Wireless Sensor Networks (WSN) are distributed sensing network systems composed of tiny networked devices. These systems are employed to develop applications for sensing and acting on the environment. Each network device, or node, is equipped with sensors and sometimes actuators as well. WSNs typically have limited power, processing, and storage capability, and are also subject to faults, especially when deployed in harsh environments. Given WSNs limitations, application developers often design fault-tolerance mechanisms. Although developers implement some fault-tolerance mechanisms in hardware, most are implemented in software. Indeed, WSN application development mostly occurs at a low level, close to the operating system, which forces developers to focus away from application logic and dive into WSNs technical background. Some have proposed high-level programming solutions, such as macroprogramming languages and frameworks; however, few deal with fault-tolerance. This dissertation aims to incorporate fault-tolerance features into Srijan, an open-source WSN macroprogramming framework based on a mixed declarative-imperative language called Abstract Task Graph (ATaG). We augment Srijans framework to support code generation for dealing with devices that crash or report meaningless values. We present our feature implementation here, along with an evaluation of the tool, demonstrating that it is possible to provide a macroprogramming framework with appropriate support for developing fault-tolerant WSN applications. / Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) são sistemas distribuídos em rede para sensoreamento, compostos de pequenos dispositivos conectados entre si. Esses sistemas são utilizados para construir aplicações que medem e atuam no meio físico. Cada dispositivo da rede, chamado de nó, é equipado com sensores, e algumas vezes, atuadores. Os nós também comumente possuem limitações em termos de suprimento de energia e capacidade de armazenamento e processamento. Em adição à essas limitações, redes de sensores sem fio também estão sujeitas à diversos tipos de falhas, especialmente quando são implantadas em ambientes de condições naturais extremas, como florestas e plantações. Por essas razões, desenvolvedores de aplicações para redes de sensores sem fio necessitam utilizar mecanismos de tolerância a falhas. Alguns dos mecanismos de tolerância a falhas são implementados em hardware, porém são mais comumente deixados para implementação em software. Além disso, a maior parte do desenvolvimento de aplicações para RSSF é feita em baixo nível de abstração, perto do sistema operacional. Desse modo, além de terem que concentrar-se na lógica da aplicação em baixo nível, os desenvolvedores ainda têm que implementar os mecanismos de tolerância a falhas junto à aplicação, pela falta de bibliotecas ou componentes genéricos para esse fim. Técnicas de programação em alto nível para RSSF já foram propostas na forma de linguagens e arcabouços de macroprogramação. No entanto, uma minoria lida com aspectos de tolerância a falhas. O objetivo desse trabalho é incorporar funcionalidades para tolerância a falhas ao Srijan, um arcabouço de macroprogramação para redes de sensores sem fio. Srijan possui código aberto e é baseado em uma linguagem mista declarativa-imperativa chamada Abstract Task Graph (ATaG). Evoluímos o arcabouço para dar suporte à geração automática de código lidando com quedas de nós da rede e falhas que resultam em dados incorretos de sensores. Nesta dissertação, apresentamos a nossa implementação de tais funcionalidades, juntamente com a avaliação conduzida sobre a ferramenta. Mostramos que é possível prover um arcabouço de macroprogramação com suporte apropriado ao desenvolvimento de aplicações para RSSF que necessitam tolerância a falhas.

Made available in DSpace on 2015-04-14T14:49:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 413102.pdf: 1154669 bytes, checksum: f44f67d48eecd7a5905469e66658d40f (MD5) Previous issue date: 2007-08-31 / Este trabalho descreve o R-MAC, um protocolo de acesso ao meio projetado para atender as requisi??es de energia das Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs). A fim de melhor explicar o protocolo proposto, em um primeiro momento foi realizado um estudo em redes wireless em geral. Todas as camadas de uma RSSF s?o introduzidas, com ?nfase na camada de controle de acesso ao meio (MAC), que ? a motiva??o principal do R-MAC. O problema do acesso ao meio ? discutido, e alguns t?picos de interesse s?o investigados. Uma discuss?o de protocolos relacionados tamb?m ? conduzida, e os aspectos espec?ficos dos protocolos estudados considerados no projeto do R-MAC. O R-MAC foi desenvolvido para RSSF dirigidas a eventos, com coleta peri?dica, insens?vel a lat?ncia da rede e com baixa taxa de envio. A efici?ncia no consumo de cada nodo, aumenta o tempo de vida da RSSF como um todo. Al?m disso, prop?e-se uma t?cnica para buscar novas conex?es toda vez que um nodo sair da rede. Esta t?cnica resulta no aumento da intera??o de cada nodo com a rede. O protocolo proposto ? de f?cil implementa??o em nodos de RSSFs baseados em microprocessador, e suas efici?ncia e aplicabilidade foram mostradas com a avalia??o de equa??es para estimar o consumo de pot?ncia.

Submitted by Bruno Monteiro Pires null (brunomonteiropires@gmail.com) on 2017-03-26T17:30:46Z No. of bitstreams: 1 [ExemplarDefinitivo]Dissertacao_BrunoMonteiroPires.pdf: 2266231 bytes, checksum: a2a20d6564dd53026d68385939001d1c (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-03-29T18:43:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pires_bm_me_sjrp.pdf: 2266231 bytes, checksum: a2a20d6564dd53026d68385939001d1c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-29T18:43:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pires_bm_me_sjrp.pdf: 2266231 bytes, checksum: a2a20d6564dd53026d68385939001d1c (MD5) Previous issue date: 2017-03-03 / Redes de sensores sem fios possibilitam o monitoramento dos mais diversos fenômenos e processos, além de abrir caminho para a criação de uma nova geração de dispositivos inteligentes, dinâmicos e interconectados. A diversidade das aplicações as quais se destinam estes sistemas, no entanto, impõe uma série de restrições de projeto, o que favorece iniciativas de desenvolvimento orientadas à aplicação. Embora esta abordagem leve à criação de soluções eficazes para aplicações específicas, estabelece um padrão de desenvolvimento restrito e desconsidera possibilidades de otimização mais abrangentes. Atualmente existem iniciativas de padronização bastante ativas para esta categoria de sistemas, como é o caso do IEEE 802.15.4, no entanto ainda restam questões não resolvidas, comuns à maioria das redes de sensores sem fios, como é o caso da instabilidade inerente aos links de rádio de baixa potência. Este trabalho tem como objetivo utilizar mecanismos disponibilizados por padrões bem estabelecidos como o IEEE 802.15.4 para mitigar os problemas de instabilidade relacionados aos links de comunicação nas redes de sensores sem fios, criando uma plataforma de desenvolvimento robusta e versátil, alinhada com os esforços de padronização que se encontram em andamento. Este trabalho apresenta uma proposta para a arquitetura de nodos de sensores sem fios, a qual busca complementar o modelo genérico comumente utilizado, através da adição de suporte à diversidade de interfaces. Também é introduzida uma proposta de extensão para a camada MAC do padrão IEEE 802.15.4, capaz de abstrair as particularidades relacionadas à transmissão de dados em nodos dotados de múltiplas interfaces de comunicação. A fim de validar as propostas realizadas, são descritos e executados experimentos utilizando protótipos reais, construídos com base na arquitetura sugerida anteriormente. Os resultados obtidos demonstram que a grande variedade de interfaces disponibilizada pelo IEEE 802.15.4 é suficiente para implementação de sistemas de comunicação robustos, baseados na técnica de diversidade de interfaces. Também conclui-se que as camadas inferiores da pilha de protocolos são capazes de fornecer informações suficientes para que se possa prever com precisão razoável a qualidade dos links de comunicação. Por fim constata-se, que através da utilização de algoritmos de estimativa de qualidade dos links, em conjunto com técnicas de diversidade de interfaces, pode-se obter links de comunicação mais robustos, com baixo overhead energético. / Wireless Sensor Networks enable the monitoring of various process and fenomena, also leading the way to the creation of a new generation of smart, dynamic and interconected devices. The great diversity of applications to which these systems are intended for, however, put several constraints on it’s projects, motivating the use of application oriented solutions. Although this approach might lead to effective solutions for targeted applications, it also ignores wider optimization possibilities. Currently there are some very active ongoing standardization efforts related to low-power wireless sensor networks, like the IEEE 802.15.4 standard, however there are still unresolved issues, common to the vast majority of these systems like, for example, the inherent unstability of low power wireless comunication links. This paper’s main goal is to provide solutions to mitigate link stability issues related to most of the common wireless sensor network’s radio communication systems. By utilizing mechanisms provided by well established standards, like IEEE 802.15.4, a robust and flexible development platform, aligned with the ongoing standardization processes, will be created. This paper proposes a wireless sensor node architecture that intends to complement most common generic models by adding suport to interface diversity. It also proposes an amendment to IEEE 802.15.4 MAC layer, by adding the capabilities needed to handle interface diversity specifics. In order to validate the previously made proposals, prototipes based on the sugested architecture were built and real-life experiments were conducted. The results indicate firstly that the great number of interfaces supported by IEEE 802.15.4 is enough to allow for the use of frequency based interface diversity technics. It is also possible to conclude that the lower layers of the protocol stack are able to provide enough information to predict link quality with reasonable accuracy. Finally we conclude that through the use link quality estimation algorithms in conjunction with interface diversity techniques it is possible to attain more robust communication links, without incurring in great power consumption overhead.

Este trabalho tem como objetivo a aplicação do conceito de data warehouse para a agregação, gerenciamento e apresentação de dados coletados por meio de Redes de Sensores Sem Fio que monitoram polinizadores. Os experimentos científicos que utilizam tais redes para monitorar habitat geram um volume de dados que precisa ser tratado e analisado, para que possa auxiliar os pesquisadores e demais interessados nas informações. Tais dados, gerenciados e correlacionados com informações de outras fontes, podem contribuir para a tomada de decisões e ainda realimentar outros experimentos. Para a avaliação da proposta, desenvolveu-se um modelo para extração, transformação e normalização dos dados coletados por redes de sensores sem fio, contemplando ainda a carga em data warehouse. Considerou- se no modelo, dados tabulados das redes de sensores sem fio, utilizados em experimentos com abelhas e ainda dados de outras fontes sobre o cultivo de abelhas, importantes para obtenção de visões do data warehouse mais apuradas. O uso de data warehouse aplicado a esse contexto mostrou-se um alternativa viável e útil, pois facilitou a obtenção de dados consolidados sobre o experimento, importante para a tomada de decisão pelos pesquisadores e ainda, diminui o tempo gasto pelos interessados em extrair essas informações, em comparação à tradicional análise em planilhas eletrônicas. / This work aims at applying the concept of data warehouse for data aggregation, management and presentation of data collected by Wireless Sensor Networks that monitor pollinators. Scientific experiments using such networks to monitor habitat generate a volume of data that must be addressed and analyzed, so that they can help researchers and others interested in the information. This data, managed and correlated with information from other sources may contribute to the making and still replenish other experiments. For the evaluation of the proposal, it was developed a model for the extraction, processing and standardization of data collected by wireless sensor networks, covering also the load on the data warehouse. It was considered in the model tabulated data networks of wireless sensors, used in experiments with bees and even data from other sources on the cultivation of bees, important to obtain views of the data warehouse more accurate. The use of data warehouse implemented in this context proved to be a viable and useful, as it facilitated the obtaining of information for decision making by researches and stakeholders and reduces time consumed by stakeholders to extract such information.

Em redes de sensores sem fio (RSSFs), o nó sorvedouro geralmente é a única entidade confiável. Uma RSSF desassistida é aquela na qual o nó sorvedouro está indisponível por um período de tempo, sendo necessário armazenar os dados coletados ao invés de transmiti-los para a entidade segura. Portanto, até o nó sorvedouro estar novamente disponível para a recepção dos dados, um adversário pode comprometer nós sensores distribuídos em uma região geográfica com o objetivo de encontrar e apagar determinadas unidades de dado. Com o objetivo de evitar este tipo de ataque, fornecendo sobrevivência de dados, estratégias geralmente utilizam confidencialidade e redundância de dados de forma que a agregação de dados por nós sensores seja inviável. Além disso, o decorrer do tempo permite que um adversário tenha maior poder de ataque através do comprometimento de diferentes conjuntos de nós sensores. Apresenta-se um protocolo de segurança para RSSFs desassistidas que, através da renovação do estado da rede, reduz a vantagem de um adversário em montar ataques a partir de dados obtidos com o decorrer do tempo. O mecanismo proposto fornece segurança para múltiplas unidades de dados e permite o uso de agregação de dados por nós sensores. Como forma de avaliação da proposta, foram realizados experimentos em nós sensores reais, além da elaboração de um modelo analítico e de simulações. Resultados indicam como usar o protocolo proposto em diferentes cenários para maximizar a sobrevivência de dados. Adicionalmente, apresenta-se a aplicabilidade do método proposto em cenários de redes heterogêneas, caso das redes de segurança pública, utilizando-se do paradigma de redes definidas por software (SDN) para implantação da rede. / In Wireless Sensor Networks, the base station is usually the only unconditionally trusted entity. If it is not connected for a period of time, the network is left unattended and sensor nodes cannot offload data in real time. Thus, until the base station becomes available, adversaries can compromise some sensor nodes and selectively destroy data. In order to prevent such attacks, providing the so-called data survival, strategies generally employ the use of cryptography in a scenario where decryption keys are exclusively in possession of the base station, which restricts the use of in-network aggregation. In addition, as time increases, mobile adversaries become stronger due to the ability of compromising different sets of nodes. We present a secure protocol that refreshes the state of the network and prevents adversaries from taking advantage of data obtained in prior rounds. The scheme provides security to multiple units of data and allows data aggregation to be performed by nodes. In order to evaluate the performance of the proposed scheme, we carried out measurements on real devices. We analyzed the security of the scheme analytically and through simulations. Results indicate increased time epochs before an adversary succeeds the attack, leading to more probability of data survival. We also apply our protocol to scenarios of heterogeneous networks, namely a public safety network scenario, which is deployed under the paradigm of software-defined networking (SDN).

Submitted by SBI Biblioteca Digital (sbi.bibliotecadigital@puc-campinas.edu.br) on 2017-01-30T12:31:14Z No. of bitstreams: 1 PEDRO RINALDO CHAVES.pdf: 3607910 bytes, checksum: e6c9f208a2f52773a6226da6c4212ab9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-30T12:31:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PEDRO RINALDO CHAVES.pdf: 3607910 bytes, checksum: e6c9f208a2f52773a6226da6c4212ab9 (MD5) Previous issue date: 2016-12-05 / The demand for wireless sensor networks (WSN) applied to industrial process monitoring and control should increase as the forth industrial revolution (Industry 4.0) gathers pace, since one if its main caracteristics is about flexible plant set-up. Flexibility and low cost make the WSN the perfect choice for the modern 21st century manufacturing plants. Small and medium enterprises (SMEs) have an important role in the development of the Latin America economies. This paper first describes the tests done in two industrial environments, analyses the results and examines the behaviour of a low cost, centralized WSN in industrial environments to ascertain the impact of the processes and environment (topology, distances, barriers, machines and people) in the radio signal and discuss the reliability and applicability of WSNs in process monitoring and control. The results obtained with the tests indicated a relationship between the received signal strength indicator (RSSI), the packet error rate (PER), the environment and the processes generating subsidies to the network management system. Subsequently, a new management strategy is presented, it includes two RSSI tracking indexes that guarantee an early warning in case the radio signal deteriorates. With the knowledge gathered, a set of best practices is presented; it covers the planning, installation and commissioning of centralized low cost WSNs for SMEs. / A demanda por redes de sensores sem fio (RSSF) aplicadas ? monitora??o e controle de processos em ambientes industriais de todos os tamanhos tende a aumentar ? medida que a quarta revolu??o industrial (Industry 4.0) avan?a, sendo que uma das suas caracter?sticas ? a flexibiliza??o da disposi??o dos equipamentos (plant set-up). A flexibilidade e baixo custo das RSSF as tornam a escolha perfeita para estas novas instala??es manufatureiras do s?culo 21. As pequenas e m?dias manufaturas (SMEs) tem um papel importante no desenvolvimento das economias da Am?rica Latina. Neste trabalho, primeiro descrevem-se os testes e analisa-se o comportamento de uma rede centralizada de sensores sem fio (RCSSF) de baixo custo, em dois ambientes industriais de m?dio porte de forma a se determinar como o ambiente (topologia, dist?ncias, barreiras, maquin?rio e pessoas) e os processos impactam o sinal de r?dio. Pondera-se tamb?m sobre a confiabilidade e aplicabilidade das RCSSF na monitora??o e controle de processos industriais que, por vezes, podem ser cr?ticos. Os resultados mostram uma rela??o entre par?metros como o indicador da intensidade do sinal recebido (RSSI), a taxa de erros do pacote (PER), o ambiente e os processos fornecendo assim subs?dios para a ger?ncia da rede. Posteriormente, apresenta-se uma nova estrat?gia de ger?ncia que consiste em dois ?ndices que rastreiam e monitoram o n?vel do RSSI garantindo um alerta precoce caso o sinal de r?dio apresente deteriora??o. Com os conhecimentos adquiridos, conclui-se o trabalho com a apresenta??o de um conjunto de melhores pr?ticas para auxiliar no planejamento, implanta??o e comissionamento de RCSSF de baixo custo voltadas ?s SMEs.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:43:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000412183-Texto+Completo-0.pdf: 1307351 bytes, checksum: 077c5da145a8164f6ccb744c7ac9fc7e (MD5) Previous issue date: 2009 / Wireless sensor and actor networks are distributed, embedded systems comprised of sensors and actor nodes communicating in an ad hoc manner through wireless links. Sensors are small, lowcost devices with limited computing and communication capabilities responsible for collecting information about the physical world. Actors are devices with longer battery life and better computing and communication capabilities that perform actions in the controlled environment. Sensors and actors collaborate to monitor and react to changes in the surrounding world within specified times. Sensors perform sensing and report sensed data to the actors, while the actors coordinate with each other to take decisions on the most appropriate way to act in the physical world in response to the events detected by sensors. Actor-actor coordination consists on the selection of the actor or set of actors that should perform the action in the environment, coordinating with each other in the best way to maximize the overall task execution performance. In accordance to this definition, actor nodes should coordinate autonomously to take decisions within timing constraints, and as a consequence, actions would be performed in the controlled system. However, few works in the literature propose mechanisms focused on such situations. Thus, the main contribution of this work resides in the identification of strategies applied to the development of actor-actor coordination mechanisms, as well as in the implementation and performance evaluation of mechanisms derived from such strategies. / Redes de sensores e atores sem fio são sistemas embarcados distribuídos, os quais são constituídos por um grupo de nós sensores e atores que se comunicam de forma espontânea por meio de enlaces sem fio. Os sensores são dispositivos de pequeno tamanho e de baixo custo que possuem limitada autonomia energética, capacidade computacional e de comunicação, os quais são responsáveis pela coleta de informações sobre o mundo físico. Os atores são dispositivos que possuem maior autonomia energética, capacidade computacional e de comunicação, os quais executam ações no ambiente controlado. Sensores e atores colaboram entre si para monitorar e para reagir a variações nas condições ambientais dentro de limites temporais especificados. Os sensores realizam o sensoriamento dos fenômenos físicos e reportam os dados sensoriados para os atores, enquanto que os atores se coordenam entre si para tomar decisões a respeito da forma mais apropriada de atuar no mundo físico em resposta aos eventos detectados pelos sensores. A coordenação ator-ator consiste na seleção do ator ou conjunto de atores que devem executar a ação no ambiente, os quais necessitam se coordenar entre si da melhor forma possível para maximizar o desempenho global na execução de tarefas. De acordo com essa definição, os nós atores devem se coordenar de forma autônoma para que decisões sejam tomadas em tempo hábil, e que como conseqüência, ações possam ser executados no ambiente controlado pelo sistema. No entanto, poucos trabalhos na literatura propõem mecanismos direcionados para tal cenário. Dessa forma, a principal contribuição desse trabalho reside na identificação de estratégias aplicáveis ao desenvolvimento de mecanismos para a coordenação ator-ator, bem como na implementação e na avaliação de desempenho de mecanismos derivados de tais estratégias.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-05-25Bitstream added on 2014-06-13T20:00:52Z : No. of bitstreams: 1 santosfilho_ta_dr_ilha.pdf: 2642177 bytes, checksum: a573f612bae5589d3dc6e27aac3c59c1 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os sistemas operacionais possuem um papel fundamental nos microcomputadores, realizando o interfaceamento entre os aplicativos e o hardware. Além dos microcomputadores, atualmente, os sistemas operacionais são empregados em ambiente a com arquitetura restrita, como os microcontroladores, denominando-os como sistemas operacionais embarcados. Algumas das aplicações para os sistemas operacionais co embarcados são voltadas para as redes de transdutores inteligentes, realizando o a gerenciamento e controle do sistema em que atua. Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento de um nó de rede denominado NCAP, utilizando o kit DE2 e o sistema o operacional embarcado μClinux para o monitoramento e controle dos TIMs com diferentes interfaces conforme a norma IEEE 1451. O NCAP desenvolvido possui como característica a conexão de diferentes TIMs com recursos de controle e monitoramento com distintas a interfaces de comunicação, com fio (RS-232) e sem fio (ZigBee). Para realização dos testes, foram desenvolvidos 4 TIMs com diferentes características, sendo: 2 STIMs (IEEE P1451.2) e 2 WTIMs (IEEE 1451.5). Os testes foram realizados utilizando uma interface de rede externa, a Ethernet, que, por meio do microcomputador, é possível acessar a página web em um servidor embarcado instalado no nó de rede NCAP. Com isso, é possível realizar o controle e o monitoramento dos transdutores conectados ao TIM independente da interface de comunicação sem fio ou com fio. Além do acesso aos transdutores, e o nó possui características que facilitam o gerenciamento, como: servidor de FTP e acesso remoto. O desenvolvimento do nó de rede embarcado, padronizado pela norma o IEEE 1451, possibilita maior flexibilidade de implantação em locais remotos e facilita a ampliação do sistema sem efetuar grandes modificações na rede. Uma característica importante... / The operating systems have a key role in microcomputers, performing interfacing between applications and the hardware. In addition to computers, currently embedded operating systems are employed in an environment with restricted architecture, such as microcontrollers, terming them as embedded operating systems. Some of the applications for embedded operating systems are geared for smart transducer networks, making the management and control system in which it operates. This work presents the development of a network node denominated NCAP using the DE2 kit and embedded operating system μClinux for monitoring and control of TIMs with different interfaces based on IEEE 1451. The NCAP has developed the characteristic connection of different TIMs with monitoring and control capabilities with different communication interfaces, wired (RS-232) and wireless (ZigBee). The testing, four TIMs were developed with different characteristics, as follows: 2 STIMs (IEEE P1451.2) and two WTIMs (IEEE 1451.5). The tests were performed using an external network interface, Ethernet, that through the PC, you can access the web page in an embedded server installed on the network node NCAP. This makes it possible to perform control and monitoring of transducers connected to the TIM interface regardless of wireless or wired. In addition to access to the transducers, the node has features that facilitate the management, such as FTP server and remote access. The development of embedded network node, standardized by IEEE 1451, allows for greater flexibility of deployment in remote locations and facilitates the expansion of the system without making major changes in the network. An important feature is the dynamic development in relation to the hardware implemented in FPGA with Nios II processor, it is... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Eduardo Paciência Godoy / Banca: Diego Colon / Banca: Mariza Antunes de Lemos / Resumo: A tecnologia de comunicação wireless vem se tornando parte fundamental do cotidiano das indústrias de processos, onde o uso de transmissores wireless aplicados à monitoração e controle já é uma realidade. A arquitetura de Sistema de Controle via Rede Sem Fio (WNCS) possui vantagens em relação às arquiteturas tradicionais ponto-a-ponto e às arquiteturas de redes cabeadas devido à facilidade de instalação, configuração e manutenção. No entanto, a evolução desta tecnologia introduziu novos desafios para a implementação da malha de controle fechada por um instrumento wireless como as não linearidades, perda de pacote de dados e restrições da comunicação de dados nas redes sem fio. Outro fator crítico relacionado à implementação de WNCSs é a fonte de energia limitada destes transmissores, que possuem vida útil dependente da quantidade de acessos e dados transmitidos. Este trabalho apresenta o estudo e o desenvolvimento de um controlador preditivo multi-rate como alternativa para melhorar a eficiência energética em aplicações industriais de WNCSs. A estratégia proposta não necessita receber constantemente os valores reais das variáveis do processo transmitidos pelos transmissores wireless, pois o controlador preditivo baseado em modelo (MPC) se utiliza do submodelo interno das variáveis de processo para estimar os valores das variáveis quando estas não são transmitidas. Dessa forma, uma diminuição da frequência de transmissão de dados na rede sem fio pode ser obtida e, consequentem... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Wirelles communication technology has become a fundamental part of the every day life of process industries, where the use of wereless transmitters for monitoring and control is already a reality. The archiecture of Wireless Networked Control Systems (WNCSs) has advantages over point-to-point and wiered networks architectures due to the ease of installation, configuration and maintenance. However, the evolution of this technology has introduced new challenges to the implementation of the closed loop control with a wiereless instrument as nonlinearities, packet losses and data communication constraints in the wiereless networks. Another critical factor related to implementation of WNCSs is the energy source of these transmitters, which have limited lifetime dependent on the amount of access and data transmitted. This work presents the study and the development of a multi-rate predictive controller as an alternative to improve energy efficiency in industrial applications of WNCSs. The proposed strategy does not need to frequently receive process variables transmitted by wireless transmitters, because the model predictive controller (MPC) uses the internal submodel of the process variables to estimate the variables values when they are not transmitted. Thus, a decrease in the frequency of data transmission on the wireless network can be obtained and consequently a reduction of energy consumption of wereless devices. Simulation results for different operating conditions of a multivariable WNCS of coupled tanks shows that the multi-rate MPC provides robusstness and it is effective for WNCS applications, ensuring control and stability requirements even with the reduction of the transmission frequency of the feddback data in the wiereless network. In addition, energy consumption results from the WNCS devices showed that MPC multi-rate provides 20% of energy... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T01:50:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 284465.pdf: 2209488 bytes, checksum: 3bced3c77a103cb3e1ad65dd3ce9d5dc (MD5) / Em Redes de Sensores Sem Fio (RSSF), a fusão de dados com restrições temporais pode ser utilizada para gerar visões globais da rede e ainda compensar a baixa confiabilidade individual dos nodos. Entretanto, os nodos de uma rede com grande quantidade de nodos devem ser capazes de se auto-otimizar e auto-organizar sem a interferência de operadores humanos. Nesta tese, apresentamos diversas abordagens autonômicas para garantia de QoS em RSSF com aplicações de fusão de dados com restrições temporais. As abordagens foram validadas através de simulações utilizando TrueTime e testes em protótipos de RSSF. Uma das abordagens autonômicas utiliza algoritmo de aprendizado de máquina baseado em algoritmos genéticos. Esses algoritmos são inspirados na teoria da seleção natural e conseguem otimizar parâmetros como a eficiência da comunicação mesmo em problemas de otimização multi-objetivo. Abordagens autonômicas cientes de energia, assim como abordagens autonômicas mais simples, são também apresentadas. Uma vez que nossas abordagens foram modeladas para atuar na camada de aplicação de dispositivos compatíveis com o padrão IEEE 802.15.4, tornam-se de fácil implementação em dispositivos disponíveis comercialmente. As abordagens apresentadas mostraram um desempenho bem superior ao desempenho do protocolo IEEE 802.15.4.