[pt] A ideia principal da Internet das Coisas (IoT) é conectar bilhões de coisas à Internet nos próximos anos, a exemplo de carros, roupas e comidas. Entretanto, muitos problemas precisam ser resolvidos antes que essa ideia possa ser concretizada. Alguns desses problemas estão relacionados à necessidade de construir sistemas para IoT que sejam auto-organizáveis e autoadaptativos. Este trabalho, portanto, apresenta a elaboração do Framework para Internet das Coisas (FIoT), que oferece suporte ao desenvolvimento de aplicações para IoT com essas características. Ele é baseado nos paradigmas de Sistemas Multiagente (SMA) e algumas técnicas abordadas em Aprendizado de Máquina, a exemplo de redes neurais e algoritmos evolutivos. Um agente pode ter algumas características, como autonomia e sociabilidade, que tornam SMAs compatíveis com sistemas que requerem auto-organização. Redes neurais e algoritmos de evolução vêm sendo comumente usados nos estudos de robótica, no intuito de prover autonomia e adaptação à agentes físicos (ex.: robôs, sensores). Para demonstrar o uso do FIoT, dois grupos de problemas em IoT serão instanciados: (i) Cidades Inteligentes e (ii) Quantificação de Coisas. / [en] The agreed fact about the Internet of Things (IoT) is that, within the coming years, billions of resources, such as cars, clothes and foods will be connected to the Internet. However, several challenging issues need to be addressed before the IoT vision becomes a reality. Some open problems are related to the need of building self-organizing and self-adaptive IoT systems. To create IoT applications with these features, this work presents a Framework for Internet of Things (FIoT). Our approach is based on concepts from Multi-Agent Systems (MAS) and Machine Learning Techniques, such as a neural network and evolutionary algorithms. An agent could have characteristics, such as autonomy and social ability, which makes MAS suitable for systems requiring self-organization (SO). Neural networks and algorithms of evolution have been commonly used in robotic studies to provide embodied agents (as robots and sensors) with autonomy and adaptive capabilities. To illustrate the use of FIoT, we derived two different instances from IoT applications: (i) Quantified Things and (ii) Smart Cities. We show how exible points of our framework are instantiated to generate an application.

[pt] A Internet das Coisas (IoT, do inglês Internet of Things) refere-se à infraestrutura tecnológica emergente formada por objetos cotidianos e ambientes dotados de computação e conectividade a fim de fornecer serviços digitalmente enriquecidos e comportamentos responsivos no mundo físico. Como com toda tecnologia, nas pontas da IoT há as pessoas que projetam e as que usam essa tecnologia de alguma forma. Projetar a interação para a IoT apresenta desafios novos e antigos. Nesta tese, eu abordo dois deles, a metacomunicação e a apropriação. O primeiro tem a ver com as pessoas que projetam a IoT; o último, com as que usam. Aplicando a Engenharia Semiótica como uma lente teórica ao estudo da IoT, realizei seis estudos usando diferentes métodos cujos resultados foram combinados em três contribuições. Primeiro, proponho um modelo semiótico de apropriação de tecnologia como uma ferramenta epistêmica para apoiar projetistas a refletirem sobre como os usuários adotam a tecnologia de IoT. Segundo, proponho uma caracterização semiótica para a tecnologia da IoT como metacomunicação, chamada de engenharia semiótica de tecnologias multiníveis e multilaterais, uma ferramenta inicial para a aplicação de princípios e métodos de Engenharia Semiótica à tecnologia da IoT. Terceiro, minha abordagem de pesquisa foi generalizada em um macro-método para pesquisa em tecnologias inovadoras como uma alternativa útil para pesquisas onde há falta de consenso e/ou diversidade metodológica e epistemológica, como em novas tecnologias. Essas contribuições estendem os conhecimentos da Engenharia Semiótica como teoria e fornecem recursos poderosos para projetistas e pesquisadores refletirem sobre a tecnologia de uma maneira centrada no ser-humano, eu argumento. / [en] The Internet of Things (IoT) refers to the emerging technological infrastructure formed by everyday objects and environments endowed with computing and networking power in order to provide digitally enhanced services and responsive behaviors in the physical world. As with every technology, at the end points of the IoT, there are people designing and using this technology somehow. Designing interaction for the IoT presents old and new challenges. In this thesis, I address two of them, namely metacommunication and appropriation. The former has to do with the people who design the IoT; the latter, with those who use it. By applying Semiotic Engineering as a theoretical lens to the study of IoT technology, I conducted six studies using different research methods which results were combined in three contributions. Firstly, I am proposing a semiotic model of technology appropriation, which is proposed as an epistemic tool to support designers reflect on how users adopt IoT technology. Secondly, I am proposing a semiotic characterization of IoT technology as metacommunication called the semiotic engineering of multi-level and multi-sided technologies, as an initial framework for the application of Semiotic Engineering principles and methods to IoT technology. Thirdly, my research design was generalized into a macro-method for approaching innovative technologies research. I claim that it is an useful alternative in research domains where there is a lack of methodological and epistemological consensus and/or diversity, such as with new technologies. These contributions both extend the body of knowledge of semiotic engineering as a theory and provide powerful resources for designers and researchers to reflect on technology in a human-centered way, I argue.

[pt] O número de Cidades Inteligentes no mundo está crescendo muito rapidamente, e não há indicação de que em breve haverá uma diminuição nesse crescimento, isso porque uma Cidade Inteligente ajuda seus gestores e habitantes a desfrutarem de seus recursos e gerenciarem vários de seus aspectos. Os administradores da cidade estão instalando sensores e atuadores em diferentes partes da cidade para coletar dados e reagir em tempo real às mudanças esperadas. Cabe aos programadores de computadores projetarem sistemas computacionais capazes de processar todos esses dados e disponibilizá-los como informações aos habitantes e administradores de forma organizada. Para permitir que os programadores investiguem o comportamento das aplicações antes de sua implementação na cidade, desenvolvemos um testbed de três camadas que ajuda os programadores a analisar o desempenho em um ambiente controlado que também pode ser usado para implementação. O testbed permite que os desenvolvedores distribuam o processamento, incluindo fluxos de eventos/dados complexos, na nuvem, névoa ou borda. Embora a arquitetura do testbed seja independente de plataformas, nós implementamos uma versão de referência utilizando softwares gratuitos. Todos os componentes utilizados na versão de referência foram avaliados individualmente por seus desenvolvedores, mas para verificar a escalabilidade da integração, nós desenvolvemos várias aplicações para avaliar o comportamento da arquitetura. Nós também desenvolvemos quatro aplicativos para coleta e processamento de dados IoT para ilustrar como o testbed pode guiar os programadores na escolha da melhor forma de implementar suas aplicações. Baseado no comportamento das aplicações desenvolvidas, nós criamos uma taxonomia para classificar as aplicações para cidades inteligentes de acordo com as suas características e possibilidades de distribuição para auxiliar ao desenvolvedor a implementar a sua aplicação. / [en] The number of Smart Cities in the world is growing very fast, and there is no indication that there will be a decrease in this growth soon, because a Smart City helps its managers and inhabitants to enjoy its resources and manage several of its aspects. City administrators are installing sensors and actuators in different parts of the city to collect data and react in real time to expected changes. It is up to computer programmers to design computer systems capable of processing all this data and making it available to inhabitants and administrators as information in an organized manner. To allow programmers to investigate the behavior of applications before they are deployed in the city, we have developed a three-layer testbed that helps programmers analyze performance in a controlled environment that can also be used for implementation. The testbed allows developers to distribute processing, including complex event/data streams, in the cloud, fog or edge. Although the testbed architecture is platform independent, we have implemented a reference version using free software. All the components used in the reference version were evaluated individually by their developers, but to verify the scalability of the integration, we developed several applications to evaluate the behavior of the architecture. Four applications for collecting and processing IoT data have been developed to illustrate how the testbed can guide programmers in choosing the best way to implement their applications. Based on the behavior of the developed applications, we created a taxonomy to classify applications for smart cities according to their characteristics and distribution possibilities to help the developer to implement their application.

[pt] ContextNet é um middleware de comunicação baseado no padrão OMG DDS, que suporta monitoramento em tempo real, unicast, groupcast e transmissão para milhares de nós móveis. Este trabalho substituiu a infraestrutura DDS (Data Distribution Service), utilizada na comunicação dos nós Core da ContextNet, pela plataforma Kafka; simplificou a construção de aplicativos que utilizam o middleware ContextNet; e adicionou novos recursos. Kafka é uma plataforma de streaming capaz de subscrever, publicar, armazenar e processar em fluxos em tempo real. A utilização do Kafka permitiu que as aplicações construídas sobre o ContextNet sejam paralelizáveis. / [en] ContextNet is a communication middleware based on the OMG DDS standard that supports real-time monitoring, unicast, groupcast, and broadcast to thousands of mobile nodes. This work replaced the DDS (Data Distribution Service) infrastructure used to communicate the ContextNet Core nodes with the Kafka platform; simplified the construction of applications that use the ContextNet middleware; and added new features. Kafka is a streaming platform capable of subscribing, publishing, storing, and processing in realtime streams. Using Kafka has enabled applications built on top of ContextNet to be parallelizable.

[pt] A disseminação atual da IoT aumenta a implantação de soluções de processamento de fluxo de dados para monitorar e controlar elementos do mundo real. Uma dessas soluções é o Processamento de Eventos Complexos (CEP). Inicialmente, um único computador ou cluster concentraria toda a execução do CEP. No entanto, a execução centralizada do CEP não é ideal para lidar com o alto volume, velocidade e volatilidade dos fluxos de dados dos sensores IoT. Em vez disso, as aplicações CEP devem criar e decentralizar o processamento de eventos CEP, de preferência tendo agentes CEP na nuvem e em dispositivos na borda. Além disso, tão importante quanto a descentralização, é decidir como o processamento será dividido entre esses dispositivos. Dito isso, estar ciente do contexto atual de cada dispositivo, por exemplo, sua localização e sensores disponíveis, pode ajudar a coletar e (parcialmente) processar os dados em dispositivos próximos ao local onde os dados foram produzidos. Este trabalho apresenta uma plataforma de CEP distribuído com ciência de contexto chamada Global CEP Manager (GCM). GCM é um serviço do middleware ContextNet que oferece suporte à implantação e ao rearranjo dinâmico de consultas CEP baseados em contexto para motores CEP em execução na nuvem, em dispositivos na borda estacionários e M-Hubs, que são dispositivos na borda móveis do ContextNet. O GCM usa o ContextMatcher, que também faz parte deste trabalho. ContextMatcher é um módulo para aplicações ContextNet que permite a entrega de mensagens para nós cujo contexto esteja de compatível com um determinado conjunto de características contextuais. / [en] The current dissemination of IoT increases the deployment of stream processing solutions for monitoring and controlling elements of the real world. One of those solutions is Complex Event Processing (CEP). Initially, a single computer/cluster would concentrate all the CEP execution. However, a centralized execution of CEP is not suitable for coping with the high volume, velocity, and volatility of IoT sensors’ data streams. Instead, applications using CEP should deploy a distributed CEP Event Processing Network, preferably having CEP agents both in the cloud and at edge devices. Also, deciding the arrangement used to split the processing among these tiers and their devices can be just as important. That said, being aware of each of the devices current context, for instance, their location and available sensors, can help to collect and (partially) process the data on devices close to the data s production site. This work presents a contextaware distributed CEP platform called Global CEP Manager (GCM). GCM is a service of the ContextNet middleware that supports the context-based deployment, and dynamic rearrangement of CEP queries to CEP engines executing in the cloud, stationary edge devices, and M-Hubs, which are ContextNet s mobile edge devices. GCM uses the ContextMatcher, which is also part of this work. ContextMatcher is a module for ContextNet applications that enables the delivery of messages for nodes that match a specified set of contextual requirements.

[pt] A importância da Internet das Coisas (IoT) tem aumentado significativamente nos últimos anos, e dispositivos IoT têm sido usados em diferentes indústrias e tipos de aplicação, como casas inteligentes, sensores indutriais, veículos autonomos, wearables, etc. Apesar deste cenário trazer inovações tecnológicas, novas experiências para usuários, e novas soluções de negócio, também levanta preocupações relevantes relacionadas a segurança da informação e privacidade. Neste trabalho nós apresentamos o EdgeSec Framework, um novo framework de segurança para IoT desenvolvido como uma solução de segurança para os middlewares ContextNet e Mobile-Hub. O seu objetivo principal é estender e melhorar uma arquitetura e uma implementação já existentes para estes middlewares, criando uma solução mais genérica, robusta e flexível,e garantindo autenticação, autorização, integridade e confidencialidade de dados. O framework foi elaborado com foco na total extensiblidade através da introdução de interfaces de protocolos, que podem ser implementadas por plugins, tornando-o compatível com uma variedade de algoritmos de segurança e dispositivos IoT. Uma implementação completa foi realizada como prova de conceito, e testes de desempenho e experimentos foram realizados para avaliar a viabilidade da solução. Os resultados mostram que o EdgeSec Framework pode melhorar significativamente a segurança do Mobile-Hub e diversos tipos de aplicações IoT através de uma maior compatibilidade e flexibilidade, e garantindo todas as proteções básicas de segurança. / [en] The importance of the Internet of Things (IoT) has increased significantly in recent years, and IoT devices are being used in many different industries and types of applications, such as smart homes, industrial sensors, autonomous vehicles, personal wearables, and more. While this brings technology innovation, new user experiences, and new business solutions, it also raises important concerns related to information security and privacy. In this work we present EdgeSec Framework, a new IoT security framework, made concrete as a security solution for ContextNet and Mobile-Hub middlewares. Its main goal is to extend and improve on an existing security architecture and implementation, creating a more generic, robust, and flexible solution that ensures authentication, authorization, data integrity and confidentiality. The framework was designed with full extensibility in mind by introducing protocol interfaces that can be implemented by external plugins, making it compatible to a variety of security algorithms and edge devices. A complete implementation was developed as proof-of-concept, and performance tests and experiments were made to evaluate the feasibility of the solution. Results show that EdgeSec framework can greatly improve the security of Mobile-Hub and similar IoT middlewares by increasing its compatibility and flexibility, and ensuring all the basic security protections.

[pt] A Internet das Coisas (do inglês, IoT) está se popularizando cada dia mais, se expandindo para aplicações em quase todos os setores de nossa socidade, impactando a economia e a vida cotidiana dos cidadãos. Com o crescimento das aplicações IoT, também ocorre uma expansão na demanda por novos dispositivos com capacidades de atuação, como lâmpadas inteligentes, fechaduras inteligentes, aparelhos de climatização (HVAC), máquinas industriais com capacidade de comunicação, robôs, drones, etc. Muitas plataformas de middleware estão sendo desenvolvidas para suportar o desenvolvimento de aplicativos de IoT distribuídos e facilitar a comunicação de sensores para a nuvem e recursos de edge processing. Mas surpreendentemente, muito pouco foi feito para fornecer mecanismos de suporte genéricos e em nível de middleware para detectar dispositivos controláveis e executar comandos de atuação, ou seja, transferi-los para o dispositivo. Este trabalho apresenta uma extensão ao middleware ContextNet que provê suporte à atuação remota e genérica sobre dispositivos inteligentes conectados pela Internet das Coisas. / [en] The Internet of Things (IoT) is becoming increasingly popular, expanding into applications in almost every sector of our society, impacting the economy and daily life of citizens. As IoT applications grow, so does the demand for new devices with actuation capabilities, such as smart light bulbs, HVAC devices, smart locks, communication-capable industrial machines, robots, drones, and so on. Many software platforms are being developed to support the development of distributed IoT applications and to facilitate cloud sensor communication and edge processing capabilities. But surprisingly, very little has been done to provide middleware-level support and generic mechanisms for discovering devices and their interfaces, and executing activation commands, i.e. transferring them to the device. This work presents an extension to the ContextNet Middleware to support generic and remote actuation on devices connected by the Internet of Things.

[pt] Blockchain e Tangle são estruturas de dados usadas para criar um registro público imutável de dados segurados por uma rede de participantes peer-to-peer que mantém um conjunto de registros de dados em constante crescimento conhecidos como ledgers. As tecnologias Blockchain e Tangle são uma solução descentralizada que garante a troca de grandes quantidades de mensagens confiáveis, entre bilhões de dispositivos de IoT conectados, os quais são muito valiosos, desde que sejam válidos e completos. Esse mecanismo de mensagens peer-to-peer altamente criptografado e seguro é adotado neste projeto para gerenciar o processamento de transações de IoT e a coordenação entre os dispositivos que interagem com o processo. Para manter as transações privadas e seguras, os algoritmos de consenso distribuídos são responsáveis por validar e escolher as transações e registrá-las no ledger global. Os resultados mostraram que a velocidade dos algoritmos de consenso pode afetar a criação em tempo real de histórias confiáveis que rastreiam os eventos das redes IoT. Após incorporar o Processamento de Eventos Complexos, que permite selecionar apenas os eventos de alto nível, é possível obter uma melhoria em muitas situações. O resultado é um sistema Middleware que fornece framework para a construção de aplicativos de larga escala onde podem usar Processamento de Eventos Complexos e diferentes ledgers descentralizados, como o blockchain da Ethereum ou IOTA Tangle, para armazenamento seguro de dados. / [en] Blockchain and Tangle are data structures and protocols used to create an immutable public record of data ensured by a network of peer-to-peer participants that maintain a monotonic constantly growing set of data records known as ledgers. Both technologies provide a decentralized solution that guarantees the exchange, among billions of IoT devices, of large amounts of trusted messages, which are very valuable as long as they are valid and complete. This highly encrypted and secure peer-to-peer messaging mechanism is adopted in this project to manage the processing of IoT transactions. To maintain transactions private, and secured consensus algorithms are responsible for validating and choosing transactions and recording them in the global ledger. The results showed that the speed of the consensus algorithms can affect the creation in real-time of reliable stories that track the events of the IoT networks. After incorporating Complex Event Processing that allows selecting only those high-level events, it is possible to obtain an improvement in many situations. The result is a Middleware system that provides a framework for the construction of large-scale computer applications that use Complex Events Processing and different decentralized ledgers such as the blockchain of Ethereum or IOTA Tangle, for secure data storage.

Orientador: Alexandre César Rodrigues da Silva / Resumo: O reconhecimento de atividades humanas abrange diversas técnicas de classificação que permitem identificar padrões específicos do comportamento humano no momento da ocorrência. A identificação é realizada analisando dados gerados por diversos sensores corporais, entre os quais destaca-se o acelerômetro, pois responde tanto à frequência como à intensidade dos movimentos. A identificação de atividades é uma área bastante explorada. Porém, existem desafios que necessitam ser superados, podendo-se mencionar a necessidade de sistemas leves, de fácil uso e aceitação por parte dos usuários e que cumpram com requerimentos de consumo de energia e de processamento de grandes quantidades de dados. Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento do Sistema de Reconhecimento de atividades Humanas e Avaliação do Equilíbrio Postural, denominado SIRAH. O sistema está baseado no uso de um acelerômetro localizado na cintura do usuário. As duas fases do reconhecimento de atividades são apresentadas, fase Offline e fase Online. A fase Offline trata do treinamento de uma rede neural artificial do tipo perceptron de três camadas. No treinamento foram avaliados três estudos de caso com conjuntos de atributos diferentes, visando medir o desempenho do classificador na diferenciação de 3 posturas e 4 atividades. No primeiro caso o treinamento foi realizado com 15 atributos, gerados no domínio do tempo, com os que a rede neural artificial alcançou uma precisão de 94,40%. No segundo caso foram gerados 34 ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

A digitalização do território e a sua transformação em fluxos informativos (DI FELICE et al, 2012) resultaram em um outro modo de ser sobre a Terra, de ser-no-mundo contemporâneo, mais particularmente no que o sociólogo Massimo Di Felice (2009) define com o conceito de \"habitar atópico\", desenvolvido a partir da pensamento de Heidegger. Para ele, mais do que residir, o habitar refere-se a um relacionar-se, a um comunicar, caracterizado pelas interações em rede dos diversos coletivos humanos e não-humanos, tecnológicos, territoriais. Assim, mais do que a reprodução digital do território, trata-se de um novo ambiente, um \"metaterritório\", metageográfico e informativo, portanto, dinâmico e manipulável, cujas dimensões são sempre reticulares e indelimitáveis (DI FELICE et al, 2012). É nesse panorama que se pretende esboçar os caminhos para a proposição do conceito de \"ecopoiese\", entendida como uma ecologia que, ao contrário do que o sentido etimológico possa induzir, é do âmbito do atópico e do indizível. Seu oikos não se localiza e seu logos não se explica. Essa ecologia é pós-humanista e assim sendo, o somente humano não a define e nenhuma perspectiva única a reivindica. Nessa ecologia, as interações entre humano, natureza e tecnologia comunicativa assumem um caráter complexo e produzem sempre agenciamentos hibridizantes, divergindo de quanto preconizado pelas interações somente técnicas atribuídas à Internet das Coisas / The digitalization of the territory and its transformation into information flows (DI FELICE et al, 2012) resulted in a further way of being on earth, of being-in the contemporary world, more particularly in what the sociologist Massimo Di Felice (2009) defines with the concept of \"atopic inhabit\", developed from the thought of Heidegger. For him, rather than reside, dwelling refers to a relate to, to a communicate with, characterized by networked interactions of the human and non-human, technological, territorial collectives. Thus, more than the digital reproduction of the territory, it is a new environment, a \"metaterritory, a \"metageographical\" and informative one, and therefore dynamic and manipulable, whose dimensions are always reticular and unlimited (DI FELICE et al, 2012). It is in this scenario that is intended to outline the ways to propose the concept of \"ecopoiese\", here understood as an ecology that, instead of what the etymological sense may suggest, is the scope of the atopic and unspeakable. Your oikos is not localized and its logos is not explained. This ecology is post-humanist and, therefore, what is only human cannot define it and no single perspective can claim it as theirs. In this ecology, the interactions between human, nature and communication technology play a complex character and always produce hybridized assemblages which are different from merely technical interactions attributed to the Internet of Things