A Indústria 4.0, ou quarta revolução industrial, é o atual cenário industrial que estabelece um novo paradigma para os sistemas de produção. A indústria 4.0 é compreendida como a implementação da fábrica inteligente que opera de forma mais autônoma e com menor intervenção humana, cujo propósito é prover serviços e produtos inteligentes que atendam às necessidades individuais dos consumidores. A Indústria 4.0 está amparada nos sistemas ciber-físicos (CPS) e na Internet das Coisas (IoT). Neste cenário máquinas e produtos se comunicam entre si visando automatizar os processos industriais por meio de informações individuais obtidas em tempo real durante os processos de manufatura. No entanto, a Indústria 4.0 e as pesquisas em torno desse assunto ainda são muito recentes e requerem mais investigações no que diz respeito às arquiteturas que suportem a sua implementação, entre elas a comunicação entre produtos e máquinas. Neste quesito, recentemente foi proposto o modelo de arquitetura de referência para a Indústria 4.0 (RAMI 4.0) com o objetivo de nortear a implementação deste tipo de sistema. Contudo, o RAMI 4.0 ainda requer esforços no campo da pesquisa sob diferentes aspectos, entre eles a integração vertical de recursos do sistema de produção. Neste sentido, este trabalho objetiva apresentar uma arquitetura para a descoberta de equipamentos para processar operações conforme as necessidades dos produtos. A arquitetura foi projetada em camadas baseadas no RAMI 4.0 para prover componentes que permitam a comunicação entre equipamentos e produtos, e um mecanismo similar ao sistema de nomes de domínios (DNS - Domain Name System) para realizar a descoberta de equipamentos para processar uma determinada operação. Nessa arquitetura as informações dos equipamentos são armazenadas em uma estrutura organizada hierarquicamente para auxiliar o serviço de descoberta, e os produtos possuem informações das operações necessárias para o processo de manufatura. Para garantir a eficácia do funcionamento dos componentes e suas interações, é necessário a verificação e validação por meio de métodos formais. Neste trabalho a verificação e validação é realizada por meio da técnica PFS (Production Flow Schema)/RdP (Rede de Petri). Por fim, a arquitetura é aplicada em um sistema de produção modular para demonstrar a sistemática de implementação e a sua efetividade. / The Industry 4.0, also known as fourth industrial revolution, is the current industrial scenario that sets a new paradigm for production systems. The Industry 4.0 can be understood as the implementation of the smart factory that operates more autonomously and with less human intervention. The purposes of it is to provide smart products and services that meet the consumer individual needs. The Industry 4.0 is supported by cyber-physical systems (CPS) and Internet of Things (IoT). In this scenario machines and products communicate with each other to automate industrial processes through individual information that are obtained in real time during manufacturing processes. However, the researches around this issue are still very recent and require further investigations with regard of to the architectures that support its implementation, including communication between products and equipment. Taking into account this problem, a Reference Architectural Model for Industry 4.0 (RAMI 4.0) was recently proposed with the purpose to guide the implementation of this system type. However, the RAMI 4.0 still requires efforts in different aspects, including the vertical integration of resources of the production systems. In this sense, this work aims to present an architecture for the discovery of equipment to process operations according to the product needs. The architecture was designed based on layers of the RAMI 4.0 to provide components that allow communication between equipment and products and a Web Service that offer a mechanism similar to the Domain Name System (DNS) to locate equipment to process a required operation. In this architecture the capable operations supported by the equipment are stored in a structure organized hierarchically to aid the discovery service, and the products have information of the operation required for the manufacturing process. In order to guarantee the effectiveness of the component functionalities and their interactions it is necessary to verify and validate them by formal methods. In this work the Production Flow Schema (PFS)/Petri Net (PN) technique is used to develop the conceptual and functional modeling of the architecture. Finally the architecture is applied in a modular production system to demonstrate its implementation systematics and its effectiveness.

O aumento na quantidade e na intensidade de desastres naturais é um problema que está se agravando em todo o mundo. As consequências desses desastres são significantemente ampliadas quando ocorrem em regiões urbanas ou com atuação humana devido à perda de vidas e à quantidade de bens materiais afetados. O uso de redes de sensores sem fio para a coleta de dados e o uso de técnicas de aprendizado de máquina para a previsão de desastres naturais são opções viáveis, porém novas tendências tecnológicas têm se mostrado promissoras e podem agregar na tarefa de monitoramento de ambientes e na previsão de desastres naturais. Uma dessas tendências é adotar redes de sensores baseadas em IP e utilizar padrões emergentes para IoT. Nesse contexto, esta Tese propõe e analisa uma abordagem chamada SENDI (System for dEtecting and forecasting Natural Disasters based on IoT), um sistema tolerante a falhas baseado em IoT, WSN e AM para a detecção e a previsão de desastres naturais. O SENDI foi modelado empregando o ns-3 e validado utilizando dados coletados por uma WSN real instalada na cidade de São Carlos - Brasil, a qual realiza a coleta de dados de rios da região. Esse sistema também prevê a possibilidade de falhas na comunicação e a perda de nós durante a ocorrência de desastres, além de agregar inteligência aos nós para realizar a distribuição de dados e de previsões, mesmo nesses casos. Esta Tese também apresenta um estudo de caso sobre previsão de enchentes que utiliza a modelagem do sistema e os dados colhidos pela WSN. Os resultados dos experimentos mostram que o SENDI permite gerar alertas para a tomada de decisões em tempo hábil, realizando as previsões mesmo com falhas parciais no sistema, porém com acurácia variável dependendo do nível de degradação do mesmo. / Natural disasters have been increasing intensely all around the globe. The consequences of these disasters are significantly amplified when they occur in urban areas or places where there are human activities due to loss of lives and assets. The usage of Wireless Sensor Networks (WSN) for data collection and Machine Learning (ML) to create natural disasters forecast models are viable options. However, new technology trends have been showing promising results, which can aggregate to the tasks of environmental monitoring and natural disasters forecast. One of these new trends is to adopt IP based sensor networks and to use emergent Internet of Things (IoT) standards. In this context, this Thesis presents and analyzes an approach called SENDI (System for dEtecting and forecasting Natural Disasters based on IoT), a fault-tolerant system based on IoT, ML and WSN to detect and forecast natural disasters. SENDI was modelled using ns-3 and validated by means of real data collected by a WSN installed in São Carlos - Brazil, which collects the data of rivers around the region. This system also foresees the possibility of communication failures and loss of nodes during disasters, also adding intelligence to the nodes in order to perform the distribution of data and forecasts, even in such cases. This Thesis presents a case study about flash flooding forecast as well, which uses the system model and the data collected by the WSN. The results of the experiments show that SENDI allows to generate warnings in time to make decisions as such predictions can be foreseen even if partial failure of the system occurs. However, there is a variable accuracy, which depends on the system degradation.

Neste trabalho pretende-se identificar qual é a importância dada e como são feitos os estudos com usuários nas etapas de planejamento e desenvolvimento de dispositivos informacionais disponíveis dentro dos automóveis e como a área da Ciência da Informação, protagonistas nos estudos de necessidades, busca e uso de informação pelos indivíduos nos mais diferentes suportes de tecnologia de informação e comunicação, é relacionada ou pode ser agregada aos projetos. Dentro do guarda-chuva da Internet das Coisas, as fabricantes de automóveis e empresas de tecnologia vivem uma corrida intensa para oferecer mais conteúdos e aplicações que centralizem mais e novas funcionalidades. O carro já está se transformando em um espaço de interação, um lugar comum do usuário onde ele consegue aproximar e integrar suas tecnologias pessoais. Inúmeros trabalhos tentam identificar inovações e soluções, uma das reuniões bem sólidas que tenta avaliar o contexto do usuário dentro das interfaces veiculares, são as Conferências AutomotiveUI, Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications. Entretanto, após ser feito um mapeamento nos artigos publicados, percebeu-se que apenas 50% contavam com estudos com usuários, sendo que destes, a grande maioria possuia uma visão extremamente orientada às tarefas e sistemas. Ao contrário do que ressalta a Ciência da Informação, os participantes das pesquisas apresentavam um papel meramente espectador e estatístico, sendo estruturados dentro de diversos exercícios de simulação de condução e análises estatísticas. Entender os contextos, perspectivas, necessidades, interações, emoções, aspectos cognitivos e situacionais, são essenciais para identificar como uma pessoa interage com um sistema ou como desempenha atividade rotineiras e soluciona seus questionamentos. A dúvidia que aparece é até quando o foco continuará nos objetos e quando termos como Internet das Coisas passarão a ser reconhecidos como Internet dos Indivíduos. A aproximação entre as áreas é dada como recomendação visando a maior satisfação, conforto e segurança de todos os envolvidos nessa corrida por um quebra-cabeça tecnológico. / This work intend to identify the importance given to the study with users and how they are done during the planning and development stages of information devices in-car and how the Information Science area, protagonists in the study of needs, search and use of information in the most diverse media of information and communication technology, is related or can be added to the projects. Within the umbrella of Internet of Things, car manufacturers and technology companies are in an intense race to offer more content and applications. The car is already turning into a space of interaction, a common place where the users can approach and integrate their personal technologies. Numerous papers try to identify innovations and solutions, one of the most solid meetings that tries to assess the user context within the vehicular interfaces, are the Conferences AutomotiveUI, Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications. However, after a mapping of the published articles, it was noticed that only 50% had studies with users, and the majority of them had a vision extremely oriented to tasks and systems. Contrary to what is emphasized in Information Science, the research participants presented a merely spectator and statistical role, being structured in several exercises of drive simulation and statistical analyzes. Understanding the contexts, perspectives, needs, interactions, emotions, cognitive and situational aspects are essential to identify how a person interacts with a system, performs routine activity and solves questions. The doubt that appears is until when the focus will continue on the objects and when term as Internet of Things will be recognized as Internet of the Individuals. The areas approximation is given as a recommendation for the highest satisfaction, comfort and safety of all those involved in this race for a technological puzzle.

Considering the competitiveness of global markets within an ever-changing environment, a company\'s Business Model should be able to innovate constantly to capture value within the company, while addressing better the customer needs. The PSS Business Model represents an innovation while providing value to the customer supported by a combination of products and services. However, the PSS Business Model also needs to innovate constantly. The Internet of Things (IoT) comprises networked objects able to interact with each other and to people, to reach common goals with a high level of efficiency, thus presenting potential to create a new value proposition to PSS Business Model Design. However, the existing literature represents an IoT solution into PSS Design, using either technical constructs or a high level free textual description. The goal of this study is to propose a \"Method to support the representation of IoT solutions during the PSS Business Model Design\". The method was developed based on the Design Research Methodology (DRM), comprising three research stages. During the first and second stages, a literature review was conducted to generate theoretical requirements for guiding the proposition of the method. During the third stage, the requirements were developed, and multiple case studies using secondary sources were used to propose the method in theory. During the final activity of the third stage, an exploratory application of the method for a Driverless PSS Car Sharing were applied and its results, as well as all the method\'s artifacts, were object of an initial evaluation by a focus group. The results indicated that method has potential to provide a common language for the PSS Business Model designers, while providing detailed information, to be added to the dimensions of a PSS Business Model that comprises IoT solutions. / Considerando a competitividade dos mercados globais dentro de um ambiente de constante mudança, o modelo de negócio de uma empresa deve ser capaz de inovar constantemente, capturando valor dentro da empresa ao mesmo tempo em que atende melhor as necessidades dos clientes. O modelo de negócio de PSS representa uma inovação ao entregar valor ao cliente através de uma combinação de produtos e serviços. No entanto, o modelo de negócio de PSS também precisa inovar constantemente. A Internet das coisas (IoT) compreende objetos em rede capazes de interagir uns com os outros e com as pessoas, para alcançar metas comuns com elevado nível de eficiência. Dessa forma, apresenta potencial para criar a nova proposta de valor para o desenho de modelo de negócio de PSS. No entanto, a literatura existente representa a solução de IoT usando ou constructos técnicos, ou um nível alto de descrição textual. O objetivo deste estudo é propor um \"Método de representação de soluções de internet das coisas (IoT) durante o design de um modelo de negócios de um Sistema produto-serviço (PSS)\". O método foi desenvolvido com apoio da Design Research Methodology (DRM), sendo composto de três fases de investigação. Durante a primeira e a segunda fase, realizou-se uma revisão da literatura para gerar requisitos teóricos para orientar a proposição de método. Durante a terceira fase, foram desenvolvidos requerimentos e analisados múltiplos estudos de caso, usando fontes secundárias, para propor o método na teoria. Durante a atividade final da terceira fase foi realizada uma aplicação exploratória do método, em um caso de um PSS de \"uso compartilhado de carros\" usando um carro autônomo. Em seguida todos os artefatos do método, e os resultados dessa aplicação exploratória, foram objeto de uma avaliação inicial por um grupo focal. Os resultados indicaram que o método tem potencial para fornecer uma linguagem comum para os desenvolvedores de modelo de negócio de PSS, proporcionando informações detalhadas, a serem adicionadas às dimensões de um modelo de negócio de PSS.

Os brinquedos são uma parte essencial de nossa cultura e têm evoluído ao longo do tempo. Atualmente, encontramos no mercado brinquedos dotados de circuitos eletrônicos e sensores, capazes de coletar dados do ambiente e informações pessoais dos usuários. Além disso, eles podem se conectar automaticamente a redes de comunicação por meio de protocolos de rede sem fio para acessar serviços móveis com o objetivo de personalizar a experiência de jogo para cada usuário. Conhecidos como brinquedos inteligentes, estes fazem parte de um ambiente denominado de computação para brinquedos, composto pelo brinquedo físico, um dispositivo móvel, que pode ser um tablet ou smartphone, e um aplicativo móvel (app), que pode controlar o brinquedo físico e compartilhar informações com serviços móveis. Esse novo tipo de brinquedo, que pertence a um novo tipo de ambiente e que também carrega características da Internet das Coisas, traz consigo questões relacionadas à segurança da informação que não existiam nos brinquedos convencionais. Essas questões, portanto, devem ser tratadas de forma a evitar prejuízos aos usuários dessa tecnologia. Para isso, o presente trabalho apresenta vinte e dois (22) requisitos de segurança gerais identificados por meio da utilização do processo Security Development Lifecycle (SDL) da Microsoft e da técnica de modelagem de ameaças suportada pelo modelo de ameaça STRIDE (Spoofing identity, Tampering with data, Repudiation, Information disclosure, Denial of service e Elevation of privilege). Os requisitos apresentados endereçam questões de segurança que os brinquedos inteligentes devem atender para evitar as principais ameaças existentes. As questões de segurança consideradas foram extraídas da Childrens Online Privacy Protection Act (COPPA), General Data Protection Regulation (GDPR) e Personal Information Protection and Eletronic Documents Act (PIPEDA). Além dos requisitos de segurança, um conjunto de testes de segurança gerais foram identificados com base no processo SDL para verificar o adequado atendimento a esses requisitos. Uma análise dos brinquedos inteligentes atualmente disponíveis no mercado e suas falhas de segurança relatadas publicamente dão indícios da importância de atender aos requisitos de segurança e executar os testes propostos neste trabalho para evitar problemas de segurança variados / Toys are an essential part of our culture, and they have evolved over time. Currently, we can find in the market toys equipped with electronic circuits and sensors able to collect environmental and personal data from users. They are also able to automatically connect to communication networks through wireless network protocols in order to access mobile services aiming at customizing the gaming experience for each user. Known as smart toys, these are part of a so-called toy computing environment, consisting of a physical toy, a mobile device, which can be a tablet or smartphone, and a mobile app, which can control the physical toy and share information with mobile services. This new type of toy, which belongs to a new type of environment and also present characteristics of the Internet of Things, raises issues regarding information security which did not exist in conventional toys. Such issues, hence, should be treated in a way to avoid losses to the users of this technology. Accordingly, this research project presents twenty two (22) general security requirements identified following the Microsoft Security Development Lifecycle (SDL) and the threat modeling supported by the threat model STRIDE (Spoofing identity, Tampering with data, Repudiation, Information disclosure, Denial of service e Elevation of privilege). These requirements address security issues that smart toys should meet to avoid the main existent threats. All considered issues were extracted from the Childrens Online Privacy Protection Act (COPPA), General Data Protection Regulation (GDPR) and Personal Information Protection and Electronic Documents Act (PIPEDA). Furthermore, we have also identified a general set of security tests based on the SDL process to check whether the identified security requirements have been met. A further analysis of the smart toys currently available in the market and their publicly related security flaws give evidence of the importance of meeting the proposed security requirements and executing the proposed security tests to avoid several security problems

Os processos de produção e distribuição agrícolas fazem uso de diversas tecnologias usadas para coleta de dados e gerenciamento de recursos e atividades, dentre as quais as Redes de Sensores Sem Fio, Identificação por Radiofrequência e o Wi-Fi. Devido a falhas na infraestrutura e variações ambientais, essas tecnologias possuem diversas limitações, como por exemplo, o atraso com que os dados chegam aos sistemas de gerenciamento, comprometendo a eficiência do processo. Uma solução com nós multitecnológicos, baseada nos princípios da Internet das Coisas, poderia oferecer dados de todo o processo produtivo e de distribuição, em tempo real; mas, para que esta solução seja realmente eficiente, necessita de um seletor adaptativo de tecnologias de comunicação para os \"objetos\" de campo que se adapte ao ambiente em tempo de execução. O objetivo deste trabalho é propor e avaliar a funcionalidade de um seletor adaptativo para esse fim. Para a proposição do seletor, buscou-se embasamento em técnicas adaptativas que oferecessem solução adequada para processos de aprendizagem pelo seletor. Dentre essas técnicas, elegeram-se as Árvores de Decisão Adaptativas para implementar a operação do seletor. A funcionalidade do seletor foi avaliada por simulações, tanto quanto ao aspecto de seleção da opção tecnológica mais adequada para o momento e a situação em questão, quanto à facilidade de se adaptar a mudanças de cenário. Os resultados das avaliações mostram que a simulação inicial, feita a partir de um cenário correspondente à fase inicial de uma cultura de milho não apresenta resultados satisfatórios. Entretanto, após alguns ciclos de aprendizagem do seletor, os resultados evoluem e superaram as exigências de qualidade propostas. Em uma segunda fase, novas simulações foram realizadas, alterando-se o cenário inicial para que, aos poucos, correspondesse à fase de colheita do milho. Nestas simulações, o processo de aprendizagem continuou ocorrendo sempre que as exigências de qualidade deixaram de ser satisfeitas, até que alcançassem a qualidade de comunicação exigida. Estes resultados permitiram concluir pela validade do seletor proposto. / Agricultural production and distribution processes employ different technologies. They are used for data collection and management of resources and activities, among which Wireless Sensor Networks, Radiofrequency Identification and WiFi. These technologies have several limitations due to flaws in infrastructure and environmental variability. For example, data arrive at management systems late, compromising process efficiency. Multi-technology nodes can be a solution to obtain real-time data from the production and distribution processes, particularly if Internet of Things principles are present. Yet, for this solution to be efficient, a communication technology selector for field \"objects\" must be necessary, which must adapt to the environment in run time. Therefore, the goal is to propose and to assess this Selector functionality. This proposition was based on adaptive techniques, which offered an appropriate solution for learning processes by the selector, such as the Adaptive Decision Tree. The selector uses an Adaptive Decision Tree to select the communication technology. The selector functionalities, such as the appropriate technology selection for the moment and how they adapt changes in scenario, were evaluated by the simulation method. Evaluation results show that simulations made from a scenario corresponding to the initial phase of a corn crop did not show satisfactory, but the results evolved and met the quality requirements after some learning cycles. In a second step, new simulations were conducted, changing the scenario slowly to the harvest phase. The learning process continued to occur whenever the quality requirements were no longer met. These results showed the validity of the proposed selector.

Apresenta-se o resultado de uma pesquisa destinada a propor um serviço para a resolução e descoberta de informações sobre objetos. Neste contexto, entendem-se como objetos os itens de uma cadeia produtiva e, como prováveis clientes do serviço proposto, sistemas de informação destinados ao gerenciamento de logística junto às cadeias produtivas e/ou à manutenção de dados sobre a rastreabilidade das cadeias. Encontram-se no mercado diversos sistemas de informação com estas características. A conveniência da troca de informações diretas entre os membros das cadeias produtivas, motiva diversos pesquisadores a propor a criação de padrões de dados. Uma das propostas mais relevantes, apresentada pela entidade internacional GS1, envolve a especificação de uma arquitetura para estes sistemas, bem como um vocabulário de dados padronizado, a Rede EPCglobal®. A utilização da tecnologia RFID permite a obtenção automática de dados, quando da passagem dos itens por leitores RFID instalados ao longo da cadeia produtiva. A utilização de um código padronizado, denominado Electronic Product CodeTM (EPC) na gravação das etiquetas RFID é outra vantagem desta tecnologia. Uma das funcionalidades essenciais deste sistema consiste na possibilidade de obtenção de informações relativas a um determinado produto. Estas informações podem se encontrar não somente no produtor do item, mas em todos os membros da cadeia produtiva que tiveram acesso ao item. Esta funcionalidade é o único aspecto da rede EPCglobal® ainda não especificada pelo GS1. Por esta razão, diversos pesquisadores têm-se dedicado à elaboração de propostas. O resultado desta pesquisa é mais uma delas. A solução apresentada baseia-se no uso de redes peer-to-peer (P2P), mais especificamente do protocolo Kademlia, escolhido a partir da comparação entre os vários protocolos propostos na literatura, visando a uma melhor eficácia. A partir de uma simulação efetuada em software especialmente desenvolvido para esta finalidade, apresentam-se os detalhes da sugestão e os resultados obtidos com sua utilização. / This is the result of a survey intended to propose a resolution and discovery service of information about objects. In this context, objects are items of a production chain and, likely customers of the proposed service, are information systems intended for logistics management at the productive chains and/or maintenance of data on traceability of supply chains. This scenario fits perfectly to the paradigm of the Internet of Things, where objects of everyday use have active participation on the Internet. The convenience of direct exchange of information between the members and the supply chains motivates many researchers to propose the creation of data standards. One of the most relevant proposals, presented by the international organization GS1, involves the architecture specification for these systems, as well as a standard data vocabulary, the EPCglobal® Network. The use of RFID technology allows obtaining data, during the passage of items by RFID readers installed along the supply chain. The use of a standardized code in the recording of RFID tags, called the Electronic Product CodeTM (EPC), is another advantage of this technology. One of the essential features of this system is the possibility of obtaining information relating to an individual product. This information can be found not only in item producer, but also in all members of the supply chain that had access to the item. This functionality is the only aspect of EPCglobal® not yet specified by GS1. For this reason, several researchers have been working with new suggestions. The solution presented is another proposal based on the use of an implementation of a peer-to-peer (P2P) network, using the Kademlia Protocol, chosen from the comparison between the several protocols proposed in the literature, aiming at a better effectiveness. From a simulation carried out in software specially developed for this purpose, we present the details of the suggestion and the results obtained with its use.

Computational Swarms (enxames computacionais), consistindo da integração de sensores e atuadores inteligentes no nosso mundo conectado, possibilitam uma extensão da info-esfera no mundo físico. Nós chamamos esta info-esfera extendida, cíber-física, de Swarm. Este trabalho propõe uma visão de Swarm onde dispositivos computacionais cooperam dinâmica e oportunisticamente, gerando redes orgânicas e heterogêneas. A tese apresenta uma arquitetura computacional do Plano de Controle do Sistema Operacional do Swarm, que é uma camada de software distribuída embarcada em todos os dispositivos que fazem parte do Swarm, responsável por gerenciar recursos, definindo atores, como descrever e utilizar serviços e recursos (como divulgá-los e descobrí-los, como realizar transações, adaptações de conteúdos e cooperação multiagentes). O projeto da arquitetura foi iniciado com uma revisão da caracterização do conceito de Swarm, revisitando a definição de termos e estabelecendo uma terminologia para ser utilizada. Requisitos e desafios foram identificados e uma visão operacional foi proposta. Esta visão operacional foi exercitada com casos de uso e os elementos arquiteturais foram extraídos dela e organizados em uma arquitetura. A arquitetura foi testada com os casos de uso, gerando revisões do sistema. Cada um dos elementos arquiteturais requereram revisões do estado da arte. Uma prova de conceito do Plano de Controle foi implementada e uma demonstração foi proposta e implementada. A demonstração selecionada foi o Smart Jukebox, que exercita os aspectos distribuídos e a dinamicidade do sistema proposto. Este trabalho apresenta a visão do Swarm computacional e apresenta uma plataforma aplicável na prática. A evolução desta arquitetura pode ser a base de uma rede global, heterogênea e orgânica de redes de dispositivos computacionais alavancando a integração de sistemas cíber-físicos na núvem permitindo a cooperação de sistemas escaláveis e flexíveis, interoperando para alcançar objetivos comuns. / Computational swarms, consisting of integrating smart networked sensors and actuators into our connected world, enable an extension of the info-sphere into the physical world. We call this extended cyber-physical info-sphere as the Swarm. This work proposes a Swarm vision with computational devices cooperating dynamically and opportunistically, generating organic and heterogeneous networks. This thesis proposes the computational architecture of the Swarm Operating System Control Plane that is the distributed software layer, embedded in all Swarm devices, responsible for managing Swarm resources, defining actors, how to describe and use services and resources, how to advertise and discover them, how to do transactions, content adaptation and multi-agent cooperation. The design of the architecture started with the review of the Swarm characterization itself, revisiting term definitions and establishing a terminology to be used. Requirements and challenges were identified and an operational vision was designed. This operational vision has been exercised with use case scenarios. The architectural elements were extracted from this vision and organized into an architecture that was tested against use cases, generating architectural reviews. Each of the architectural elements generated a state of the art review. A proof of concept of the framework was implemented and a demonstration was proposed and implemented. The selected demostration was the Smart Jukebox that exercises the distributed aspect and the dynamicity of the system. This work presents the vision of the emerging computing Swarm and presents a suitable framework. The evolution of this architecture may be the basis of a global heterogeneous and organic computer network leveraging cyberphysical systems to the cloud, and allowing the emergence of scalable and flexible systems to interoperate to achieve common goals.

A Internet das Coisas é um novo paradigma de comunicação que estende o mundo virtual (Internet) para o mundo real com a interface e interação entre objetos. Ela possuirá um grande número de dispositivos heteregôneos interconectados, que deverá gerar um grande volume de dados. Um dos importantes desafios para seu desenvolvimento é se guardar e processar esse grande volume de dados em aceitáveis intervalos de tempo. Esta pesquisa endereça esse desafio, com a introdução de serviços de análise e reconhecimento de padrões nas camadas inferiores do modelo de para Internet das Coisas, que procura reduzir o processamento nas camadas superiores. Na pesquisa foram analisados os modelos de referência para Internet das Coisas e plataformas para desenvolvimento de aplicações nesse contexto. A nova arquitetura de implementada estende o LinkSmart Middeware pela introdução de um módulo para reconhecimento de padrões, implementa algoritmos para estimação de valores, detecção de outliers e descoberta de grupos nos dados brutos, oriundos de origens de dados. O novo módulo foi integrado à plataforma para Big Data Hadoop e usa as implementações algorítmicas do framework Mahout. Este trabalho destaca a importância da comunicação cross layer integrada à essa nova arquitetura. Nos experimentos desenvolvidos na pesquisa foram utilizadas bases de dados reais, provenientes do projeto Smart Santander, de modo a validar da nova arquitetura de IoT integrada aos serviços de análise e reconhecimento de padrões e a comunicação cross-layer. / The Internet of Things is a new communication paradigm in which the Internet is extended from the virtual world to interface and interact with objects of the physical world. The IoT has high number of heterogeneous interconnected devices, that generate huge volume data. The most important IoT challenges is store and proccess this large volume data. This research addresses this issue by introducing pattern recognition services into the lower layers of the Internet of Things reference model stack and reduces the processing at the higher layers. The research analyzes the Internet of Things reference model and Middleware platforms to develop applications in this context. The new architecture implementation extends the LinkSmart by introducing a pattern recognition manager that includes algorithms to estimate parameters, detect outliers, and to perform clustering of raw data from IoT resources. The new module is integrated with the Big Data Haddop platform and uses Mahout algorithms implementation. This work highlights the cross-layer communication intregated in the new IoT architecture. The experiments made in this research using the real database from Smart Santander Framework to validate the new IoT architecture with pattern recognition services and cross-layer communication.

Os objetivos deste trabalho de mestrado consistem em determinar: (i) como modificar a arquitetura de referência de Internet das Coisas para identificar e priorizar as necessidades dos usuários em um determinado contexto; (ii) como transformar dados sociais subjetivos em uma medida objetiva de impacto social; (iii) como correlacionar informações sociais e dados digitais de forma a medir a satisfação dos usuários com os serviços de Internet das Coisas desenvolvidos; (iv) como validar o sistema total; e (v) se a arquitetura é reconfigurável e pode ser adotada e validada em diferentes casos de uso. O método de desenvolvimento começa de uma extensa investigação bibliográfica sobre projetos, arquiteturas e plataformas de Internet das Coisas desenvolvidas e em desenvolvimento, tecnologia social e teoria de grafos. É proposto um mapa conceitual que serve de base a todo o trabalho. A teoria de grafos fornece um conjunto de métricas que permite identificar as reais necessidades de usuários e comunidades e, então, especificar as aplicações e serviços de Internet das Coisas a serem desenvolvidos. ´E proposta uma função de fitness para avaliar a satisfação de requisitos de uma especificação. A validação do método é feita por meio de um estudo de caso. Para uma cidade hipotética são descritos os serviços educacionais, de saúde e de transporte disponíveis. É identificado o problema de oferecimento de serviços educacionais a comunidades distantes e a necessidade desses serviços se integrarem com as entidades culturais e de saúde. Com isso, ´e especificada a aplicação Aula Móvil. Essa aplicação é completamente descrita por meio dos modelos de domínio, de informação, funcional e de comunicação da arquitetura de referência IoT-A. Para o desenvolvimento do software, é feita uma descrição completa em UML: diagrama de classes e diagramas de sequência. Apesar de se ter adotado um estudo de caso simples, fica demonstrada a viabilidade de se integrar a avaliação de dados estatísticos sociais no ciclo de projeto de aplicações de Internet das Coisas. ´E mostrado também que as aplicações de Internet das Coisas geram impacto social a curto, médio e longo prazos. O método e arquitetura propostos neste trabalho são suficientemente genéricos para serem utilizados em outras aplicações relacionadas a uma cidade e também em outros domínios como os de M2M e da iniciativa Industry 4.0. / The objectives of this master thesis consist in determining: (i) how modify an IoT reference architecture to identify and prioritize end user\'s needs in a given context; (ii) how transform subjective social data in a objective measure of social impact; (iii) how correlate social data and digital data to measure the end users\' satisfaction with the developed IoT services; (iv) how validate the total system; and (v) if the architecture is reconfigurable and can be adopted and validated in di?erent use cases. The development method started with and extensive bibliographic research about IoT projects, architectures and platforms, already developed and under development, social technology and graphs theory. A conceptual map is proposed and is used as a basis for the entire work. The graphs theory provides a set of metrics that allow the identification of end users\' and communities\' needs and, then, to specify the IoT applications and services to be developed. A fitness function is proposed to evaluate the fulfillment of requirements of a specification. The whole method validation is made by means of a case study. To do so, the available educational, health and transport services of a hypothetical city are described. The problem of o?ering educational services to distant communities and the need to integrate such services to the cultural and health entities are identified. As a result, a Mobile Class application is specified. This application is completely described by the domain, informational, functional and communicational models of the IoT-A reference architecture. For the software development, a complete UML description is made: class diagrams and sequence diagrams. In spite of having adopted a simple case study, the feasibility of integrating the social statistical data evaluation in the design cycle of IoT applications is demonstrated. It is also shown that IoT applications generate social impact in the short, medium and large terms. The method and architecture proposed in this work are generic enough to be used in other applications related to a city as is other domains as M2M and from the Industry 4.0 Initiative.