Orientadores: Gilmar Barreto, Fabiano Fruett / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T03:17:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_AlisonZille_D.pdf: 13013253 bytes, checksum: f91b8fca62e46bb344377ee363c93ee4 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Em um âmbito global, a conquista de maior produtividade na agricultura e pecuária é extremamente importante para combater a pobreza e a fome, uma vez que cerca de 78 % da população pobre do mundo vive na zona rural e depende destas atividades para sobreviver. Neste cenário, na busca por soluções a problemas práticos relacionados à agricultura e pecuária, o acesso à tecnologia é fator determinante, levando países em desenvolvimento a explorarem os benefícios do paradigma open source (livre acesso, modificação e distribuição). No Brasil, a cadeia produtiva de aves é um dos principais setores do agronegócio, que se baseia em um modelo de integração composto principalmente por pequenos produtores, extremamente dependentes das integradoras, financeira e tecnologicamente, e com baixo nível de automação em seus aviários. Entretanto, a automação das instalações avícolas é a principal oportunidade para a melhoria do desempenho produtivo e bem estar das aves, além de permitir o uso racional da propriedade e demais recursos naturais, impactando positivamente na qualidade de vida dos produtores. Assim, este trabalho descreve o projeto e desenvolvimento de um sistema de automação destinado ao monitoramento e controle em instalações destinadas a criação de frangos de corte. Apresentando-se como uma proposta de automação open source software e hardware, este sistema foi concebido com o intuito de atrair contribuições das mais variadas fontes, principalmente do meio acadêmico e de usuários, incitando a discussão e o desenvolvimento de meios técnicos e estruturais necessários a sua implantação e aceitação entre pequenos e médios produtores de frangos de corte. O processo de desenvolvimento deste sistema, conduzido inteiramente através do uso de ferramentas gratuitas ou open source, também se beneficiou pelo emprego da tecnologia de transmissão sem fio Zigbee® e de uma distribuição Linux Embarcado. O padrão Zigbee® favoreceu a abordagem open source ao permitir a elaboração de uma proposta modular de automação; diferentes dispositivos de hardware (módulos) que operam colaborativamente, monitorando o ambiente térmico, controlando os sistemas de climatização e iluminação e registrando informações relacionadas aos planteis. A adoção do Linux embarcado reduziu a preocupação com detalhes do hardware, o que direcionou o foco para o software e sua usabilidade, produzindo um sistema mais atraente a usuários e a desenvolvedores (pesquisadores, estudantes ou entusiastas) interessados em colaborar com o projeto. Durante avaliações conduzidas no protótipo do sistema, este se mostrou estável na execução do monitoramento e controle, além de apresentar custo relativamente baixo frente suas características. Este sistema é o primeiro passo na direção de uma solução de automação sustentável, que ao beneficiar a sociedade, através de um sistema configurável e de fácil utilização, esta contribui pra sua manutenção e evolução. A sustentabilidade desta proposta está vinculada à sua associação a projetos de ensino, pesquisa e, principalmente, extensão universitária, aproximando produtor rural e meio acadêmico, gerando melhoria da produção e qualidade das instalações avícolas ao passo que proporciona aprendizado técnico e científico em uma área de grande importância para a nossa economia / Abstract: In a global context, achieving greater productivity in agriculture is extremely important to combat poverty and hunger, since about 78% of the world¿s poor people live in rural areas and depend on agriculture to survive. In this way, looking for practical solutions to agriculture problems, aiming at improving the quality of life of rural community, the access to technology is a key factor, which has led developing countries to explore the benefits of open source paradigm (free access, modification and distribution). In Brazil, the broiler production chain is one of the main sectors of its agribusiness, based on an integrated production model composed mainly by small producers heavily dependent on the integrated industry, financial and technologically, and with low level of automation in their broiler houses. However, the broiler houses¿ automation is the main opportunity to improve birds¿ productive performance and welfare, and it facilitates the rational use of the property and other natural resources, impacting positively on the broiler farmers¿ quality of life. This work describes the design and development of an automation system for monitoring and control in facilities for raising broiler chickens. Presenting itself as an open source software and hardware automation proposal, this system is designed in order to attract contributions from various sources, mainly from academia and users, by encouraging discussion and the development of technical and structural means to its implementation and acceptance among small and medium producers of broiler chickens. The system¿s development process, conducted entirely through the use of free or open source tools, was also benefited by the adoption of the ZigBee® wireless transmission technology and an embedded Linux distribution. The ZigBee® standard favored the open source approach by enabling the preparation of a modular automation proposal; different hardware devices (modules) that operate collaboratively, monitoring the thermal environment, controlling the climatization and illumination systems and recording information related to breeding stocks. The adoption of embedded Linux reduced the concern with hardware details, which directed the focus to software and its usability, producing a system more attractive to users and developers (researchers, students and enthusiasts) interested to collaborate with the project. During evaluations conducted in the system prototype, it presented a stable behavior in the implementation of monitoring and control activities, as well a relatively low cost before its features. This system is the first step toward a sustainable automation solution, while it benefits society, through a configurable and easy-to-use system, this contributes to its maintenance and evolution. The sustainability of this proposal is linked to its association with educational, research and, mainly, university extension projects, bringing farmers and academia together, improving the production and the quality of broiler facilities while providing technical and scientific learning in an area of great importance to our economy / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Os veículos que compõem o tráfego urbano são considerados como o principal agente causador de poluição afetando diretamente a qualidade do ar nas cidades, sendo um desafio ter mecanismos de monitoramento que possibilitem uma visão geral das condições ambientais. Para proporcionar uma visão abrangente seria necessário um grande número de estações fixas de monitoramento da qualidade do ar, além de um incremento constante para acompanhar o crescimento da cidade. Neste cenário, surge a oportunidade de instrumentação de ônibus coletivo com sensores que medem a qualidade do ar durante seu trajeto, assim aproveitando as características de mobilidade do transporte público, o qual transita em áreas povoadas, com postura dinâmica de crescimento, adaptando-se de forma coerente à mutabilidade populacional e geográfica da cidade. A presente tese apresenta novas formas de realizar análises espaçotemporais da qualidade do ar de regiões urbanas. Os modelos cartográficos criados permitem analisar regiões mapeadas usando perspectivas espaciais e temporais com informações obtidas de kits sensores móveis, para análises a cada 100 metros, promovendo uma resolução maior que os modelos tradicionais de monitoramento (escala quilométrica), os quais ainda não oferecem esta possibilidade. Esta maior resolução permite uma nova perspectiva de análises de microrregiões e, desta forma, permite que os especialista ou gestores urbanos possam entender melhor as situações, ao utilizarem as ferramentas e recursos apresentados pela presente tese. Para atingir os objetivos optou-se pela criação e validação de um kit sensor para ser hospedado em ônibus coletivo, o qual foi validado e testado, quanto à sua eficiência de medição. Este kit foi integrado a uma plataforma computacional construída para extrair e processar informações com algoritmos matemáticos. Todos os componentes da plataforma foram legitimados com experimentos que confirmaram as hipóteses inicialmente formuladas para validação. E por fim, mapeamentos com mais de 70 mil pontos foram utilizados na criação de modelos espaçotemporais para realização de estudo de caso de regiões da cidade de São Paulo, os quais demostraram os usos potenciais das proposições desta tese. / The vehicles in urban traffic are considered as the main cause of urban pollution with a direct impact on air quality, being a challenge to have monitoring tools that enable an overview of the environmental conditions influenced by vehicle emissions. One option is to instrument the entire city with low-cost fixed sensors to collect environmental data; however, to provide a comprehensive view would require a large number of sensors, and a constant increase to follow the growth of the city. In this scenario, arises the opportunity for urban bus instrumentation with sensors that measure the environmental pollution, to take advantage of the mobility characteristics of public transport, which moves in populated areas, with dynamic attitude of growth, adapting in a coherent way to population and geographic variability of the city. This PhD Thesis proposes the monitoring of air quality inside urban roads by Wireless Sensor Networks (WSN), hosted on city buses. Thus, new ways of performing spatiotemporal analyzes of the air quality of urban regions are possible with the cartographic models created by this thesis. These allow to analyze mapped regions using spatial and temporal perspectives with information obtained from mobile sensor kits, for analyzes every 100 meters, promoting a resolution higher than the traditional monitoring models (kilometer scale), which still do not offer this possibility. This higher resolution allows a new perspective of analyzes of micro regions and, in this way, allows specialists or urban managers to have a better understanding of the urban scenario. Sensor kits are created to be hosted by bus, which has been validated and tested for its efficiency in measurement. This was integrated into a computational platform built to extract and process information with mathematical algorithms. All the components of the platform were validated with experiments that confirmed the hypotheses originally formulated for validation. Finally, mappings with more than 70,000 points were used in the creation of spatiotemporal models for the study of the case of regions of the city of São Paulo, which denoted the potentials constructed by this thesis.

A internet das coisas é considerada um novo sistema de comunicação que promete otimizar e melhorar diferentes áreas de aplicação com base em módulos sensores e objetos unicamente interligados através da internet. Em aplicações de redes de sensores sem fio em larga escala, as redes possuem características peculiares, como grande quantidade de módulos sensores de baixa potência, consumo limitado e perdas de comunicação intermitentes. Estas redes precisam operar com protocolos escaláveis e eficientes em termos de consumo de energia. Desta forma, esta tese propõe um protocolo multicanal assíncrono iniciado pelo receptor de acesso ao meio para redes de sensores sem fio de baixa potência para aplicações de internet das coisas. Através de uma comparação com soluções já existentes, o protocolo apresentado procura mitigar a colisão de mensagens e as perdas de energia com ociosidade na espera pela comunicação de um transmissor, através de um mecanismo de reconhecimento inicial eficiente. Adicionalmente, é proposto um diagnóstico efetivo de detecção de falha na comunicação ainda no ciclo de comunicação, de forma a auxiliar a economia de energia. Complementarmente, é proposto um mecanismo multicanal baseado no conhecimento do canal da vizinhança, além de serviços de inicialização e manutenção da rede. Para validação da proposta, o protocolo proposto foi comparado tanto com protocolos assíncronos multicanais iniciado pelo receptor quanto com protocolo síncrono relevantes na literatura científica. Os critérios de avaliação utilizados foram medição do consumo, latência e taxa de entrega da rede em diferentes cenários. Os resultados mostraram que o protocolo proposto minimiza o consumo de energia em relação aos protocolos assíncronos, além de melhorar a comunicação quando comparado aos protocolos analisados. Na comparação com o protocolo síncrono, demonstrou desempenho e consumo compatíveis, quando em período de trabalho menor, e consumo reduzido com períodos de trabalho maiores. / The Internet of Things is considered a new communication system that promises to optimize and improve different application areas. It is based on sensor modules and intelligent objects only interconnected through the internet. In large-scale wireless sensor network applications, networks have own specific characteristics such as many low-power, limited-power sensor modules with intermittent communication losses. These networks need to operate with scalable, energy-efficient protocols. Thus, this thesis proposes an asynchronous multichannel receiver-initiated MAC protocol for low power wireless sensor networks and internet of things applications. Through a comparison with already existing solutions, the proposed protocol tries to mitigate message containment and the effect of idle listening through an efficient initial recognition mechanism. It is also proposed an effective diagnosis of communication failure detection in the communication cycle, which also helps to save energy. In addition, a multichannel mechanism is proposed based on the knowledge of the neighborhood channel in addition to services of initialization and maintenance of the network. To validate the proposed protocol, evaluations were made for the consumption of each node sensor, the network traffic for each link, the latency and the network delivery rate in a web application. Tests were performed using asynchronous multichannel receiver-initiated and synchronous protocols based on literature scientific. The results show that the proposed protocol minimizes the energy consumption in relation to the asynchronous protocols, besides improving the communication when compared to the analyzed protocols. In the comparison with the synchronous protocol the proposed protocol showed performance and consumption compatible, when in a smaller duty cycles, and reduced consumption with longer duty cycles.

No início do século XX, poucas décadas depois do início da eletrificação das casas, o conceito de uma residência automatizada já era utilizado como símbolo de um futuro livre das tarefas domésticas. No entanto, mesmo com o desenvolvimento de tecnologias de suporte, a automação de residências nunca contemplou uma ampla disseminação e uso. Este trabalho realiza uma análise social, econômica, tecnológica, cultural e de saúde da sociedade, desde o início do século XX até os dias atuais, para entender o comportamento humano relativo ao ambiente residencial e identificar as possíveis causas que não favoreceram a implantação de sistemas de controle e automação nestes ambientes. Ele ainda propõe uma arquitetura de sistemas eletrônicos e computacionais para o ambiente residencial, baseada em um conjunto de requerimentos e de abstrações coerentes com o contexto socioeconômico vigente e factível diante das atuais disponibilidades tecnológicas, a fim de direcionar os esforços na área e fomentar o desenvolvimento de aplicações. Adicionalmente, é apresentada uma plataforma de desenvolvimento hardware, firmware e software , denominada Home Sapiens, cuja concepção, projeto e desenvolvimento foram feitos no contexto desta tese. Baseada em nós de controle distribuídos, ela permite o acesso aos dados provenientes de sensores, a geração de informações de contexto, a identificação de serviços e a manipulação das características do ambiente residencial segundo regras de decisão, planejamento e métodos de aprendizado baseados em técnicas de Inteligência Artificial / In the early twentieth century, a few decades after the beginning of the electrification of houses, the concept of an automated home was used as a symbol of a future free of domestic chores. However, even with the development of supporting technologies, the automation of homes never contemplated a wide dissemination and use. This paper presents an analysis social, economic, technological, cultural and health of society, from the early twentieth century to the present day, to understand human behavior on the residential environment and to identify possible causes that did not favor deployment of control systems and automation in these environments. It also proposes an architecture of computer and electronic systems for the residential environment, based on a set of applications and abstractions consistent with the current socioeconomic context and feasible under the available technology in order to direct efforts in the area and promote the development of applications. Additionally, the implementation of a framework hardware, firmware and software called Home Sapiens is presented, whose conception, design and development were made in the context of this thesis. Based on distributed control nodes, it provides access to data from sensors, the generation of information of context, the identification of services and handling characteristics of the residential environment in accordance with rules of decision, planning and learning methods based on Artificial Intelligence.

Submitted by Jadson Francisco de Jesus SILVA (jadson@uefs.br) on 2018-07-18T21:55:12Z No. of bitstreams: 1 Disserta??o.pdf: 2639155 bytes, checksum: af49bdcdf83d4a063546324a223124a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-18T21:55:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Disserta??o.pdf: 2639155 bytes, checksum: af49bdcdf83d4a063546324a223124a4 (MD5) Previous issue date: 2018-03-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Wireless visual sensor networks can provide valuable information for a lot of moni- toring and control applications, which has driven much attention from the academic community in last years. For some applications, a set of targets have to be covered by visual sensors and sensing redundancy may be desired in many cases, especially when applications have availability requirements or demands for multiple coverage perspectives for viewed targets. For rotatable visual sensors, the sensing orientations can be adjusted for optimized coverage and redundancy, with different optimization approaches available to address this problem. Particularly, as different optimization parameters may be considered, the redundant coverage maximization issue may be treated as a multi-objective problem, with some potential solutions to be conside- red. In this context, two different evolutionary algorithms are proposed to compute redundant coverage maximization for target viewing, intending to be more efficient alternatives to greedy-based algorithms. Simulation results reinforce the benefits of employing evolutionary algorithms for adjustments of sensors? orientations, poten- tially benefiting deployment and management of wireless visual sensor networks for different applications. / As redes de sensores visuais sem fio podem obter, atrav?s de c?meras, informa??es importantes para aplica??es de controle e monitoramento, e tem ganhado aten??o da comunidade acad?mica nos ?ltimos anos. Para algumas aplica??es, um conjunto de alvos deve ser coberto por sensores visuais, e por vezes com demanda de redund?ncia de cobertura, especialmente quando h? requisitos de disponibilidade ou demandas de m?ltiplas perspectivas de cobertura para os alvos visados. Para sensores visuais rotacion?veis, as orienta??es de detec??o podem ser ajustadas para otimizar cobertura e redund?ncia, existindo diferentes abordagens de otimiza??o dispon?veis para solucionar esse problema. Particularmente, como diferentes par?metros de otimizac?o podem ser considerados, o problema de maximiza??o de cobertura redundante pode ser tratado como um problema multiobjetivo, com algumas solu??es potenciais a serem consideradas. Neste contexto, dois algoritmos evolutivos diferentes s?o propostos para calcular a maximiza??o de cobertura redundante para visualiza??o de alvos, pretendendo ser alternativas mais eficientes para algoritmos gulosos. Os resultados da simula??o refor?am os benef?cios de empregar algoritmos evolutivos para ajustes das orienta??es dos sensores, potencialmente beneficiando a implanta??o e o gerenciamento de redes de sensores visuais sem fio para diferentes aplica??es.

Submitted by SBI Biblioteca Digital (sbi.bibliotecadigital@puc-campinas.edu.br) on 2018-02-19T18:35:33Z No. of bitstreams: 1 THIAGO DE ALMEIDA CORREIA.pdf: 4124942 bytes, checksum: 5f6dc7a856830e61da5524f9c2986e14 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-19T18:35:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 THIAGO DE ALMEIDA CORREIA.pdf: 4124942 bytes, checksum: 5f6dc7a856830e61da5524f9c2986e14 (MD5) Previous issue date: 2017-12-15 / Pontif?cia Universidade Cat?lica de Campinas ? PUC Campinas / This document presents a planning and communication strategy in wireless sensor networks for the real-time detection of forest fires. Wireless sensor networks, even being a low-cost technology, can be used for risk applications such as in the forest fire prevention and detection, effectively compared to other technologies more expensive. They can also be used in the monitoring of information that could contribute to diagnose the cause of a particular forest fire. The communication strategy was implemented in a wireless sensor network installed in a eucalyptus forest. In addition to the communication strategy, this project carried out a physical planning of the area, to locate the best points of installation of the sensor nodes. In both tests were used radio modules operating at 915 MHz. The geographic localization of each radio module was planned based on the intensity of the signal received by each module and considering its position within a mesh topology. The effectiveness of the communication strategy was measured through the PER and the average delay. The robustness of the strategy in case of radio module failure were also investigated and evaluated. / No presente trabalho ? apresentada uma estrat?gia comunica??o em redes de sensores sem fio para a detec??o em tempo real de inc?ndios florestais. Redes de sensores sem fios mesmo sendo uma tecnologia de baixo custo, podem ser utilizadas para aplica??es de risco como na preven??o e detec??o de inc?ndios florestais, de forma eficaz comparada com outras tecnologias mais caras. Elas tamb?m podem ser utilizadas na coleta de informa??es contribuindo em diagnosticar a causa de um determinado inc?ndio florestal. A estrat?gia de comunica??o foi implementada em uma rede de sensores sem fio instalada dentro de uma floresta de eucalipto. Al?m da estrat?gia de comunica??o este projeto realizou um planejamento f?sico da ?rea, para localizar os melhores pontos de instala??o dos n?s sensores. Para ambos os testes foram utilizados m?dulos de r?dio operando em 915 MHz. O posicionamento geogr?fico de cada m?dulo de r?dio foi planejado baseando-se na intensidade do sinal recebido por cada m?dulo e considerando o seu posicionamento dentro de uma topologia em malha. A efic?cia da estrat?gia de comunica??o foi mensurada atrav?s dos par?metros: taxa de perda de pacotes, atraso m?dio da coleta e processamento dos pacotes. A robustez da estrat?gia perante falhas do m?dulo de r?dio, tamb?m foi investigada e avaliada.

Prover segurança às informações trafegadas nos mais diversos tipos de redes é algo essencial. Entretanto, redes altamente dependentes de dispositivos com recursos limitados (como sensores, tokens e smart cards) apresentam um desafio importante: a reduzida disponibilidade de memória e energia destes dispositivos, bem como sua baixa capacidade de processamento, dificultam a utilização de diversos algoritmos criptográficos considerados seguros atualmente. Este é o caso não apenas de cifras simétricas, que proveem confidencialidade aos dados, mas também de MACs (Message Authentication Code, ou Código de Autenticação de Mensagem), que garantem sua integridade e autenticidade. De fato, algumas propostas recentes de cifras de bloco dedicadas a plataformas limitadas (e.g., o Curupira-2) proveem segurança e desempenho em um nível mais adequado a este tipo de cenário do que soluções tradicionais. Seguindo uma linha semelhante, o presente trabalho concentra-se no projeto e análise MACs leves e seguros voltados a cenários com recursos limitados, com foco especial em redes de sensores sem fio (RSSF). Marvin é o nome do algoritmo de MAC proposto neste trabalho. Marvin adota a estrutura Alred, que reutiliza porções de código de uma cifra de bloco subjacente e, assim, introduz um reduzido impacto em termos de ocupação de memória. Este algoritmo apresenta uma estrutura bastante flexível e é altamente paralelizável, permitindo diversas otimizações em função dos recursos disponíveis na plataforma alvo. Como vantagem adicional, Marvin pode ser usado tanto em cenários que necessitam apenas da autenticação de mensagens quanto em esquemas de AEAD (Authenticated- Encryption with Associated Data, ou Encriptação Autenticada com Dados Associados), que aliam encriptação e autenticação. O esquema de AEAD proposto neste trabalho, denominado LetterSoup, explora as características da estrutura do Mar vin e adota uma cifra de bloco operando no modo LFSRC (Linear Feedback Shift Register Counter, ou Contador-Registrador de Deslocamento Linear com Retroalimentação). Além da especificação de ambos os algoritmos, este documento apresenta uma análise detalhada da segurança e desempenho dos mesmos em alguns cenários representativos. / Security is an important concern in any modern network. However, networks that are highly dependent on constrained devices (such as sensors, tokens and smart cards) impose a difficult challenge: their reduced availability of memory, processing power and (specially) energy hinders the deployment of many modern cryptographic algorithms known to be secure. This inconvenience affects not only the deployment of symmetric ciphers, which provide data confidentiality, but also Message Authentication Codes (MACs), used to attest the messages integrity and authenticity. Due to the existence of dedicated block ciphers whose performance and security are adequate for use in resource-constrained scenarios (e.g., the Curupira-2), the focus of this document is on the design and analysis of message authentication algorithms. Our goal is to develop a secure and lightweight solution for deployment on resource constrained scenarios, with especial focus on Wireless Sensor Networks (WSNs). Marvin is the name of the MAC algorithm proposed in this document. Marvin adopts the Alred structure, allowing it to reuse parts of an underlying block cipher machinery; as a result, Marvins implementation builds on the ciphers efficiency and introduces little impact in terms of memory occupation. Moreover, this algorithm presents a flexible and highly parallelizable structure, allowing many implementation optimizations depending on the resources available on the target platform. Marvin can be used not only as an authentication-only function, but also in an Authenticated- Encryption with Associated Data (AEAD) scheme, combining authentication and encryption. In this document, we define a new AEAD proposal called LetterSoup, which is based on the LFSRC (Linear Feedback Shift Register Counter) mode of operation and builds on Marvin. Together with the specification of both algorithms, we provide a detailed security analysis and evaluate their performance in some representative scenarios.

Os veículos que compõem o tráfego urbano são considerados como o principal agente causador de poluição afetando diretamente a qualidade do ar nas cidades, sendo um desafio ter mecanismos de monitoramento que possibilitem uma visão geral das condições ambientais. Para proporcionar uma visão abrangente seria necessário um grande número de estações fixas de monitoramento da qualidade do ar, além de um incremento constante para acompanhar o crescimento da cidade. Neste cenário, surge a oportunidade de instrumentação de ônibus coletivo com sensores que medem a qualidade do ar durante seu trajeto, assim aproveitando as características de mobilidade do transporte público, o qual transita em áreas povoadas, com postura dinâmica de crescimento, adaptando-se de forma coerente à mutabilidade populacional e geográfica da cidade. A presente tese apresenta novas formas de realizar análises espaçotemporais da qualidade do ar de regiões urbanas. Os modelos cartográficos criados permitem analisar regiões mapeadas usando perspectivas espaciais e temporais com informações obtidas de kits sensores móveis, para análises a cada 100 metros, promovendo uma resolução maior que os modelos tradicionais de monitoramento (escala quilométrica), os quais ainda não oferecem esta possibilidade. Esta maior resolução permite uma nova perspectiva de análises de microrregiões e, desta forma, permite que os especialista ou gestores urbanos possam entender melhor as situações, ao utilizarem as ferramentas e recursos apresentados pela presente tese. Para atingir os objetivos optou-se pela criação e validação de um kit sensor para ser hospedado em ônibus coletivo, o qual foi validado e testado, quanto à sua eficiência de medição. Este kit foi integrado a uma plataforma computacional construída para extrair e processar informações com algoritmos matemáticos. Todos os componentes da plataforma foram legitimados com experimentos que confirmaram as hipóteses inicialmente formuladas para validação. E por fim, mapeamentos com mais de 70 mil pontos foram utilizados na criação de modelos espaçotemporais para realização de estudo de caso de regiões da cidade de São Paulo, os quais demostraram os usos potenciais das proposições desta tese. / The vehicles in urban traffic are considered as the main cause of urban pollution with a direct impact on air quality, being a challenge to have monitoring tools that enable an overview of the environmental conditions influenced by vehicle emissions. One option is to instrument the entire city with low-cost fixed sensors to collect environmental data; however, to provide a comprehensive view would require a large number of sensors, and a constant increase to follow the growth of the city. In this scenario, arises the opportunity for urban bus instrumentation with sensors that measure the environmental pollution, to take advantage of the mobility characteristics of public transport, which moves in populated areas, with dynamic attitude of growth, adapting in a coherent way to population and geographic variability of the city. This PhD Thesis proposes the monitoring of air quality inside urban roads by Wireless Sensor Networks (WSN), hosted on city buses. Thus, new ways of performing spatiotemporal analyzes of the air quality of urban regions are possible with the cartographic models created by this thesis. These allow to analyze mapped regions using spatial and temporal perspectives with information obtained from mobile sensor kits, for analyzes every 100 meters, promoting a resolution higher than the traditional monitoring models (kilometer scale), which still do not offer this possibility. This higher resolution allows a new perspective of analyzes of micro regions and, in this way, allows specialists or urban managers to have a better understanding of the urban scenario. Sensor kits are created to be hosted by bus, which has been validated and tested for its efficiency in measurement. This was integrated into a computational platform built to extract and process information with mathematical algorithms. All the components of the platform were validated with experiments that confirmed the hypotheses originally formulated for validation. Finally, mappings with more than 70,000 points were used in the creation of spatiotemporal models for the study of the case of regions of the city of São Paulo, which denoted the potentials constructed by this thesis.

Prover segurança às informações trafegadas nos mais diversos tipos de redes é algo essencial. Entretanto, redes altamente dependentes de dispositivos com recursos limitados (como sensores, tokens e smart cards) apresentam um desafio importante: a reduzida disponibilidade de memória e energia destes dispositivos, bem como sua baixa capacidade de processamento, dificultam a utilização de diversos algoritmos criptográficos considerados seguros atualmente. Este é o caso não apenas de cifras simétricas, que proveem confidencialidade aos dados, mas também de MACs (Message Authentication Code, ou Código de Autenticação de Mensagem), que garantem sua integridade e autenticidade. De fato, algumas propostas recentes de cifras de bloco dedicadas a plataformas limitadas (e.g., o Curupira-2) proveem segurança e desempenho em um nível mais adequado a este tipo de cenário do que soluções tradicionais. Seguindo uma linha semelhante, o presente trabalho concentra-se no projeto e análise MACs leves e seguros voltados a cenários com recursos limitados, com foco especial em redes de sensores sem fio (RSSF). Marvin é o nome do algoritmo de MAC proposto neste trabalho. Marvin adota a estrutura Alred, que reutiliza porções de código de uma cifra de bloco subjacente e, assim, introduz um reduzido impacto em termos de ocupação de memória. Este algoritmo apresenta uma estrutura bastante flexível e é altamente paralelizável, permitindo diversas otimizações em função dos recursos disponíveis na plataforma alvo. Como vantagem adicional, Marvin pode ser usado tanto em cenários que necessitam apenas da autenticação de mensagens quanto em esquemas de AEAD (Authenticated- Encryption with Associated Data, ou Encriptação Autenticada com Dados Associados), que aliam encriptação e autenticação. O esquema de AEAD proposto neste trabalho, denominado LetterSoup, explora as características da estrutura do Mar vin e adota uma cifra de bloco operando no modo LFSRC (Linear Feedback Shift Register Counter, ou Contador-Registrador de Deslocamento Linear com Retroalimentação). Além da especificação de ambos os algoritmos, este documento apresenta uma análise detalhada da segurança e desempenho dos mesmos em alguns cenários representativos. / Security is an important concern in any modern network. However, networks that are highly dependent on constrained devices (such as sensors, tokens and smart cards) impose a difficult challenge: their reduced availability of memory, processing power and (specially) energy hinders the deployment of many modern cryptographic algorithms known to be secure. This inconvenience affects not only the deployment of symmetric ciphers, which provide data confidentiality, but also Message Authentication Codes (MACs), used to attest the messages integrity and authenticity. Due to the existence of dedicated block ciphers whose performance and security are adequate for use in resource-constrained scenarios (e.g., the Curupira-2), the focus of this document is on the design and analysis of message authentication algorithms. Our goal is to develop a secure and lightweight solution for deployment on resource constrained scenarios, with especial focus on Wireless Sensor Networks (WSNs). Marvin is the name of the MAC algorithm proposed in this document. Marvin adopts the Alred structure, allowing it to reuse parts of an underlying block cipher machinery; as a result, Marvins implementation builds on the ciphers efficiency and introduces little impact in terms of memory occupation. Moreover, this algorithm presents a flexible and highly parallelizable structure, allowing many implementation optimizations depending on the resources available on the target platform. Marvin can be used not only as an authentication-only function, but also in an Authenticated- Encryption with Associated Data (AEAD) scheme, combining authentication and encryption. In this document, we define a new AEAD proposal called LetterSoup, which is based on the LFSRC (Linear Feedback Shift Register Counter) mode of operation and builds on Marvin. Together with the specification of both algorithms, we provide a detailed security analysis and evaluate their performance in some representative scenarios.

No início do século XX, poucas décadas depois do início da eletrificação das casas, o conceito de uma residência automatizada já era utilizado como símbolo de um futuro livre das tarefas domésticas. No entanto, mesmo com o desenvolvimento de tecnologias de suporte, a automação de residências nunca contemplou uma ampla disseminação e uso. Este trabalho realiza uma análise social, econômica, tecnológica, cultural e de saúde da sociedade, desde o início do século XX até os dias atuais, para entender o comportamento humano relativo ao ambiente residencial e identificar as possíveis causas que não favoreceram a implantação de sistemas de controle e automação nestes ambientes. Ele ainda propõe uma arquitetura de sistemas eletrônicos e computacionais para o ambiente residencial, baseada em um conjunto de requerimentos e de abstrações coerentes com o contexto socioeconômico vigente e factível diante das atuais disponibilidades tecnológicas, a fim de direcionar os esforços na área e fomentar o desenvolvimento de aplicações. Adicionalmente, é apresentada uma plataforma de desenvolvimento hardware, firmware e software , denominada Home Sapiens, cuja concepção, projeto e desenvolvimento foram feitos no contexto desta tese. Baseada em nós de controle distribuídos, ela permite o acesso aos dados provenientes de sensores, a geração de informações de contexto, a identificação de serviços e a manipulação das características do ambiente residencial segundo regras de decisão, planejamento e métodos de aprendizado baseados em técnicas de Inteligência Artificial / In the early twentieth century, a few decades after the beginning of the electrification of houses, the concept of an automated home was used as a symbol of a future free of domestic chores. However, even with the development of supporting technologies, the automation of homes never contemplated a wide dissemination and use. This paper presents an analysis social, economic, technological, cultural and health of society, from the early twentieth century to the present day, to understand human behavior on the residential environment and to identify possible causes that did not favor deployment of control systems and automation in these environments. It also proposes an architecture of computer and electronic systems for the residential environment, based on a set of applications and abstractions consistent with the current socioeconomic context and feasible under the available technology in order to direct efforts in the area and promote the development of applications. Additionally, the implementation of a framework hardware, firmware and software called Home Sapiens is presented, whose conception, design and development were made in the context of this thesis. Based on distributed control nodes, it provides access to data from sensors, the generation of information of context, the identification of services and handling characteristics of the residential environment in accordance with rules of decision, planning and learning methods based on Artificial Intelligence.