Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-06T16:51:35Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Mestrado - Bruno Rios Patriarca Nunes.pdf: 1161824 bytes, checksum: ad90a85de8a47398b1ead19074bc473d (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-07T11:42:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Mestrado - Bruno Rios Patriarca Nunes.pdf: 1161824 bytes, checksum: ad90a85de8a47398b1ead19074bc473d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-07T11:42:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Mestrado - Bruno Rios Patriarca Nunes.pdf: 1161824 bytes, checksum: ad90a85de8a47398b1ead19074bc473d (MD5) / Redes de sensores sem o (RSSF) são compostas por um conjunto de dispositivos, geralmente de baixa capacidade de processamento e autonomia de energia limitada, com o objeto de coletar dados sobre a area onde foi instalada e envia-los ate as unidades de processamento chamadas de estações base. Dentre os recursos de um no sensor, pode-se considerar como um dos mais críticos a carga de bateria, ja que ela de ne em ultimo caso o tempo de vida util do no. Por conta disso, e necessario que os protocolos e aplicações otimizem o uso de energia a m de prolongar o tempo de vida do no sensor e, consequentemente, de toda a RSSF.Este trabalho dedica-se a estudar o problema da maximiza¸c˜ao do tempo de vida da rede durante uma s´erie de opera¸c˜oes de broadcast. Para o escopo desta pesquisa, o tempo de vida da rede de sensor ´e definido como o tempo at´e a falha do primeiro n´o por falta de energia. H´a diversos protocolos na literatura que buscam minimizar o consumo de energia durante a dissemina¸c˜ao de mensagens na rede, por´em neles n˜ao s˜ao considerados aspectos como o custo de recep¸c˜ao ou a presen¸ca de links assim´etricos entre os n´os. Neste trabalho, propomos o algoritmo DLMCA para o problema de maximiza¸c˜ao do tempo de vida da rede. O algoritmo DLMCA baseia-se na constru¸c˜ao de arborescˆencias de custo m´ınimo, ´e localizado e considera redes com custos de comunica¸c˜ao assim´etricos, o que ´e especialmente importante em casos em que a RSSF ´e composta por dispositivos diferentes. Os experimentos realizados mostraram que o DLMCA ´e mais eficiente que solu¸c˜oes alternativas propostas na literatura. A heur´ısitca oferecida pelo DLMCA para redes est´aticas foi levemente adaptada e o problema tamb´em foi analisado para redes m´oveis. Para estas redes, os experimentos demonstraram que a solu¸c˜ao baseada no DLMCA tamb´em foi superior em rela¸c˜ao a outras propostas tanto em rela¸c˜ao `a energia total gasta em cada operação de broadcast quanto em relação ao tempo de vida da rede.

Submitted by Marcio Filho (marcio.kleber@ufba.br) on 2017-06-06T12:22:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Janderson quase final ver 10-1.pdf: 2924479 bytes, checksum: 036dd9bf4833fe16e7e3305f2a007b9f (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-06-08T15:21:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação Janderson quase final ver 10-1.pdf: 2924479 bytes, checksum: 036dd9bf4833fe16e7e3305f2a007b9f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-08T15:21:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Janderson quase final ver 10-1.pdf: 2924479 bytes, checksum: 036dd9bf4833fe16e7e3305f2a007b9f (MD5) / Neste trabalho foi desenvolvido um protocolo de camada física, denominado URP, para transmissão de dados através de um canal sem fio para um módulo de comunicação baseado em receptor regenerativo, altamente eficiente em termos de consumo energético. Adicionalmente, foi desenvolvido um dispositivo de hardware, composto por um microcontrolador, módulos de transmissão e recepção e uma interface de interação humano-computador, em que o protocolo de comunicação foi implementado. O protocolo URP, em particular, incorpora soluções para problemas específicos que surgem pelo princípio de funcionamento dos receptores regenerativos, como alta sensibilidade a ruídos de rádio frequência e geração de dados aleatórios na saída do receptor, e uma solução para o problema do efeito captura, típico em sistemas de transmissão sem fio. Em função da alta eficiência energética dos receptores regenerativos, o sistema desenvolvido pode ser utilizado na construção de dispositivos para redes de sensores sem fio. O consumo de energia destes receptores é bastante inferior ao dos transceptores tipicamente usados nestas redes.

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

OLIVEIRA, Camila Helena Souza. Gerenciamento autonômico de energia em redes de sensores sem fio através do escalonamento de atividade dos nós. 2011. 103 f. Dissertação (Mestrado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2011. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-11T11:39:06Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_chsoliveira.pdf: 2444671 bytes, checksum: 8a354178b5392d2f4047ee4f1fc8b750 (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-14T15:27:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_chsoliveira.pdf: 2444671 bytes, checksum: 8a354178b5392d2f4047ee4f1fc8b750 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-14T15:27:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_chsoliveira.pdf: 2444671 bytes, checksum: 8a354178b5392d2f4047ee4f1fc8b750 (MD5) Previous issue date: 2011 / he evolution and development of new devices, increasingly cheaper and more efficient, expanded the use of Wireless Sensor Networks (WSN) and encouraged the creation of new applications in the contemporary scenery of Ubiquitous and Pervasive Computing. However, energy limitation remains a challenge in the field of WSN. This situation is aggravated even more by the infeasibility of energy recharge since, in many cases, WSN are used in inaccessible enviroments. With cheapness devices used in WSN, became easier to employ dense and large-scale networks in environments that will be monitored. The use of dense networks, which have a high degree redundancy of nodes, allows the network remains functional even with the exhaustion of some nodes. In addition to provide fault tolerance, the use of very dense networks offer the opportunity of implementing scheduling mechanisms for redundant nodes, in a way that the network lifetime is even better optimized. Assuming a scenery with very dense networks, this dissertation describes the implementation of an autonomic scheduling mechanism, simple, robust and scalable, in order to further improve the results already presented by BiO4SeL, which is a routing protocol based on Ant Colony and designed to maximize the network lifetime. The results show that the new scheduling scheme effectively improves the WSN lifetime based on BiO4SeL in dense scenarios. / A evolução no desenvolvimento de novos dispositivos, cada vez mais baratos e eficientes, expandiu o uso das Redes Sensores Sem Fio (RSSF) e incentivou a criação de novas aplicações, no cenário contemporâneo da Computação Ubíqua e Pervasiva. No entanto, a limitação de energia continua sendo um desafio na área de RSSF. Essa situação é agravada ainda mais pela a inviabilidade de recarga de energia já que, em muitos casos, as RSSF são utilizadas em ambientes inacessíveis. Com o barateamento dos dispositivos utilizados nas RSSFs, ficou mais fácil empregar redes muito densas e de larga escala nos ambientes a serem monitorados. O emprego de redes densas, que apresentam alto grau de redundância dos nós, permite que a rede continue funcional mesmo com a exaustão de alguns nós. Além de oferecer tolerância a falhas, o uso de redes muito densas oferece a oportunidade da implementação de mecanismos de escalonamento dos nós redundantes, de forma que o tempo de vida da rede seja ainda melhor otimizado. Assumindo um cenário com rede muito densas, este trabalho descreve a implementação de um mecanismo de escalonamento autonômico, simples, robusto e escalável, com o objetivo de melhorar ainda mais os resultados já apresentados pelo BiO4SeL, um protocolo de roteamento baseado em Colônia de Formigas e desenvolvido para maximizar o tempo de vida da rede. Os resultados mostram que o novo esquema de escalonamento efetivamente melhora o tempo de vida de uma RSSF baseada no BiO4SeL em cenários densos.

GARCIA, Fernando Parente. EPMOSt: um sistema de monitoramento passivo energeticamente eficiente para redes de sensores sem fio. 2014. 115 f. Tese (Doutorado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2014. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-19T19:35:08Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_fpgarcia.pdf: 3632932 bytes, checksum: c2ab75ac7a41921760c110a2d98e4c5b (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-25T11:41:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_fpgarcia.pdf: 3632932 bytes, checksum: c2ab75ac7a41921760c110a2d98e4c5b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-25T11:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_fpgarcia.pdf: 3632932 bytes, checksum: c2ab75ac7a41921760c110a2d98e4c5b (MD5) Previous issue date: 2014 / Monitoring systems are important for debugging and analyzing Wireless Sensor Networks (WSN). In passive monitoring, a monitoring network needs to be deployed in addition to the network to be monitored, called target network. The monitoring network captures and analyzes packets sent by the target network. An energy-efficient passive monitoring system is necessary when there is a need to monitor a WSN in a real scenario because the lifetime of the monitoring network is extended and, consequently, the target network benefits from the monitoring for a longer time. In this thesis, initially, the main passive monitoring systems proposed for WSN have been identified, analyzed and compared. During the literature review, no passive monitoring system for WSN that aims to reduce the energy consumption of the monitoring network has been identified. Therefore, this thesis proposes an Energy-efficient Passive MOnitoring System for WSN (EPMOSt) that extends the lifetime of the monitoring network. EPMOSt uses two mechanisms to reduce the energy consumption of the monitoring network: sniffer election and aggregation of headers. By using the sniffer election, in general only one sniffer (a node of the monitoring network) captures packets sent by a given node of the target network, thereby reducing the transmission of packets captured by the monitoring network and, thus, considerably reducing the energy consumption of this network. By using aggregation of headers, only the information present in the headers of captured packets is sent through the monitoring network. Thus, the headers of several packets may be sent in the same monitoring message, hence reducing the overhead of transmission and consequently reducing the energy consumption of the monitoring network. Experiments performed with real sensors and with a WSN simulator in various scenarios are conducted to evaluate the proposed monitoring system. The obtained results show the energy efficiency of the EPMOSt and the viability of using it to monitor WSN in real scenarios. / Sistemas de monitoramento permitem depurar e analisar o funcionamento de uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF). No monitoramento passivo, uma rede de monitoramento adicional é implantada com o intuito de capturar e analisar os pacotes transmitidos pela rede a ser monitorada, denominada rede alvo. Quando se deseja monitorar uma RSSF em um ambiente real, um sistema de monitoramento passivo energeticamente eficiente é necessário, pois, caso contrário, a rede de monitoramento pode ter um tempo de vida bem menor do que a rede alvo. Nesta tese, inicialmente, os principais sistemas de monitoramento passivo propostos para RSSF foram identificados, analisados e comparados. Durante as pesquisas realizadas na literatura, não foi identificado nenhum sistema de monitoramento passivo que se preocupasse em reduzir o consumo de energia da rede de monitoramento. Sendo assim, esta tese propõe um sistema de monitoramento passivo energeticamente eficiente para RSSF, denominado EPMOSt (Energy-efficient Passive MOnitoring System), que prolonga o tempo de vida da rede de monitoramento. O EPMOSt utiliza dois mecanismos para reduzir o consumo de energia da rede de monitoramento: eleição de sniffers (nós da rede de monitoramento) e agregação de cabeçalhos. A eleição de sniffers garante que durante a maior parte do tempo apenas um sniffer captura os pacotes transmitidos por um determinado nó da rede alvo, reduzindo assim a transmissão de pacotes capturados redundantes através da rede de monitoramento e, consequentemente, reduzindo consideravelmente o consumo de energia desta rede. Com a agregação de cabeçalhos, apenas as informações presentes nos cabeçalhos dos pacotes capturados são enviadas através da rede de monitoramento. Assim, os cabeçalhos de vários pacotes podem ser enviados na mesma mensagem de monitoramento, reduzindo assim o overhead de transmissão e, consequentemente, reduzindo também o consumo de energia da rede de monitoramento. Experimentos com sensores reais e com um simulador de RSSF são realizados em vários cenários para avaliar o sistema de monitoramento proposto. Os resultados obtidos mostram a eficiência energética do EPMOSt e a viabilidade de utilizá-lo para monitorar RSSF em ambientes reais.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:58:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317838.pdf: 2995458 bytes, checksum: 54640b66ce78f6cf461f8357ca851956 (MD5) Previous issue date: 2013 / As redes de sensores sem fio (RSSF) proporcionam uma ampla gama de aplicações em diversos setores da sociedade. A comunicação entre os nodos sensores é o elemento básico do funcionamento das redes de sensores. Por isso, o trabalho desta tese se concentra em duas questões essenciais para aperfeiçoamento de protocolos de rede. Primeiramente, uma arquitetura para protocolos de roteamento com garantia de qualidade de serviço foi proposta no escopo de cenárioscom mobilidade. O protocolo proposto utiliza métricas para tomada de decisão para realizar retransmissão de mensagens que refletem as condições da rede, sejam redes densas ou esparsas, com grande ou pouca carga de mensagem. A proposta do protocolo de comunicação foi avaliada sob a ótica de um cenário de aplicação envolvendo mobilidade e diferentes cargas de mensagens. Além disso, as métricas foram desagregadas e analisadas para verificar a sua influência para diferentes condições de rede. Em conjunto à análise das métricas, diversos trabalhos da literatura foram analisados sob os mesmos aspectos e condições de rede para melhor avaliar o ganho do protocolo proposto, o qual se mostrou hábil para o atendimento de requisitos de qualidade de serviço demandado pela aplicação. O segundo aspecto igualmente importante para o desempenho das redes de sensores trata-se do aspecto fundamental para realização da comunicação em ambientes com mobilidade, que é a conectividade. A conectividade foi estudada na sua característica essencial que se refere ao enlace entre dois nodos móveis. Dois modelos foram projetados para proporcionar a estimativa de conectividade por meio da qualidade de enlace para protocolos e aplicações. O primeiro modelo proposto se baseia no comportamento estatístico dos padrões de mobilidade para realizar a estimativa da qualidade de enlace. O segundo modelo proposto se baseia no método de aprendizado sistema classificador para aprender o comportamento do padrão de mobilidade. Ambos os modelos foram implementados e testados com diferentes padrões de mobilidade. Ademais, alguns trabalhos da literatura também foram implementados, avaliados e comparados com os modelos propostos. O método de aprendizado com sistema classificador se mostrou eficiente na estimação de conectividade, bem como capaz de se adaptar a mudanças no padrão de mobilidade.<br> / Abstract : Wireless sensor networks (WSN) provide a wide range of applications in various sectors of society. The communication among the sensor nodes is the basic element of sensor networks function. Given this premisse, this thesis focuses on two key issues for the improvement of network protocols. Firstly, an protocol for routing protocols with guaranteed quality of service was proposed to deal with mobility scenarios. The proposed protocol uses several metrics that reflect the network conditions in dense or sparse networks with small or large load of messages for routing decisions. The proposed communication protocol was evaluated from the perspective of an application scenario involving mobility and different loads of messages. Furthermore, the metrics were disaggregated and analyzed to check their influence with different network conditions. Moreover, several algorithms from the iii literature were analyzed under the same aspects and network conditions to better assess the gain of the proposed protocol. The proposed protocol proved to be able to fulfill the quality of service requirements demanded by the application. The second equally important aspect for the performance of WSN it is the fundamental aspect for achieving communication in environments with mobility: the connectivity. Two models were designed to provide connectivity estimation by means of link quality to improve protocols and applications. The first proposed model is based on statistical behavior mobility patterns to perform the estimation of link quality. The second proposed model is based on a learning method classifier system to learn the behavior of the mobility pattern. Both models were implemented and tested with different mobility patterns. Furthermore, other existing approaches have also been implemented, evaluated, and contrasted against the proposed models. The learning method with classifier system is efficient for estimation of connectivity, as well as able to adapt to changes in mobility pattern.

Made available in DSpace on 2015-12-10T14:24:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-08-19. Added 1 bitstream(s) on 2015-12-10T14:30:30Z : No. of bitstreams: 1 000854167.pdf: 3511383 bytes, checksum: eedaff6a28052bba3f62a4adef1b1c03 (MD5) / O monitoramento de integridade estrutural tem atraído o interesse de muitos pesquisadores ao longo das últimas décadas. Com os recentes avanços na tecnologia de comunicação sem fio, as redes sem fio podem, potencialmente, oferecer uma alternativa de baixo custo para seus homólogos tradicionais baseados em cabo. Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento e implementação de um novo sistema de monitoramento de integridade estrutural sem fio baseado em um promissor e simples método para detectar dano em estruturas usando o princípio da impedância eletromecânica. O sistema proposto consiste de uma rede de sensores sem fio, escalável e de baixa potência; composta por nós sensores inteligentes, um nó de enlace e um centro de monitoramento remoto. O nó de enlace é usado como coordenador de uma rede ZigBee composta por múltiplos nós sensores inteligentes; e como um gateway para integrar a rede ZigBee com o centro de monitoramento remoto via uma rede GSM/GPRS e/ou um servidor HTTP. O nó sensor inteligente, baseado em microcontrolador, é um núcleo portátil, autônomo, realiza automaticamente a compensação das medições com variações da temperatura ambiente, pode controlar vários sensores e opera em modo local ou remoto. A identificação de dano é realizada mediante simples análise nas variações da tensão eficaz do sinal de resposta de transdutores piezelétricos, tais como cerâmicas de titanato zirconato de chumbo (PZT) colados à estrutura, obtidos no domínio do tempo para diferentes frequências do sinal de excitação, sendo que não é necessário calcular a impedância eletromecânica. A compensação dos efeitos da temperatura é realizada utilizando os coeficientes de correlação para calcular o valor efetivo do deslocamento de frequência a partir das assinaturas coletadas. Experimentos foram realizados com sucesso em uma estrutura de alumínio, variando a temperatura na faixa de 0oC-60oC; os resultados... / Structural health monitoring have attracted much research interest over the last few decades. With recent advances in wireless communication technology, wireless networks can potentially offer a low-cost alternative to traditional cable-based sensing systems. This work presents the design and implementation of a novel wireless structural health monitoring system based on a promising and simple method to detect damage in structures using the electromechanical impedance principle. The proposed system is a wireless low-power scalable sensor network composed of smart sensor nodes, a link node and a remote monitoring center (host node and server). The link node is used as the coordinator of a ZigBee network of multiple smart sensor nodes; and as a gateway to integrate ZigBee network with the remote monitoring center via a GSM/GPRS network and/or an HTTP server. The smart sensor node, based on microcontroller, is a portable core, standalone, which automatically compensates measurements with environment temperature variation, may control various sensors and operates in either local or remote mode. The identification of damage is performed by simply analyzing the variations of root mean square voltage of the response signals from piezoelectric transducers, such as PZT (Lead Zirconate Titanate) patches bonded to the structure, obtained for different frequencies of excitation signals in time domain, and it is not necessary to compute the electromechanical impedance. The temperature compensation is performed using the correlation coefficients to compute the effective frequency displacement value from the data signatures. Experiments were successfully performed on an aluminum structure and temperature varying from 0oC to 60oC; the results indicate that the proposed smart sensor node, which can be monitored from anywhere in the world and is able to detect damage in the initial stage, even in the presence of ...

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:05:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLBDP.pdf: 2157293 bytes, checksum: c380d1dfb009da2ffd77c42676caac69 (MD5) Previous issue date: 2006-05-18 / The development of applications for Wireless Sensor Networks (WSNs) grows quickly and they are being applied to solve problems considered impossible before. The great challenge for the developers of solutions that use WSNs is how to deal with the resources limitation like the low battery capacity, low processing power and small amount of memory that the sensor nodes have. The increasing in the utilization of this kind of network, including military and civil applications, makes the security menaces to them increase as well. On the other hand, every security strategy already developed to conventional computers network cannot be applied to the WSNs, because of their limitations. The great part of the known attacks against WSNs is initiated by the invasion of the network by malicious sensor nodes, launched by the attacker inside the area of the network. Some approaches proposed in the literature seek to identify the attacks and not the invasion by the intruder nodes. This work has as goal to define attributes that can be inserted in the network layer protocols for WSNs giving to the network the ability of detect invasions by external nodes, independently of the attack that they would perform. / As aplicações para Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) crescem de maneira acelerada e, cada vez mais, estas são aplicadas para solucionar problemas antes considerados intratáveis. O maior desafio para os desenvolvedores de soluções que utilizem redes de sensores sem fio é como ultrapassar a barreira da limitação de recursos como energia, processamento e memória que essas possuem. Com o aumento da utilização dessas redes, incluindo em áreas militares e de segurança civil, aumentam também as ameaças de segurança que as visam. Em contrapartida, toda a segurança já desenvolvida para as redes de computadores convencionais não pode ser aplicada para as RSSFs devido à limitação destas. A maioria dos ataques conhecidos contra redes de sensores sem fio é iniciada através da invasão da rede por sensores malignos, lançados pelo atacante na área de atuação destas. Algumas abordagens propostas na literatura visam identificar os ataques, e não a invasão pelos sensores malignos. Essa dissertação de mestrado tem como objetivo especificar atributos que possam ser incorporados aos protocolos de camada de rede das RSSFs que tenham como característica de segurança a descoberta e identificação de invasões por sensores externos, não dependendo do tipo de ataque que estes aplicarão.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:05:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissFHSS.pdf: 1827553 bytes, checksum: 08af55d9670bb87e082432a33f815f3b (MD5) Previous issue date: 2006-06-09 / Financiadora de Estudos e Projetos / Wireless Sensor and Actor Networks (WSANs) are increasingly being deployed for fine-grain monitoring of physical environments subjected to emergency situations such as fire, leaking of toxic gases and explosions. In these environments a reliable interpretation of the collected events is very important. However, the order in which events are received can interfere directly with the correct interpretation of what is going on in the physical environment being monitored. Therefore, the ordering of events in WSAN can be a major requirement for critical security monitoring applications because by handling event ordering, ambiguities can be dealt with, increasing the accuracy of what is being monitored. This work describes a novel algorithm for event ordering in WSAN called OBC (Ordering by Confirmation). This low latency and energy aware protocol was discussed and evaluated against existing solutions, showing that it can save more energy and achieve lower latencies in situations where the network density, event rate and network dimension increase. This work also presents a context interpretation solution that can interpret from simple to complex contexts. In this solution, actors are used to aggregate sensor events, eliminate ambiguities and redundancy and realize context interpretations. Each actor of the WSAN is configured with rules that are determined by the application in the network configuration phase. After ordered, correlated events are interpreted resulting in contexts that go from simple questions, such as What is the temperature of sector A? to more complex ones Why did the aircraft wing crack? . Context information is exchanged among actors and sink(s) of the WSAN through the publish/subscribe technique based on topics. Our solution was compared to a centralized solution, in which events are collected by the sink. Results from simulations have shown that by having actors for decentralized context interpretation and a fast energy-aware event ordering algorithm, our solution can be a good alternative for emergency preparedness applications where lives and patrimony are at risk. / Redes de Atuadores e Sensores sem fios (RASSFs) estão cada vez mais sendo utilizadas para o monitoramento mais preciso de ambientes sujeito a situações de emergência, como fogo, vazamento de gases tóxicos e explosões. Nestes ambientes, é muito importante uma interpretação confiável dos eventos capturados. No entanto, a ordem em que os eventos são recebidos pode interferir diretamente na correta interpretação do que está acontecendo no ambiente físico monitorado. Portanto, a ordenação de eventos em RASSF pode ser um requisito importante para aplicações de monitoramento de ambientes sujeitos a situações de emergência porque, através da ordenação de eventos, ambigüidades podem ser tratadas, aumentando a precisão do que esta sendo monitorado. Este trabalho descreve um novo algoritmo para ordenação de eventos chamado OBC (Ordering by Confirmation). Este algoritmo ciente de energia e de baixa latência foi discutido e avaliado em relação a soluções existentes, mostrando que pode economizar mais energia e atingir latências mais baixas em situações onde a densidade da rede, a taxa de eventos e a dimensão da rede aumentam. Este trabalho também apresenta uma solução de interpretação de contextos para redes de atuadores e sensores sem fios que pode interpretar desde contextos simples até complexos. Nessa solução, atuadores são usados para agregar eventos dos sensores, eliminar ambigüidade e redundância e realizar a interpretação de contexto. Cada atuador da RASSF é configurado com regras determinadas pela aplicação na fase de configuração da rede. Após serem ordenados, os eventos correlacionados são interpretados resultando em contextos que vão desde simples consultas, como: Qual é a temperatura no setor A ? , até mais complexas como : Por que a asa da aeronave rachou ? . Resultados de simulações mostraram que o uso dos atuadores para a interpretação de contexto descentralizada, e também para a ordenação de eventos de forma rápida, ciente de energia podem ser uma boa alternativa para aplicações de preparação para emergências onde vidas e patrimônios estão em risco.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:05:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1656.pdf: 2804908 bytes, checksum: c4d85936e5766095625c6510da07116b (MD5) Previous issue date: 2007-06-21 / Universidade Federal de Sao Carlos / Wireless sensor networks are increasingly being deployed for fine-grain monitoring of physical environments subjected to critical conditions such as fire, leaking of toxic gases and explosions. A great challenge to these networks is to provide channels that satisfy the necessities of the applications for events propagation, even in the presence of emergency conditions that can lead to node failures and path disruption to the sink that receives those events. Quality of Service (QoS) mechanisms can be applied that meet application requirements such as: low latency and packet delivery reliability, fast path repair in the presence of faults and network longevity with uniform energy dissipation. This work presents QoS-based routing solutions, which aims to meet, simultaneously, the main requirements mentioned above. The proposed solutions were implemented and simulated in the NS-2 simulator. Important metrics, such as end-to-end delay, packet loss rate, control messages overhead and energy consumption, were evaluated. The results show that the proposed solutions can be a potential alternative to the supervision and control of physical environments subject to emergency situations / As redes de sensores sem fio estão cada vez mais sendo utilizadas para o monitoramento preciso de ambientes físicos sujeitos a situações de emergência, tais como: incêndio, vazamento de gases tóxicos e explosões. Um grande desafio dessas redes é garantir a entrega de dados coletados, mesmo na presença de situações de emergência que possam vir a causar falhas nos nós sensores e interrupções de caminhos de entrega de dados. Mecanismos de Qualidade de Serviço (QoS) visam atender requisitos de aplicações, tais como: baixa latência e confiabilidade na entrega de pacotes, reparo rápido de caminhos na presença de falhas, e longevidade da rede com dissipação uniforme de energia. Este trabalho apresenta soluções de roteamento baseadas em QoS que visam atender, simultaneamente, os principais requisitos mencionados acima. As soluções propostas como parte deste trabalho foram implementadas e simuladas no simulador de redes ns-2 e comparadas a outras soluções existentes. Métricas importantes, tais como: atraso fim-a-fim, taxa de perda de pacotes, custo de mensagens de controle, bem como gasto de energia na disseminação de dados, foram avaliadas. Os resultados mostram que a solução proposta pode ser uma alternativa em potencial para a supervisão e controle de ambientes físicos sujeitos a situações de emergência