Orientador: Leonardo Lorenzo Bravo Roger / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T22:40:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RosaFilho_LuizFernando_M.pdf: 3503905 bytes, checksum: c6170ff191326cb2408381ac1d7ba35d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Esta dissertação descreve os procedimentos para instalação, configuração e utilização de uma RSSF em cultivo de Cana-de-Açúcar enfatizando o conceito de Agricultura de Precisão. O foco do trabalho foi identificação das distâncias e posicionamento dos elementos da rede de modo a diminuir o número de elementos que garantam uma maior cobertura possível da rede, mantendo um funcionamento adequado nesse tipo de aplicação. Contudo, possibilita-se uma diminuição de custo para implantação e viabilização da utilização de tecnologia de Redes de Sensores Sem Fio em cultivo da Cana-de-Açúcar. O gerenciamento adotado para a Rede de Sensores Sem Fio foi abordagem requisição e resposta (RR) e modo de energia de Alta Potencia (HP). Foi avaliado experimentalmente que no cultivo de Cana-de-Açúcar o desempenho de uma RSSF com topologia estrela na camada sorvedouro e nós sensores é superior à topologia em malha e recomendamos a Topologia Híbrida também chamada em Árvore para esse tipo de aplicação da RSSF. Também no importante quesito de consumo de bateria os experimentos mostraram que o modo requisição resposta em configuração HP, não é adequado para tempos na ordem de 2 minutos, deixando aos administradores das redes e aos agricultores deste tipo de cultivo a definição de um tempo adequado de programação das requisições e respostas nos motes / Abstract: This paper describes the processes for installation, configuration and use of a WSN in sugar cane emphasizing the concept of Precision Agriculture. The focus of the study was to identify the distances and positioning of the network elements so as to reduce the number of elements that can ensure better coverage of the network, maintaining a proper functioning of this type of application. However, it allows a decrease in cost for deployment and use of technology the Wireless Sensor Networks in the cultivation of sugar cane. The management adopted for Wireless Sensor Network approach is Request and Response (RR) in Mode Energy Power High (HP). Was evaluated experimentally that in cultivation of sugar cane, the performance of a WSN with star topology between sorvedouro and sensor nodes is best than the mesh topology and is recommend a hybrid topology or tree topology for this kind of application of WSN. Also in the item important battery-consumer this application, experiments have shown that the Mode Power High, setting Request Response, is not suitable for times 2 in 2 minutes , leaving the network administrators and farmers such cultivation defining a timing of scheduling of requests and responses in the motes / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia

This thesis presents contributions to node localization in mobile sensor networks. Considering the importance of localization algorithms in identifying the location of an event in order to better determine the action to be taken by the user, a new localization algorithm to operate in mobile networks was designed, assuming an uncontrollable movement of the nodes. This algorithm, which we call CentroidM, has the Centroid method as a stand. Positive features of the Centroid algorithm were kept while their limitations due to the dynamic characteristcs of the network movement were mitigated. Besides the concern regarding the accuracy of the method, the power consumption of the algorithm was addressed too. The design of an dedicated integrated circuit to deal with the localization task in a mobile network is justified given the high activity of such a subsystem in the given scenario. This way, the focus of this Thesis relies on a low power localization algorithm for mobile networks, with characteristics to allow raising calculated coordinates accuracy in both static and mobile scenarios. The results show that the CentroidM is 30% more accurate than the Centroid on a static scenario, and 40% when we consider a node movement without actuators. These benefits have some computational overhead, increasing 2.76 times the time spent by the CentroidM to run a localization process. However, simulation results showed it is possible to remove such overhead and still keep the achieved estimation gains near 10%. The implementation of the localization method was accomplished through an integrated circuit, which reduced the energy expended during the computation of the coordinates by an order of magnitude when comparing with the execution of the algorithm in a low power commercial microcontroller. / Esta Tese apresenta contribuições ao processo de localização de nodos em redes de sensores móveis. Considerando a importância de algoritmos de localização em uma rede para identificar o local do evento sob estudo e determinar a ação a ser tomada pelo usuário, é desenvolvido um novo algoritmo de localização para operar em redes de sensores móveis, focando o aspecto da mobilidade não controlada dos nodos. Este algoritmo, ao qual denominamos CentroidM, teve como base de desenvolvimento o método Centroid. Foram mantidas as características positivas do Centroid e exploradas as limitações do método para a sua execução em uma rede que considera o movimento. Além do objetivo em reduzir o erro das estimativas de posicionamento calculadas pelo algoritmo, o consumo de potência do método apresentado neste trabalho é enfatizado. O projeto de um circuito integrado dedicado que desempenhe o processo de localização em uma rede móvel é justificado pela intensa utilização de tal subsistema neste tipo de rede, além dos benefícios que um hardware dedicado traz face à redução da energia gasta nesta operação. Desta forma, o foco deste trabalho recai sobre um algoritmo de localização para redes móveis e as características desta abordagem que permitiram aumentar a precisão das estimativas de posicionamento tanto em um cenário com ausência de movimento dos nodos, quanto em outro onde o aspecto da mobilidade sem atuadores foi considerada. Os resultados obtidos nesta Tese demostraram que o CentroidM é 30% mais preciso que o Centroid para um cenário estático e 40% considerando a mobilidade da rede. O ganho alcançado em precisão teve um custo computacional que elevou em 2, 76 vezes o tempo gasto pelo CentroidM para realizar um procedimento de localização. Contudo, os resultados de simulação mostraram que é possível eliminar a sobrecarga computacional e ainda assim atingir ganhos em precisão próximos a 10%. O desenvolvimento do método de localização é complementado pela sua implementação em um circuito integrado dedicado, reduzindo a energia gasta no processo de estimativa da posição em uma ordem da magnitude face à execução do algoritmo em um microcontrolador comercial de baixo consumo.

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

El monitoreo de las variables del medio ambiente es fundamental hoy en día, debido a las necesidades de automatización y control que se pueden presentar, por ejemplo, en campos de cultivo y zonas de crianza de animales, entre otros. El objetivo de la tesis es el diseño de una red inalámbrica de sensores para el monitoreo de la temperatura y la humedad relativa en un campus universitario. La tesis se centra en la medición de dichas variables en determinados puntos del sector estudiado para obtener resultados que se puedan visualizar en un mapa virtual. Se han desarrollado las siguientes cuatro secciones: la problemática de las mediciones de temperatura y humedad relativa; los fundamentos teóricos del estudio; la metodología empleada, y las pruebas y diseño del sistema. El resultado es un análisis de microclimas, que permite observar de manera cuantitativa y en tiempo real las variables analizadas. Este estudio se valida en los resultados de variación de la temperatura y la humedad relativa, pues conforme aumenta la temperatura, la humedad relativa disminuye y viceversa.

El rápido avance del internet de las cosas ha supuesto plantear nuevas maneras de implementar las redes de sensores. Es así como la tecnología RFID se ha ido tornando cada vez más atractiva como una alternativa que no requiere el uso de baterías. La plataforma WISP (Wireless Identification Sensing Platform) es uno de los dispositivos que más ha permitido impulsar el desarrollo de sensores RFID. WISP es la primera etiqueta RFID computacional, es decir, que permite programar un algoritmo básico en su memoria. Sin embargo, al igual que con las redes de sensores actuales, estos dispositivos suelen ser blancos fáciles de atacantes cibernéticos ya que son un punto débil en la red debido a sus limitaciones en recursos de hardware y energía que dificultan desarrollar criptografías en software eficientes. En este trabajo se presenta un estudio sobre el diseño de una arquitectura para un procesador criptográfico de Curvas elípticas (ECC) de bajo consumo energético implementado que cumple con las limitaciones energéticas para ser utilizado con la etiqueta WISP. Este trabajo está basado en las arquitecturas propuestas por Ahmad Salman [1] y Siddika Berna [2].

El uso de nodos de sensores wireless,en inglés: wireless sensors node (WSN), se ha vuelto popular en los últimos años. Estos dispositivos tienen aplicaciones tanto en salud, estilo de vida de las personas, en recolección de información en las industrias y en el mantenimiento predictivo de las estructuras. Lamentablemente, el uso de estos dispositivos no ha sido masificado debido a que el tiempo de vida y la densidad de potencia de las baterías limitan drásticamente el uso estos. Estas limitaciones pueden ser superadas a través del uso de la cosecha de energía para poder recargar las baterías. La cosecha de energía es una técnica que se basa en la recolección y uso de algún tipo de energía presente en el ambiente. Los cosechadores de energía necesitan de un conversor DC-DC para acondicionar el voltaje de salida del cosechador a un voltaje con el cual el dispositivo wireless funcione correctamente. El tipo de conversores DC-DC usados para esta aplicación son los conversores DC-DC a base de capacitores conmutados (SC DC-DC) ya que poseen una alta densidad de potencia, tienen un alto porcentaje de eficiencia de potencia y son compatibles con la tecnología CMOS.

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.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:06:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5631.pdf: 1787133 bytes, checksum: c363525148fa6a5fe71608e7a8ffcf4c (MD5) Previous issue date: 2012-09-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The Wireless Sensor Networks (WSNs) and Mobile Wireless Sensor Networks (MWSNs) are being increasingly used by different applications, such as monitoring of animals, monitoring of vital signs, environmental monitoring, surveillance and protection of critical infrastructure, leaking gas, among many others. Some of these applications are already making use of mobile sensor nodes, such as underwater monitoring, precision agriculture, among many others. Due to restricted resources of sensor nodes, especially in relation to energy consumption, the development for solutions based on WSN and MWSN becomes limited. The use of mobile sensor nodes, which typically has more computational resources, power and communication, can help to reduce the energy consumption of fixed nodes, increasing the lifetime of the network. Networks that use mobile sensor nodes (fixed and mobile) with different types of hardware are called Wireless Sensor Networks Heterogeneous Mobile. This paper presents the RAHMoN (Routing Algorithm for Heterogeneous Mobile Networks), which makes use of data aggregation technique to reduce the traffic transmissions on the network, hierarchy of nodes (clustering), and use of sensor nodes (fixed and mobile) that collaborate to deliver data to a sink node at high speed. In RAHMoN, the network is configured using the techniques of inundation (flooding) and inundation reverse (reverse flooding) to collect the fixed position of sensor nodes and form an adjacency matrix. This matrix helps to build routes for data delivery to the sink and is stored in the mobile sensor nodes. Results show that our solution can guarantee a high packages delivery rate, low latency and reduce the delay of packet delivery. The solution was compared with the WHISPER, present in the literature and also focused on the delivery of data to sink node at high speed. / As Redes de sensores sem Fio (RSSFs) e Redes de Sensores Sem Fio Móveis (RSSFMs) estão sendo cada vez mais utilizadas por diferentes aplicações, tais como: monitoramento de animais, monitoramento de sinais vitais, monitoramento ambiental, vigilância e proteção de infraestruturas críticas, vazamento de gás, dentre inúmeras outras. Algumas dessas aplicações já fazem uso de nós sensores móveis. Devido aos recursos restritos dos nós sensores, principalmente em relação ao consumo energético, o desenvolvimento de soluções baseadas em RSSF e RSSFM torna-se limitado. O uso de nós sensores móveis, que tipicamente têm mais recursos computacionais, de energia e de comunicação, pode ajudar a reduzir o consumo de energia dos nós fixos, aumentando o tempo de vida da rede. Redes que utilizam nós sensores (fixos e móveis) com diferentes tipos de hardware são denominadas Redes de Sensores Sem Fio Móvel Heterogênea. Neste trabalho é apresentado o RAHMoN (Routing Algorithm for Heterogeneous Mobile Networks), que faz uso da técnica de agregação de dados para reduzir o tráfego de transmissões na rede, da hierarquização de nós (clustering), da utilização de nós sensores (fixos e móveis) e de um sink em alta velocidade. No RAHMoN, a rede é configurada utilizando flooding e flooding reverse para coletar a posição dos nós sensores fixos e formar uma matriz de adjacência. Essa matriz auxilia na construção de rotas durante a entrega dos dados para o sink e será armazenada nos nós sensores móveis. Resultados de avaliação mostram que a nossa solução consegue garantir uma alta taxa de entrega de pacotes, diminuir a latência e reduzir o atraso de entrega dos pacotes. A solução foi comparada com o WHISPER, presente na literatura e também voltado à entrega de dados para o nó sink em alta velocidade.

Redes de sensores sem fio (RSSF) tipicamente consistem de nós sensores com limitação de energia, processamento, comunicação e memória. A segurança em RSSF está se tornando fundamental com o surgimento de aplicações que necessitam de mecanismos que permitam autenticidade, integridade e confidencialidade. Devido a limitações de recursos em RSSF, adequar criptossistemas de chaves públicas (PKC) para estas redes é um problema de pesquisa em aberto. Meados de 2008, Danilo Gligoroski et al. propuseram um novo PKC baseado em quase-grupos multivariados quadráticos (MQQ). Experimentos feitos por Gligoroski na plataforma FPGA mostram que MQQ executou em tempo menor que principais PKC (DH, RSA e ECC) existentes, tanto que alguns artigos afirmam que MQQ possui velocidade de uma típica cifra de bloco simétrica. Além disto, o MQQ exibiu o mesmo nível de segurança que outros PKC (DH, RSA e ECC) necessitando chaves menores. Outra propriedade que chama atenção no MQQ é o uso das operações básicas XOR, AND e deslocamento de bits nos processos de encriptação e decriptação, fato importante considerando que uma RSSF possui processamento limitado. Estas características tornam o MQQ promissor a levar um novo caminho na difícil tarefa de dotar redes de sensores sem fio de criptossistemas de chaves públicas. Neste contexto se insere este trabalho que analisa a viabilidade de implementar o algoritmo MQQ em uma plataforma de RSSF. Sendo importante considerar que este trabalho inova na proposta de levar para RSSF este novo PKC baseado quase-grupos multivariados quadráticos, além de contribuir com um método para reduzir o tamanho da chave pública utilizada pelo MQQ. Foram feitos testes com MQQ nas plataformas TelosB e MICAz, sendo que o MQQexibiu os tempos de 825; 1 ms para encriptar e 116; 6 ms para decriptar no TelosB e 445 ms para encriptar no MICAz. / Wireless sensor networks (WSN) typically consist of sensor nodes with limited energy, processing, communication and memory. Security in WSN is becoming critical with the emergence of applications that require mechanisms for authenticity, integrity and confidentiality. Due to resource constraints in sensor networks, public key cryptosystems suit (PKC) for these networks is an open research problem. In 2008 Danilo Gligoroski et al. proposed a new PKC based on quasi-groups multivariate quadratic (MQQ). Experiments by Gligoroski on FPGA platform show that MQQ performed in less time than most popular PKC (DH, RSA and ECC), so that some papers say MQQ has a typical speed of symmetric block cipher. Moreover, the MQQ exhibited same level of security that other PKC (DH, RSA and ECC) requiring keys minors. Another property that draws attention in MQQ is the use of basic operations XOR, AND, and bit shifting in the processes of encryption and decryption, important fact considering that a WSN has limited processing. These features make the MQQ promising to take a new path in the difficult task of providing wireless sensor networks in public key cryptosystems. Appears in this context that this study examines the feasibility of implementing MQQ a platform for WSN. Is important to consider this innovative work in the proposal to bring this new PKC for WSN based multivariate quadratic quasigroups, and contribute a method to reduce the size public key used by MQQ. Tests with MQQ on platforms TelosB and MICAz, the MQQ exhibited 825ms to encrypt and 116ms to decrypt on TelosB and 445 ms to encrypt on MICAz.

Orientador: Paulo José Amaral Serni / Coorientador: Eduardo Paciência Godoy / Banca: Everson Martins / Banca: Atila Madureira Bueno / Resumo: A preocupação com a qualidade da energia elétrica, seu uso e técnicas para redução de perdas elétrica não é mais uma tendência e sim uma necessidade, pois, tem se entendido que a energia elétrica é um bem comum e não deve ser desperdiçada. Nesse contexto, estratégias para controlar o nível de tensão e o fator de potência vêm sendo tratadas, com o objetivo de aprimorar o controle dessas variáveis. Este trabalho apresenta uma estratégia de controle integrado de regulação de tensão e do fator de potência para um sistema de distribuição de energia elétrica usando uma rede de comunicação sem fio. A estratégia de controle proposta consiste em uma rede de comunicação entre os dispositivos designados para operarem reguladores de tensão, transformadores com comutadores sob carga e banco de capacitores, concentrando as informações em um único dispositivo capaz de definir a operação dos demais dispositivos alocados no sistema, sendo a concentração das informações feita localmente, sem a necessidade de um sistema de controle centralizado, permitindo uma simplificação e uma redução significativa de custo para implementação de uma solução de controle integrado de tensão e do fator de potência. A estratégia de controle proposta foi modelada no ambiente Matlab®/Simulink® e a rede de comunicação na ferramenta TrueTime. O estudo apresenta uma comparação entre a estratégia proposta e o método de controle tradicional, abordando aspectos relacionados a qualidade de energia elétrica entregue, dema... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The issue about power quality, its rational use, and techniques to reduce electrical losses in the distribution systems is not anymore a trend but a necessity, due to, a understanding that the electricity is a common good, then, should not be wasted. Based on this context, strategies have been studying to control the voltage and power factor with the objective to improve the control of this variables. This work presents an integrated control for voltage and power factor strategy to distribution systems using a wireless network. The purposed strategy allows a communication between the devices designed to operate voltage regulators, on load transformers tap changers, and capacitors bank, concentrating all information in only one device, which is able to define the operation of others, being the concentration information made locally, without a necessity of the a centralize system, simplifying and reducing costs related the implementation of an integrated control for voltage and power factor. The strategy presented was modeled in the Matlab®/Simulink® and the communication network using the TrueTime toolbox. The study presents a comparison between the traditional strategy and the purposed, analyzing the power quality delivered, power demand in peak time, and electrical losses in the system. The results shows that the integrated control for voltage and power factor strategy allows the use of capacitors bank downstream of voltage regulators without any impact in the power quality ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre