Made available in DSpace on 2015-04-22T22:00:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thales Ruano Barros de Souza.pdf: 1498428 bytes, checksum: 00ad867812a75177cff9522fd68c06de (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Wireless Sensor Networks can be used in several applications such as monitoring and study of thermal comfort in indoor environment. However, since the sensors nodes are battery powered, the cost of network maintenance can quickly exceed the cost of whole monitoring system. In this work, it is proposed and evaluated a routing protocol considering the monitored variables in sensors nodes to form groups of sensors in order to reduce the intra cluster communication. Our solution uses not only localization but also temperature and relative humidity collected by each sensor node to elect cluster heads (CHs). The k-means algorithm was used to group the correlated sensors nodes. Results show that the proposed scheme has a performance 50% higher than the state-of-the-art algorithms in relation to residual energy and network lifetime. Therefore there is a substantial gain when we exploit the correlation structure of the collected data to form groups and to elect CHs. / As Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs) podem ser utilizadas em aplicações de monitoramento e estudo do conforto térmico em ambientes fechados, devido a sua capacidade de sensoriamento, baixo custo e implantação rápida. Porém o custo de manutenção pode ultrapassar o custo do próprio sistema de monitoramento, isso porque os nós sensores são alimentados por bateria. Nesta dissertação é proposto e avaliado um protocolo de roteamento que leva em consideração as variáveis monitoradas na formação dos grupos de nós sensores, para redução da comunicação intragrupo. A solução proposta utiliza, não apenas a localização dos nós sensores, mas também a temperatura e a umidade relativa coletadas por cada nó sensor, para a eleição dos cluster-heads (CHs). Para agrupar os nós sensores com medidas correlacionadas, utilizamos o algoritmo k-means, que agrupa instâncias similares. Os experimentos mostram que, em comparação com outros algoritmos da literatura, o consumo de energia chegou a ser reduzido em 50%. Portanto há um ganho substancial quando se explora a estrutura de correlação das variáveis coletadas na formação dos grupos e na eleição dos CHs.

Made available in DSpace on 2014-07-29T14:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Massahide.pdf: 1538866 bytes, checksum: bf1e16c65a3daf1ccb9af9a3515538e3 (MD5) Previous issue date: 2011-08-29 / Solutions in healthcare are focused on diagnostics, productivity and personal care in this way, theWireless Sensor Networks WSN allow health professionals to monitor people more efficiently. To make integration between WSN and the applications and interfaces that health professionals use more effective its needed a software component that facilitates and mitigates the problems of developing these applications, this component is called middleware. From the perspective of software development, this middleware mainly offers the advantage of focusing the work on the requirements of the software, making the programmer not to worry about the characteristics of hardware and interconnection of devices in the WSN. In the way to facilitate the use of applications in healthcare, this middleware offers some features that are introduced to simplify and ensure the transmission of information in addition to providing reliable use of them. In this work we propose a middleware named Kratos that allows portability and concurrent execution of applications by standardized interfaces to mobile devices, allowing their use in sensor networks applied to health in a transparent way. To evaluate the use of Kratos and its functionality was proposed an application scenario for monitoring electrocardiographic signals (ECG), which will conduct the monitoring and sending alerts to mobile devices from a medical staff. The implementation of the ECG sensor and all the modeling of middleware is in compliance with the IEEE 1451 family of standards. / As soluções na área da saúde focam em diagnósticos, produtividade e cuidados pessoais. Desta forma, as Redes de Sensores Sem Fio RSSF permitem aos profissionais de saúde o monitoramento mais eficiente das pessoas. Para que seja mais eficiente a integração entre as RSSF e as aplicações e interfaces que os profissionais de saúde utilizam, é necessário um componente de software que facilite e mitigue os problemas do desenvolvimento dessas aplicações, a este componente denominamos middleware. Da perspectiva do desenvolvimento de software, este middleware oferece principalmente a vantagem de poder focar o trabalho nas exigências do software, livrando o programador da preocupação com características de hardware e interconexão de dispositivos na RSSF. A fim de facilitar o uso de aplicações na área de saúde, este middleware propõe características que são introduzidas para simplificar e garantir a transmissão de informações, além de proporcionar o uso confiável das mesmas. Nesta dissertação é proposto o middleware Kratos que permite portabilidade e execução concorrente das aplicações por meio de interfaces padronizadas com dispositivos móveis, possibilitando assim o seu uso em redes de sensores aplicadas a saúde de forma transparente. Para validar o uso do Kratos e suas funcionalidades foi proposto um cenário de aplicação para o monitoramento de sinais eletrocardiográficos (ECG), que realiza o monitoramento e envio de alertas para dispositivos móveis de uma equipe médica. A implementação do sensor de ECG bem como toda a modelagem do middleware está em conformidade com a família de padrões IEEE 1451.

Submitted by Márcia Silva (marcialbuquerq@yahoo.com.br) on 2017-11-16T18:57:52Z No. of bitstreams: 1 Tese_completa_JuanGColonna.pdf: 14919946 bytes, checksum: e525d20972ecf19b31a0f8f85772dbe0 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2017-11-16T20:14:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_completa_JuanGColonna.pdf: 14919946 bytes, checksum: e525d20972ecf19b31a0f8f85772dbe0 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2017-11-16T20:17:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_completa_JuanGColonna.pdf: 14919946 bytes, checksum: e525d20972ecf19b31a0f8f85772dbe0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-16T20:17:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_completa_JuanGColonna.pdf: 14919946 bytes, checksum: e525d20972ecf19b31a0f8f85772dbe0 (MD5) Previous issue date: 2017-09-15 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Wildlife monitoring is often used by biologists and ecologists to acquire information about animals and their natural habitats. In survey programs, specialists collect environmental information to infer about animal population status and their variations over time. The main goal of such programs is to identify environmental problems in early stages. However, acquiring the necessary data for this purpose is a manual work and must be carried out by groups of experts in areas of di cult access during long periods of time. In this context, Wireless Sensor Networks (WSNs) are useful alternatives to alleviate the manual work. Such networks are made up of small sensors with transmission, storage, and local processing capabilities. These networks enable bioacoustic methods for automatic species recognition to be embedded in the sensor nodes in order to automate and simplify the monitoring task. Since animal sounds usually provide a species ngerprint, it can be used to recognize the presence or absence of a target species in a site. Accordingly, in this thesis, we present an approach that combines machine learning methods, WSNs and bioacoustic signal processing techniques for wildlife monitoring based on animal calls. As a proof-of-concept, we choose anurans as the target animals. The reason is that anurans are already used by biologists as an early indicator of ecological stress, since they provide relevant information about terrestrian and aquatic ecosystems. Our solution integrates four fundamental steps: noise ltering and bioacoustic signal enhancement, automatic signal segmentation, acoustic features extraction, and classi cation. We also consider the WSNs limitations, trying to reduce the communication and processing load to extend the sensors' lifetime. To accomplish with the restriction imposed by the hardware, we represent the acoustic signals by a set of low-level acoustic descriptors (LLDs or features). This representation allows us to identify speci c signal patterns of each species, reducing the amount of information necessary to classify it. The adverse environmental conditions of the rainforest pose additional challenges, such as noise ltering. We developed a ltering method based on Singular Spectrum Analysis (SSA). This choice was based on several comparisons with other ltering methods. The SSA method has additional advantages: it is non-parametric, it adapts to the di erent input signals, and it has an equivalent / O monitoramento de animais silvestres em seu habitat natural é objeto de estudo de biólogos e ecólogos que coletam informações ambientais para inferir o estado das popula ções animais e suas variações ao longo do tempo. Um objetivo especí co desses estudos é identi car problemas ecológicos em estágios iniciais. No entanto, a coleta das informações é um trabalho manual que deve ser realizado por um grupo de especialistas em áreas de difícil acesso durante períodos de tempo prolongados. Neste contexto, as Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) são uma alternativa viável ao monitoramento manual. Estas redes são constituídas por pequenos sensores com capacidade de transmissão, armazenamento e processamento local. Isto possibilita que métodos bioacústicos para reconhecimento automático de espécies sejam embarcados nos nós sensores para automatizar e simpli car a tarefa de monitoramento. Como os sons produzidos pelos animais oferecem uma impressão digital bioacústica, esta pode ser usada para identi car a presença ou ausência de uma espécie particular em uma região. Neste trabalho, apresentamos uma abordagem que utiliza aprendizagem de máquina, RSSF e processamento digital de sinais bioacústicos para reconhecer espécies animais com base em suas vocalizações. Como prova-de-conceito, aplicamos nossa solução para identi- car de forma automática diferentes espécies de anuros. Escolhemos anuros uma vez que são utilizados como indicadores precoces de estresse ecológico, pelo fato de serem sensíveis às mudanças do habitat e oferecerem informações sobre os ecossistemas terrestre e aquático. Nossa abordagem integra quatro operações fundamentais: filtragem de ruídos e aprimoramento dos sinais acústicos, segmentação automática desses sinais, extração de descritores acústicos e classificação. Além disso, nossa solução considera as limitações de RSSF, buscando reduzir a carga de processamento e comunicação para prolongar o tempo de vida dos sensores. Portanto, representamos os sinais por um conjunto de descritores acústicos de baixo nível (Low-Level Acoustic Descriptors - LLDs) conhecidos como Mel Frequency Cepstral Coe cients (MFCCs). A técnica escolhida para filtrar os ruídos ambientais foi o Singular Spectrum Analysis (SSA), esta escolha foi baseada nas diversas comparações que zemos com outros métodos de filtragem. Além disso, o SSA é não paramétrico, se adapta ao coaxar de cada espécie e possui um esquema equivalente na teoria de ltros FIR, o que possibilita ter uma implementação com complexidade computacional constante. Ainda no método de ltragem, desenvolvemos uma versão robusta do SSA. Esta nova versão é mais tolerante aos diferentes ruídos ambientais, sejam estes Gaussianos ou não. A robustez também permitiu identi car os componentes acústicos causados pelos ruídos ambientais associados com as baixas frequências. No que diz respeito à segmentação, primeiro realizamos uma comparação entre diferentes LLDs baseados na teoria da informação. Nesta etapa, desenvolvemos um método não supervisionado capaz de se adaptar às diferentes condições de ruídos ambientais, sejam estes branco ou coloridos. Na segunda etapa, adaptamos dois dos LLDs comparados para funcionamento incremental. Assim, foi possível de nir uma metodologia para segmentar os sinais acústicos em tempo real com custo de memória constante, ideal para ser embarcado em um nó sensor de baixo custo e obter as porções dos áudios que possuem as informações relevantes para o reconhecimento das espécies. Finalmente, avaliamos diferentes estratégias de classi cação e propusemos uma nova forma de validação cruzada para avaliar a capacidade de generaliza ção do método. Portanto, a validação cruzada tradicional de sílaba-por-sílaba foi substituída por uma validação cruzada que separa diferentes indivíduos nos conjuntos de teste e treinamento. Isto viabilizou uma avaliação mais justa e permitiu estimar o comportamento nal que o método de classi cação embarcado no nó sensor teria em uma situação real. Dentre os métodos de classi cação planos comparados descobrimos que SVM e kNN são os mais promissores. Todavia, propomos e desenvolvemos uma estratégia de classi cação hierárquica multirótulo para decompor e simpli car o espaço de decisões do classi cador e simultaneamente reconhecer a família, o gênero e a espécie de cada amostra. Isto nos permite concluir que nossa abordagem é exível o su ciente para se adaptar aos diferentes cenários monitorados, sem deixar de otimizar a relação custo-benefício da solução de monitoramento proposta.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2014-12-03T17:40:18Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Roberto Vito Rodrigues Filho - 2013.pdf: 5032081 bytes, checksum: 38e74b2094416a7b86dc95fcf2ace961 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-12-04T14:50:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Roberto Vito Rodrigues Filho - 2013.pdf: 5032081 bytes, checksum: 38e74b2094416a7b86dc95fcf2ace961 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-04T14:50:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Roberto Vito Rodrigues Filho - 2013.pdf: 5032081 bytes, checksum: 38e74b2094416a7b86dc95fcf2ace961 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-08-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Body Sensor Networks (BSN) are a technology used to supply individual’s vital signs to ubiquitous and pervasive systems. This systems applied to the healthcare area uses BSN to monitor patient’s vital signs remotely, that is without them being in a hospital environment. This technology applied as a base to this application assists healthcare professional to remotely monitor patients, which contribute to solve healthcare services problems. One of those problems is the crowded treatments centers. The usage of BSN, by conditioning remote monitoring, can colaborate to reduce the patients’ needs to consistently go to hospitals, thus contributing to reduce the number of patients in those environments. Given this tecnology potential comes the need to develop good quality applications. However, considering an analysis of BSN projects applied to the healthcare field, the usage of inadequated hardware platforms are noticed. Therefore aiming to make the development of this type of applications easier, it is proposed a simulator specific for BSN applied to the healthcare field. Hence, this work’s goal is to show this application simulator through the usage of a simulated hardware platform which takes intoconsiderationhealthcare demands to provide a test environment. / As Redes de Sensores do Corpo Humano (RSCH) são uma tecnologia utilizada para o fornecimento de sinais vitais de um indivíduo para sistemas pervasivos. Esses sistemas aplicados à área da saúde utilizam as RSCH para o monitoramento de sinais vitais de um paciente de forma remota, sem que o mesmo tenha que estar em um ambiente hospitalar. Essa tecnologia usada como base dessas aplicações, auxiliam os profissionais da saúde no monitoramento de pacientes à distância, ajudando a resolver problemas na prestação de serviço de saúde. Um desses problemas é a lotação dos centros de atendimento. A utilização das RSCH, por condicionar o monitoramento remoto, colabora na redução da necessidadeconstantedaidadopacienteaoshospitais,contribuindoassimcomaredução da lotação nesses ambientes. Com o potencial dessa tecnologia surge a necessidade de desenvolver aplicações de qualidade. Entretanto, considerando uma análise dos projetos de RSCH aplicados à área da saúde, nota-se a realização de testes em ambientes e plataformas de hardware inadequados. Dessa forma, visando facilitar o desenvolvimento deaplicaçõesnestaárea,épropostoumsimuladorespecíficoparaRSCHaplicadasàárea dasaúde.Assim,oobjetivodestetrabalhoémostraressesimuladordeaplicaçõesatravés da utilização de uma plataforma simulada de hardware, a qual leva em consideração as demandas da área médica, para prover um ambiente de testes.

Made available in DSpace on 2015-04-11T14:03:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JUAN_G_Colonna.pdf: 4938138 bytes, checksum: 3d27bcde3035f46e94b9cbed83b4935d (MD5) Previous issue date: 2012-03-06 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Wildlife monitoring is often used by biologist to acquire information about animals and their habitat. In this context, animal sounds and vocalizations usually provide a specie fingerprint that is used for classifying the target species in a given site. For that matter, Wireless Sensor Networks (WSNs) represent an interesting option for automa- tically classifying animal species based on their vocalizations. In this work, we provide a solution that applies machine learning and signal processing techniques for classifying wildlife based on their vocalization. As a proof-of-concept, we choose anurans as the target animals. The reason is that anurans are already used by biologists as an early indicator of ecological stress, since they provide relevant information about terrestrian and aquatic ecosystems. Any solution must consider WSN limitations, trying to reduce the communication load to extend the network lifetime. Therefore, our solution repre- sents the acoustic signals by a set of features. This representation allows us to identifiy specific signal patterns for each specie, reducing the amount of information necessary to classify it. Identifying such features, and/or combinations among them, is a key point to improve the solution benefit-cost ratio. As a consequence, we implemented and compared sets of existing features based on Fourier and Wavelet transforms. In our analysis, we first compare the sets of spectral and temporal characteristic, by using the entropy as a criterion for generating the combinations. Second, we reduce the set of features by using genetic algorithm. The proposed framework contains three steps: (i) the pre-processing to prepare the signals and perform the extraction of syllables, (ii) the extraction of features, and (iii) the species classification, using k-NN or SVM. Our experiments comprise four case studies, evaluating the effect of sampling frequency of the hardware and the number of bits used to represent each sample. This enable us to conclude that, in enviromental monitoring using WSNs, the set of Mel coefficients is the most appropriate for classifying anuran calls. / O monitoramento de animais selvagens é frequentemente usado por biólogos para cole- tar informações a cerca dos animais e seus habitats. Neste contexto, os sons produzidos pelos animais oferecem uma impressão biométrica que pode ser usada para classificar os animais em uma dada região. Assim, Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs) representam uma importante alternativa para a classificação automática de animais, baseando-se nos sons por eles produzidos. Neste trabalho, apresentamos uma solução, que usa aprendizagem de máquina e processamento de sinais, para classificar animais selva- gens com base em suas vocalizações. Como prova-de-conceito, aplicamos a solução para classificar anuros. O motivo é que anuros já são utilizados por biólogos como indicador precoce de estresse ecológico, oferecendo informação a cerca de ecossistemas terrestre e aquático. Além disso, a solução deve considerar as limitações de RSSFs, buscando reduzir a carga de comunicação para prolongar o tempo de vida da rede. Portanto, representamos os sinais acústicos por conjuntos de características. Esta re- presentação nos permite identificar padrões específicos que descrevem cada uma das espécies monitoradas, reduzindo, assim, o volume de informação a ser trafegado na rede. A identificação destas características, ou combinações delas, é um ponto chave para aprimorar a relação custo-benefício da solução. Em nossa análise, primeiramente comparamos os conjuntos de características temporais e espectrais, usando a entropia como critério para geração das combinações. A seguir, reduzimos o conjunto de ca- racterísticas, usando algoritmos genéticos. O framework proposto contém três passos: (i) pré-processamento, para preparar os sinais e extrair unidades chamadas sílabas; (ii) extração de características; e (iii) classificação, usando k-NN ou SVM. Os experimentos consistem de quatro estudos de casos, avaliando o efeito da quantização e o número de bits usados para representar o sinal quantizado. Isto nos permite concluir que, para os cenários avaliados, o conjunto de coeficientes Mel é o mais adequado para classificar vocalizações de anuros.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A evoluÃÃo no desenvolvimento de novos dispositivos, cada vez mais baratos e eficientes, expandiu o uso das Redes Sensores Sem Fio (RSSF) e incentivou a criaÃÃo de novas aplicaÃÃes, no cenÃrio contemporÃneo da ComputaÃÃo UbÃqua e Pervasiva. No entanto, a limitaÃÃo de energia continua sendo um desafio na Ãrea de RSSF. Essa situaÃÃo à agravada ainda mais pela a inviabilidade de recarga de energia jà que, em muitos casos, as RSSF sÃo utilizadas em ambientes inacessÃveis. Com o barateamento dos dispositivos utilizados nas RSSFs, ficou mais fÃcil empregar redes muito densas e de larga escala nos ambientes a serem monitorados. O emprego de redes densas, que apresentam alto grau de redundÃncia dos nÃs, permite que a rede continue funcional mesmo com a exaustÃo de alguns nÃs. AlÃm de oferecer tolerÃncia a falhas, o uso de redes muito densas oferece a oportunidade da implementaÃÃo de mecanismos de escalonamento dos nÃs redundantes, de forma que o tempo de vida da rede seja ainda melhor otimizado. Assumindo um cenÃrio com rede muito densas, este trabalho descreve a implementaÃÃo de um mecanismo de escalonamento autonÃmico, simples, robusto e escalÃvel, com o objetivo de melhorar ainda mais os resultados jà apresentados pelo BiO4SeL, um protocolo de roteamento baseado em ColÃnia 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 cenÃrios densos. / 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.

Orientador: Nelson Luis Saldanha da Fonseca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T19:59:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_TiagoPedrosodaCruzde_M.pdf: 5229881 bytes, checksum: 5a29eb81b4efd53a3cab70d6a8032bca (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The complete abstract is available with the full electronic document. / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Fabiano Fruett / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T05:13:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarcelSalvionida_M.pdf: 30571418 bytes, checksum: 4cd818ffde793df4bbebdbbf472d1b6b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Existem diversos sistemas e equipamentos, com finalidades específicas, envolvendo o monitoramento das mudanças de clima e de tempo. Entretanto, a maioria desses sistemas e equipamentos disponíveis no mercado possuem alto custo, o que normalmente inviabiliza sua utilização em larga escala. Além disso, a maioria dos sistemas e equipamentos para este fim são importados, o que dificulta ainda mais a sua inserção em aplicações corriqueiras. Este trabalho descreve o desenvolvimento, projeto, testes e aplicação de uma rede de sensores sem fio de baixo custo, para monitoramento em tempo real da temperatura ambiente, umidade relativa do ar e pressão atmosférica, como uma alternativa nacional para pesquisas que necessitem de equipamentos para monitoramento ambiental. A rede é composta de quatro nós sensores e um nó coordenador. Os nós sensores possuem um sensor de temperatura e umidade e um sensor de pressão barométrica ¿ ambos com interface digital ¿ além de um microcontrolador de baixo consumo de energia e baixo custo, e um módulo de comunicação para uma rede operando na frequência de 2,4GHz, para conexão numa rede padrão IEEE 802.15.4. O nó coordenador possui outro módulo de comunicação para a conexão na rede sem fio, um microcontrolador, um cartão de memória para armazenamento das informações de cada nó sensor e interface Ethernet para disponibilizar as medidas do sensor em uma página web, acessada através de um IP estático em um browser de internet comum. Testes em laboratório e em campo atestaram autonomia do nó sensor (em torno de 90 dias para uma bateria de 500mAh) e alcance (de aproximadamente 150m em visada direta) e comprovaram a conformidade dos valores medidos por cada nó, através da comparação com um sistema de referência / Abstract: There are several systems and equipments with specific applications related to climate and weather change monitoring. However, most of these systems and equipments available in the market are too expensive ¿ which usually prevents their use in large scale. Furthermore, most of them used for such purpose are imported, which further complicates their insertion in everyday applications. This work describes the development, implementation and application of a low-cost wireless sensor network for temperature, relative humidity and atmospheric pressure monitoring, in real-time as a national alternative for researches which demand equipments for environmental monitoring. The network consists of four sensor nodes and a coordinator node. Sensor nodes have a temperature and humidity sensor and a barometric sensor ¿ both with digital interface ¿ plus a low cost and low power microcontroller and a communication module for the wireless network operating at 2.4GHz for establishing connection to an IEEE 802.15.4 network. Coordinator node has another communication module to the wireless network connection, a microcontroller for receiving measurements, a memory card for storage of each sensor node¿s information, and Ethernet interface to provide sensor node¿s information in an embedded webpage, accessed through a static IP in a common internet browser. Tests performed in laboratories and in the field attested the node¿s autonomy (around 90 days for a 500mAh battery) and reach (approximately 150m line-of-sight), and proved the compliance of measurements performed by each sensor node, through comparison with a reference system / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / The wireless sensor networks have made great progress in the last decade and are increasingly present in several fields like security and monitoring of persons, animals or items, medicine, military area and many others that, due to technological developments, have become viable. These networks are formed by sensor nodes that have extremely limited resources, such as processing and data storage capacity, data transmission rate and energy available for operation. Thus, in networks with hundreds or even thousands of nodes, it is unfeasible to locate each one of them with global positioning devices, because those will considerably increase the cost and power consumption. As localization knowledge by the nodes is required in applications such as tracking, monitoring and environmental data collection, location algorithms were created to cheapen and/or improve this task. Thus, this master thesis presents the development of a low complexity iterative multilateration method, since most location algorithms uses some kind of multilateration. To prove this new method efficiency, a simple simulator based on the Matlab software was created in order to evaluate, in terms of location error, accuracy and robustness in a scenario with random arrangement of the reference nodes, log-normal propagation model with shadowing and received signal strength distance estimation. Under these conditions, the presented multilateration method presents inconsiderable loss of accuracy in comparison to the maximum likelihood method and also a low number of iterations is required. In this way was possible to increase the location algorithms accuracy without this entailing an increase in complexity and power consumption. / As redes de sensores sem fio tiveram um grande progresso na última década e estão cada vez mais presentes em diversos campos como a segurança e monitoramento de pessoas, animais ou itens, medicina, área militar entre muitas outras que, devido à evolução tecnológica, tornaram-se viáveis. As principais características dos nós sensores, denominados nodos, constituintes destas redes são as de possuírem recursos extremamente limitados, sendo estes a capacidade de processamento e de armazenamento de dados, taxa de transmissão de dados e energia disponível para operação. Deste modo, em redes com centenas ou até milhares de nodos, seria inviável que todos estes possuíssem dispositivos de posicionamento global para se localizarem, pois estes acarretariam num considerável aumento de custo e consumo de potência. Como o conhecimento de sua localização, por parte dos nodos, é necessário em aplicações como rastreamento, monitoramento e coleta de dados ambientais, foram criados algoritmos de localização com a função de viabilizar e/ou tornar mais precisa esta tarefa. Assim, neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um método de multilateração iterativo de baixa complexidade para o uso em algoritmos de localização. Para provar que este novo método é eficiente, foi criado um simulador simples baseado no software Matlab com o intuito de avaliar, em termos de erro na localização, a precisão e robustez deste em cenários com disposição aleatória dos nodos de referência, modelo de propagação log-normal com sombreamento e estimação das distâncias através da potência do sinal recebido. Nestas condições, o método de multilateração desenvolvido apresentou uma perda de precisão desconsiderável em relação ao de máxima verossimilhança e com um baixo número de iterações. Desta forma foi possível aumentar a precisão dos algoritmos de localização sem que isto acarrete num aumento de complexidade e de consumo de potência.

Orientador: Leandro Tiago Manera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T15:58:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DellaLucia_FelipeLorenzo_D.pdf: 3577549 bytes, checksum: 4c1aa6af60e58052accce7e28ad2c314 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema sem fio de gestão de iluminação pública. Através do sistema desenvolvido, é possível controlar a potência de cada lâmpada de vapor de sódio de alta pressão dos postes de iluminação pública de determinada região. Desta maneira, nos horários em que as vias públicas se tornam menos utilizadas, é possível reduzir a potência e o brilho das lâmpadas e economizar energia elétrica. O sistema proposto utiliza o protocolo ZigBee para realizar a comunicação sem fio entre os módulos instalados nos postes. Este protocolo é baseado no protocolo IEEE 802.15.4 desenvolvido especialmente para redes de sensores sem fio e foca em baixo consumo de energia e transmissão da informação nó a nó da rede. Também é possível instalar sensores (luminosidade, umidade, etc.) nos módulos projetados e transformar cada unidade de iluminação pública em uma central de monitoramento de determinada região. Os resultados mostram que o sistema economiza energia, sendo possível reduzir a potência das lâmpadas em até 60% sem que o fator de potência do reator saia do valor mínimo estipulado na regulamentação (0,92). Os módulos desenvolvidos dão a opção ao operador de escolher a potência das lâmpadas em três valores distintos: 100%, 80% e 50% da potência nominal, sendo possível alterar estes valores conforme a necessidade do operador e do local onde o sistema será utilizado (condições de tráfego e segurança). O sistema foi testado em laboratório e em campo, em postes da Universidade Estadual de Campinas, onde ficou instalado pelo período entre 05/02/2014 e 01/04/2014. A potência das lâmpadas foi variada e medidas de iluminância e uniformidade foram realizadas na via. Foi possível concluir que o sistema é robusto, imune a interferências eletromagnéticas da rede de distribuição, e dá flexibilidade aos ajustes de iluminância e uniformidade de iluminação da via. O alcance de nó a nó da rede é, em média, de 260 m, o que torna a utilização do protocolo e do circuito desenvolvido adequados para esta aplicação, uma vez que a distância típica entre postes é de 30 a 40 metros. Estudos de viabilidade econômica foram realizados e mostram que o sistema é viável e apresenta taxas de retorno atrativas que dependem fortemente da tarifa de energia vigente / Abstract: This project presents the development of a wireless system for public street lighting management. Through the developed system, it is possible to control the power of each high pressure sodium lamp of the streetlights in a particular region. Thus, at times when the public streets become less utilized, it is possible to reduce the power and brightness of the lamps and save energy. The proposed system uses the ZigBee protocol to perform wireless communication between the modules installed on the lampposts. This protocol is based on IEEE 802.15.4 protocol, developed especially for wireless sensors networks and focus on low power consumption and data transmission node to node. It is also possible to install sensors (luminosity, humidity, etc.) in the designed modules and transform each unit of public lighting in a region into a monitoring station. The results show that the system saves energy and it is possible to reduce the lamp power by 64%, without reducing the ballast's power factor below the value stipulated in the regulation (0.92). The developed modules give the operator the option to choose the lamp power between three distinct values: 100%, 80% and 50% of rated nominal power, and it is also possible to change these values according to the operator's needs and the installment place characteristics (traffic usage, security). The system was tested in laboratory and on field, on the lampposts at State University of Campinas, where it remained installed in the period between February 5th and April 1st of 2014. The lamp power was varied and measurements of illuminance and uniformity were performed on the street. It was possible to conclude that the system is robust and immune to electromagnetic interference from the energy distribution grid, and gives flexibility for adjustments of brightness and uniformity of the street lighting. The reach node to node of the network is, on average 260 m, which makes the protocol and developed circuit adequate for this application, since the distance between lampposts is typically 30 to 40 meters. Economic viability studies have been conducted and show that the system is feasible and present attractive rates of return that depend heavily on the rate of current energy price / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica