual quaternions application in an analytical approach of differential inverse kinematics through of the dual-quaternionic Jacobian. These approaches are applied to an underwater system, where the damping imposed by fluid immersion dissipates large torque variations adding errors in trajectory tracking.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T08:31:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294386.pdf: 13412819 bytes, checksum: 0d09f0e0ebf93952eac15001d7ae9381 (MD5) / As redes veiculares têm se tornado cada vez mais populares nos últimos anos, onde cada veículo constitui uma rede móvel sem fio. Esse crescimento deve-se ao fato do aumento pela exigência de mobilidade nos grandes centros. O acesso mais fácil à tecnologia tem permitido isso, visto que adquirir um veículo não é mais um ato para poucos. Com o intuito de otimizar o fluxo sem grandes modificações das malhas viárias estudos e inovações surgiram. Neste trabalho foi feita uma proposta de uma arquitetura de comunicação hierárquica com o objetivo de combinar duas tecnologias de grande disseminação no mercado a fim de fornecer suporte a uma grande gama de aplicações de controle de tráfego urbano. Sendo a WiFi, a responsável pela comunicação de curtas distâncias e, a WiMAX, para comunicação de longa distância. Um estudo de caso, chamado SORVES, foi implementado em cima da arquitetura proposta, com o objetivo de monitorar visualmente veículos especiais (ambulâncias, viaturas dos bombeiros, etc.). Essa arquitetura, em sua instância mais simples, é composta dos seguintes elementos: um veículo, um GPS, uma unidade de processamento e um ponto WiFi, um BS e um SS WiMAX e uma câmera PTZ. Pode-se destacar no trabalho 2 contribuições: (1) comunicação WiFi entre veículo e ponto fixo na rodovia sem o estabelecimento de conexão; (2) a movimentação da câmera PTZ somente através da análise da posição enviada pelo veículo / Vehicular networks have become increasingly popular in recent years where every vehicle is a mobile wireless network. This growth is due increasing demand for mobility in cities. The easier access to the technology has allowed it, since buying a car is no longer an act for a few people. So, networks studies and innovations have emerged to optimize the car ow without major changes in the infrastructure of the roads. In this work a proposal is made for a hierarchical communication architecture in order to combine two technologies readily avaliable in the market to provide support for a wide range of applications in urban trafic control. These technologies are WiFi, responsible for communication over short distances, the WiMAX, responsible for communication over long distances. A case study called SORVES, was implemented using this proposed architecture, in order to optically monitor special vehicles (ambulances, vehicles of firefighters, etc.). This architecture, in the simplest case, consists of the following elements: a vehicle, a GPS, a processing unit, a couple of WiFi AP, a BS and SS WiMAX and a camera PTZ. We highlight two contributions in this work: (1) the communication WiFi without establishing of a connection between the vehicle and a fixed point on the road, (2) the PTZ motion of the camera only by analyzing the position sent by the vehicle.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-03T03:07:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335669.pdf: 67055151 bytes, checksum: b137190c3ac6034149975e017797cd90 (MD5) Previous issue date: 2015 / O incentivo à troca modal do automóvel pelo transporte coletivo e por modos não-motorizados é uma diretriz de política urbana para melhoria da mobilidade. Faixas exclusivas para ônibus, implantação de ciclovias e aumento das áreas para pedestres surgem como efetivadoras desta diretriz. Tais ideias acarretam mudanças de infraestrutura nas cidades através da redução do espaço para circulação de automóveis. Neste contexto, examina-se o efeito de faixas exclusivas para transporte público por ônibus no tráfego de automóveis. O estudo é realizado em simulação microscópica para o acesso à Ilha de Santa Catarina no município de Florianópolis/SC. São analisados aspectos como volume de automóveis, tamanho dos pontos de parada de ônibus, inclusão de faixas exclusivas e a oferta de transporte coletivo para suprir o aumento de usuários devido à troca modal. Analisa-se velocidade média por categoria de veículo como indicador de desempenho. A conclusão do estudo indica que, com as faixas exclusivas propostas, uma troca modal em torno de 20% mantém a velocidade dos automóveis enquanto triplica a velocidade dos ônibus. Os resultados são válidos para o modelo de simulação microscópica empregado. Conclusões sobre o caso real dependem de esforços adicionais para calibração do modelo.<br> / Abstract : Incentives for modal transfer from cars to public transit and nonmotorized modes are a guideline for urban policy to improve mobility. Dedicated bus lanes, the installation of bicycle lanes and increased pedestrian areas emerge as the fulfillment of this guideline. These ideas lead to changes in the infrastructure of cities through restrictions for cars. In this context, we examine the effect of the creation of dedicated lanes for public transit in the automobile traffic. The study is performed using microsimulation for the access to the Santa Catarina Island in Florianópolis/SC. The analysis considers aspects such as car flow levels, bus stop size, inclusion of dedicated bus lanes, and the provision of public transit to meet the increase in riders due to modal transfer. The performance indicator analyzed is the average speed per vehicle category. The study conclusion indicates that with the proposed dedicated bus lanes a modal transfer around 20% maintains the speed of car traffic while tripling the speed of buses. The results are valid for the model. Results are valid for the model built in microsimulation. Conclusions about the real case require additional effort in the calibration of the developed model.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:24:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345595.pdf: 3615095 bytes, checksum: a7b07161128479a341393c6ed22d27e6 (MD5) Previous issue date: 2016 / Nos últimos anos, as chamadas Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) tem sido usadas numa grande variedade de aplicações, tais como monitoramento (p.ex. poluição do ar e água, vulcões, estruturas, sinais vitais), detecção de eventos (p.ex. vigilância, incêndios, inundações, terremotos), e monitoramento de alvos (p.ex. segurança, animais silvestres, etc). RSSF são constituídas tipicamente por dezenas, as vez centenas de pequenos dispositivos alimentados por baterias, capazes de realizar medições e de transmitir tais dados para uma estação base através de um canal sem fio. Uma das formas mais promissoras para melhorar o desempenho das RSSF em termos de conectividade, tempo de vida da rede, e latência na transmissão dos dados é através de técnicas que exploram a mobilidade em um ou mais componentes da rede. A mobilidade na RSSF pode ser tanto controlável como aleatória, sendo que em ambos os casos os protocolos devem ser devidamente ajustados para responder adequadamente aos cenários em questão. No caso de mobilidade aleatória, os nodos sensores podem ser capazes de aprender os padrões de mobilidade dos nodos para poderem otimizar a operação da rede. Por outro lado, sendo os padrões de mobilidade conhecidos, é possível fazer escolhas para melhor sintonizar o desempenho da rede de acordo com os critérios estabelecidos pelo projetista. A presente tese de doutorado procura explorar as vantagens associadas com o uso de mobilidade controlada em RSSF. É possível definir mobilidade controlada como sendo a capacidade de se alterar propositalmente o posicionamento de determinados nodos da RSSF. Com isso se torna possível explorar, controlar, ou mesmo otimizar a trajetória e a velocidade dos nodos móveis da RSSF a fim de maximizar o desempenho da rede como um todo. Definitivamente, o uso de nodos que permitam o ajuste de trajetória e velocidade oferece um alto grau de flexibilidade para se explorar aspectos de mobilidade e projetar protocolos de coleta de dados otimizados. Ao se utilizar mobilidade controlada, algumas das operações realizadas pela RSSF podem ser significativamente melhoradas, de modo a tornar possível ajustar o padrão de desempenho da rede de acordo com os níveis desejados. Por exemplo, o processo de descoberta de nodos pode ser melhorado e mesmo simplificado com o controle dos nodos móveis, de modo que ele possa se aproximar dos nodos estáticos em instantes pré-determinados. Da mesma forma, o processo de coleta de dados pode ser otimizado se os nodos móveis se moverem mais rapidamente nos locais onde eles precisam coletar menos dados. Entretanto, diversos desafios aparecem neste tipo de contexto. Por exemplo, como se deve escalonar a chegada do(s) nodo(s) móvel(is) e como se deve controlar e otimizar a movimentação em termos de velocidade sem afetar a qualidade de serviço. Nesse contexto, o segundo capítulo da teseapresenta um esquema de estimação de localização de nodos estáticos espalhados ao longo de uma área predeterminada, utilizando-se para tanto de um nodo móvel com mobilidade controlada. Tal informação de posicionamento é muito importante para a organização de uma RSSF. Com isso é possível definir a sua cobertura, os protocolos de roteamento, a forma de coleta de dados e também auxiliar em aplicações de rastreamento e detecção de eventos. O esquema proposto consiste de uma técnica de localização para estimar a posição dos nodos sensor de forma eficiente, usando apenas um nodo móvel e técnicas geométricas simples. O esquema não requer hardware adicional ou mesmo comunicação entre nodos sensores, evitando assim maiores gastos de baterias. A estimativa de posição obtida é precisa e capaz de tolerar um certo grau de obstáculos. Os resultados obtidos ao longo da tese demostram que a precisão de localização pode ser bem ajustada selecionando corretamente a velocidade, o intervalo de transmissão de beacons e o padrão de varredura da área de interesse pelo nodo móvel.Já o terceiro capítulo apresentada uma técnica de otimização para fins de controle da mobilidade do nodo coletor de dados (MDC). Com isso torna-se possível desenvolver um esquema inteligente de coleta de dados na RSSF. Em primeiro lugar, são destacados os fatores que afetam o processo de coleta de dados usando um MDC. Em seguida é apresentado um algoritmo adaptativo que permite ajustar os parâmetros de controlenecessários para modificar os parâmetros de movimentação do MDC. Estes parâmetros permitem que a velocidade do MDC seja ajustada em tempo de execução para otimizaro processo de coleta de dados. Com isso o MDC pode se adaptar às diferentes taxas de coletas de dados impostas por um conjunto de nodos heterogêneos. O esquema proposto apresenta vantagens significativas para RSSF de grande escala e também heterogêneas (onde os sensores possuem taxas de amostragem variáveis). Os resultados obtidos mostram um aumento significativo na taxa de coleta de dados e a redução no tempo total de deslocamento e no número de voltas que o MDC gasta para coletar os dados dos sensores.Por fim, o capítulo 4 propõe um mecanismo de controle de acesso (MAC) adaptado ao cenário de mobilidade, que se ajusta automaticamente de acordo com o padrão de mobilidade do MDC. O mesmo foca umaredução no consumo de energia e na melhoria da coleta de dados, suportando mobilidade e evitando colisões de mensagens. Este protocolo destina-se a aplicações de coleta de dados nas quais os nós sensores têm de reportar periodicamente a um nó receptor ou estação base. O conceito básico é baseado em acesso múltiplo de divisão de tempo, onde a duração do padrão de sono-vigília é definida de acordo com o padrão de mobilidade do MDC. O esquema proposto é capaz de atender tanto mobilidade aleatória quanto controlada por parte do MDC, desde que as RSSF sejam organizadas em cluster. Uma análise de simulação detalhada é realizada para avaliar seu desempenho em cenários mais gerais e sob diferentes condições operacionais. Os resultados obtidos mostram que o nosso esquema proposto supera amplamente oprotocolo 802.15.4 com sinais (beacons) em termos de eficiência energética, tempo de deslocamento do MDC e taxas de coleta de dados.<br> / Abstract : One of the promising techniques for improving the performance of a wireless sensor network (WSN), in terms of connectivity, network lifetime, and data latency, is to introduce and exploit mobility in some of the network components. Mobility in WSN can be either uncontrollable or controllable and needs to be optimized in both cases. In the case of uncontrolled mobility, sensor nodes can learn the mobility patterns of mobile nodes to improve network performance. On the other hand, if the mobility is controllable in terms of trajectory and speed, it can be best tuned to enhance the performance of the network to the desired level. This thesis considers the problem of exploiting and optimizing mobility in wireless sensor networks in order to increase the performance and efficiency of the network.First, a location estimation scheme is discussed for static nodes within a given sensor area using a controlled mobile node. Position information of static nodes is very important in WSN. It helps in effective coverage, routing, data collection, target tracking, and event detection. The scheme discusses a localization technique for efficient position estimation of the sensor nodes using a mobile node and simple geometric techniques. The scheme does not require extra hardware or data communication and does not make the ordinary sensor nodes to spend energy on any interaction with neighboring nodes. The position estimation is accurate and efficient enough to tolerate obstacles and only requires broadcasting of beacon messages by the mobile node. Obtained simulation results show that the localization accuracy can be well adjusted by properly selecting the speed, beacon interval, and scan pattern of the mobile node.Second, an optimization technique for controlled mobility of a mobile data collector is presented in order to develop a smart data collection scheme in WSN. In this case, first, the factors affecting the data collection process using an MDC is highlighted. Then, an adaptive algorithm and control parameters that the MDC uses for autonomously controlling its motion is presented. These parameters allow the speed of the MDC to be adjusted at run time in order to adaptively improve the data collection process. Built-in intelligence helps our system adapting to the changing requirements of data collection. Our scheme shows significant advantages for sparsely deployed, large scale sensor networks and heterogeneous networks (where sensors have variable sampling rates). The simulation results show a significant increase in data collection rate and reduction in the overall traverse time and number of laps that the MDC spends for data gathering.Finally, a mobility aware adaptive medium access control (MAC) is proposed for WSNs which automatically adjusts according to the mobility pattern of the MDC, focusing on reducing energy consumption and improving data collection, while supporting mobility and collision avoidance. This protocol is targeted to data collection applications (e.g. monitoring and surveillance), in which sensor nodes have to periodically report to a sink node. The core concept is based on adaptive time division multiple access, where the sleep-wake duration is defined according to the MDC mobility pattern. The proposed scheme is described for random, predictable, and controlled arrival of MDC in cluster-based WSNs. A detailed simulation analysis is carried out to evaluate its performance in more general scenarios and under different operating conditions. The obtained results show that our scheme largely outperforms the commonly used 802.15.4 beacon-enabled and other fixed duty-cycling schemes in terms of energy efficiency, MDC traverse time, and data collection rates.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:33:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325188.pdf: 6857768 bytes, checksum: 028cd5e4880d01d901291738cd104bee (MD5) Previous issue date: 2013 / Um conjunto razoável de objetivos de controle está associado à geração de energia hidrelétrica. Isto envolve o seguimento às referências de tensão, velocidade e potência, o amortecimento de oscilações eletromecânicas e o atendimento a restrições dos atuadores e de capabilidade do gerador. Adicionalmente, o processo é não linear e há acoplamento entre as variáveis controladas. Tradicionalmente, cada objetivo é tratado por malhas de controle específicas, cada qual com seus parâmetros de sintonia. Propõe-se o uso de um Controlador Preditivo baseado em Modelo (MPC) visando a atender todos os objetivos de controle de forma integrada. O controle proposto utiliza um modelo não linear simplificado da unidade geradora para o cálculo das predições. O controlador foi testado em vários cenários em comparação com o esquema de controle convencional. Obteve-se excelente desempenho de controle, sem o uso de malhas auxiliares. Também é discutida a influência dos parâmetros de sintonia sobre a resposta do processo. Verifica-se pelos resultados de simulações que a estratégia proposta é viável e permite melhorar o desempenho do sistema de controle, em comparação com controladores convencionais.<br> / Abstract : A wide set of control objectives is associated with the hydropower generation. This involves the tracking of terminal voltage, speed and active power references, the damping of electromechanical oscillations limitation of the generator operating point and actuators output. Additionally, the controlled process is non-linear and the variables are dynamically coupled. Each control objective is traditionally handled by dedicated control loops, each of them with isolated tuning parameters. The use of a Model Predictive Control (MPC) scheme is proposed as to consider all control objectives in an integrated calculation. The proposed controller uses a simplified non-linear model of the generating unit for calculating the predictions. The controller was tested in various cases, comparing its performance with the conventional control scheme. An excellent control performance was obtained, without need of auxiliar control loops. The influence of the tuning parameters on response characteristics is also discussed. The simulation results indicate that the strategy is viable and can improve the performance of the control system, compared to conventional controllers.