Made available in DSpace on 2019-03-30T00:01:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2018-01-30 / The Internet of Things (IoT) is based on interconnection of intelligent and addressable devices, allowing their autonomy and proactive behavior with Internet connectivity. Data dissemination in IoT usually depends on the application and requires context-aware routing protocols that must include auto-configuration features (which adapt the behavior of the network at runtime, based on context information). This job proposes an approach for IoT route selection using fuzzy logic in order to attain the requirements of specific applications. In this case, fuzzy logic is used to translate in math terms the imprecise information expressed by a set of linguistic rules. For this purpose, four Objective Functions (OFs) are proposed for the Routing Protocol for Low Power and Loss Networks (RPL); such OFs are dynamically selected based on context information. The aforementioned OFs are generated from the fusion of the following metrics: Expected Transmission Count (ETX), Number of Hops (NH), and Energy Consumed (EC). The experiments performed through simulation, associated with the statistical data analysis, conclude that this proposal can provide assurance of data delivery, more energy efficiency, and shorter delay when compared to the available objective functions OF0, MRHOF, ERAOF and OF-FL, considering different contexts of IoT applications. For data delivery, DQCA-OF1(FL) function achieved the best performance, with a delivery ratio about 94% when compared to the DQCA-OF1, OF-FL, ERAOF, MRHOF, and OF0 objective functions, with delivery ratios of 89%, 70%, 67,98%, 65.62%, and 50.4%, respectively. For energy efficiency, the DQCA-OF4 function achieved higher remaining energy (170 joules) compared to the DQCA-OF4(FL), OF-FL, ERAOF, MRHOF, and OF0 objective functions with consumption of 136 joules, 130 joules, 107 joules, 99 joules, and 76 joules, respectively. At delay metric, the proposal shown to be more efficient presenting lower value with to the number of hops (12.23), compared to the DQCA-OF4 (14.97), OF-FL (16.54), ERAOF (18,12), MRHOF (20,42), and OF0 (26.92). Keywords: Internet of Things, Routing, 6LowPAN, Context-aware, Objective Function, Fuzzy System. / A Internet das Coisas (IoT) é baseada na interconexão de dispositivos inteligentes e endereçáveis, permitindo sua autonomia e comportamento proativo com conectividade com a Internet. A disseminação de dados no IoT geralmente depende do aplicativo e requer protocolos de roteamento com reconhecimento de contexto que devem incluir recursos de configuração automática (que adaptam o comportamento da rede em tempo de execução, com base em informações de contexto). Este trabalho propõe uma abordagem para a seleção de rotas IoT usando lógica difusa para atingir os requisitos de aplicativos específicos. Neste caso, a lógica difusa é usada para traduzir em termos matemáticos as informações imprecisas expressas por um conjunto de regras linguísticas. Para este propósito, quatro Funções Objetivas (FO) são propostas para o Protocolo de Roteamento para Redes de Baixa Potência e Perda (RPL); tais FO são selecionados dinamicamente com base em informações de contexto. As FO acima mencionados são gerados a partir da fusão das seguintes métricas: contagem de transmissão esperada (ETX), número de lúpulos (NH) e consumo de energia (EC). Os experimentos realizados através da simulação, associados à análise de dados estatísticos, concluem que esta proposta pode fornecer garantia de entrega de dados, maior eficiência energética e menor atraso em comparação com as funções objetivas disponíveis OF0, MRHOF, ERAOF e OF-FL, considerando diferentes contextos das aplicações IoT. Para a entrega de dados, a função DQCA-OF1 (FL) obteve o melhor desempenho, com uma taxa de entrega de cerca de 94% quando comparada às funções objetivas DQCA-OF1, OF-FL, ERAOF, MRHOF e OF0, com taxas de entrega de 89%, 70%, 67,98%, 65,62% e 50,4%, respectivamente. Para a eficiência energética, a função DQCA-OF4 obteve maior energia remanescente (170 joules) em comparação com as funções objetivas DQCA-OF4 (FL), OF-FL, ERAOF, MRHOF e OF0 com consumo de 136 joules, 130 joules, 107 joules, 99 joules e 76 joules, respectivamente. Na métrica de atraso, a proposta mostrou ser mais eficiente apresentando menor valor com o número de lúpulos (12.23), em comparação com o DQCA-OF4 (14.97), OF-FL (16.54), ERAOF (18,12), MRHOF (20,42) e OF0 (26,92). Palavras-chave: Internet das coisas, roteamento, 6LowPAN, ciente de contexto, função objetivo, sistema fuzzy.

Made available in DSpace on 2019-03-30T00:01:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2018-03-23 / In smart grid, electrical equipment can monitor and control the power supplied to the consumers through bi-directional data communication. There is a tendency in the standardisation of communication of these equipment with the control center of a power substation (CCSEE). Currently, many electrical equipment commercially available on the market already communicate using the commercial communication protocols such as DNP3, Modbus and IEC 61850. But in the brazilian power system there are still old devices (legacy) that are in operation in the distribution and transmission networks. Many of these devices either have no communication characteristics or use proprietary communication protocols. Thus, this study proposes an infrastructure, based on a wireless sensor network (WSN), to allow the integration of legacy electrical equipment into a smart grid. In this case, each legacy electrical device is connected to a WSN's sensor node, and the sink node runs a middleware to enable the integration, based on the commercial communication protocols, of this device with the smart grid. This middleware performs, among other activities, the conversion/translation of the messages exchanged between the CCSEE and the electrical equipment installed on the smart grid. This infrastructure also provides some facilities to meet the requirements of communication between the electrical devices of a smart grid, such as security, response time and scalability. These requirements are important and necessary since the communication, monitoring and operation of the equipment in a power system are considered critical activities. Keywords: Middleware, smart grid, wireless sensor network (WSN), communication protocols, smart metering / Em uma smart grid, os equipamentos elétricos podem monitorar e controlar a energia elétrica fornecida aos consumidores por meio de uma comunicação de dados bidirecional. Há uma tendência na padronização da comunicação desses equipamentos com o centro de controle de uma subestação de energia elétrica (CCSEE). Atualmente, muitos equipamentos elétricos comercializados no mercado já se comunicam utilizando protocolos de comunicação comerciais, tais como o DNP3, o Modbus e o IEC 61850. Mas, no sistema elétrico brasileiro ainda há equipamentos antigos (legados) que estão em operação nas redes de distribuição e transmissão de energia elétrica. Muitos desses equipamentos ou não possuem características de comunicação ou utilizam um protocolo de comunicação proprietário. Assim, este estudo propõe uma infraestrutura, baseada em redes de sensores sem fio (RSSFs), para permitir a integração de equipamentos elétricos legados a uma smart grid. Nesse caso, cada equipamento elétrico legado está conectado a um nó sensor de uma RSSF, e o nó sink executa um middleware para possibilitar a integração, baseada em protocolos de comunicação comerciais, desse equipamento com a smart grid. Esse middleware realiza, entre outras atividades, a conversão/tradução das mensagens trocadas entre o CCSEE e os equipamentos elétricos instalados na smart grid. Essa infraestrutura oferece também algumas facilidades para o atendimento dos requisitos de uma comunicação entre os equipamentos elétricos de uma smart grid, tais como segurança, tempo de resposta e escalabilidade. Esses requisitos são importantes e necessários, uma vez que a comunicação, o monitoramento e a operação de equipamentos de um sistema elétrico são considerados atividades críticas. Palavras-chaves: Middleware, smart grid, redes de sensores sem o (RSSFs), protocolos de comunicação, smart metering

Made available in DSpace on 2019-03-29T23:38:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-05-29 / The Wireless Sensor Networks (WSN) are composed of sensor nodes capable of collecting (feeling), processing and transmitting data related to some phenomena in the environment. Despite their several potential uses, the WSN have strict limitations, mainly related to energy consumption during data transmission. One of the possible approaches to optimize the use of limited resources in WSN is to improve the performance of routing protocols. In this research, the fuzzy inference system is used to estimate the degree of quality of the routes, based on the number of hops and on the energy level of the nodes that make up a route. Thus, the routing protocols can use the degree of quality of the routes at the time of selecting one of several possible paths. An ant colony optimization algorithm is used to adjust, automatically, the rule base of the fuzzy system in order to improve the estimation strategy of the quality of routes with the objective of increasing the energy efficiency of the network. Simulations using routing protocols with multiple paths, Directed Diffusion, Location Aware Routing Protocol and Ad hoc On-Demand Multipath Distance Vector, show that the proposal is effective from the standpoint of four relevant metrics: number of messages delivered to the sink node, the average cost per message, packet loss rate and life span of the first sensor node. Keywords: Wireless Sensor Networks. Multipath Routing Protocols. Fuzzy Inference Systems. Ant Colony Optimization. Energy Efficiency. / As Redes de Sensores sem Fio (RSSF) são compostas por nós sensores capazes de coletar (sentir), processar e transmitir dados relacionados a algum fenômeno no ambiente. Apesar das várias possibilidades de uso, as RSSF possuem rigorosas limitações, principalmente com o consumo de energia durante a transmissão dos dados. Uma das possíveis abordagens para a otimização do uso dos recursos limitados em RSSF é a melhoria do desempenho dos protocolos de roteamento. Nesta pesquisa, um sistema de inferência fuzzy é usado para estimar o grau de qualidade das rotas, com base no número de saltos e no nível de energia dos nós que compõem uma rota. Dessa forma, os protocolos de roteamento podem utilizar o grau de qualidade das rotas no momento da seleção de um dos vários caminhos possíveis. Um algoritmo de otimização por colônia de formigas é utilizado para ajustar, de forma automática, a base de regras do sistema fuzzy, a fim de melhorar a estratégia de estimação da qualidade das rotas, com o objetivo de aumentar a eficiência de energia da rede. As simulações, utilizando os protocolos de roteamento com múltiplos caminhos, Directed Diffusion, Location Aware Routing Protocol e Ad hoc On-Demand Distance Vector Multipath, evidenciam que a proposta é eficaz do ponto de vista de quatro relevantes métricas: número de mensagens entregues ao nó sorvedouro, custo médio por mensagem, taxa de perda de pacotes e tempo de vida do primeiro nó sensor. Palavras-chave: Redes de Sensores sem Fio. Protocolos com Múltiplos Caminhos. Sistemas de Inferência Fuzzy. Otimização por Colônia de Formigas. Eficiência de Energia.

Made available in DSpace on 2019-03-29T23:38:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-07-26 / Wireless Sensor Networks (WSN) are becoming increasingly popular in civilian and military applications, such as monitoring, disaster recovery, control, automation and many others. Due to this dissemination of WSN and lack of computational resources of sensors, these networks have become target of all kinds of attacks from adversaries interested in compromising their operation. Thus, in recent years, many security mechanisms have been proposed to minimize the impact of attacks in sensor networks and make users of these networks to have access to reliable data. However, it is possible that adversaries are able to perform attacks capable of circumventing the security mechanisms installed in a WSN, making that the users of these networks receive corrupted data, even though they have the impression that they are using reliable data. Thus, it is necessary a mechanism able to quantify the security level of the sensor data and inform it to WSN users so that they can be aware of the reliability of these data and be able to make educated decisions about their use. However, existing works to quantify security in WSN are still not able to meet all the criteria necessary to estimate the security level of the sensor data. Hence, this work presents the Sensor Data Security Estimator (SDSE), a framework able to estimate the security level of data from wireless sensor networks using security metrics obtained from security mechanisms installed in the network. The security metrics defined by the SDSE can also be used to help professionals to make decisions about how to choose between alternative security architectures and evaluate different security mechanisms. The metrics and security level estimated by the SDSE are rigorously validated through simulations that show the accuracy of the proposed framework. The comparisons with other existing works show that the results obtained by the SDSE are quite promising. Keywords: Wireless Sensor Networks, Security Level, Security Metrics. / As Redes de Sensores sem Fio (RSSF) estão se tornando cada vez mais populares em aplicações militares e civis, tais como monitoramento, recuperação de desastres, controle, automação e muitas outras. Devido a essa difusão das RSSF e a escassez de recursos computacionais dos sensores, essas redes se tornaram alvo dos mais variados tipos de ataques de adversários interessados em comprometer seu funcionamento. Com isso, nos últimos anos, inúmeros mecanismos de segurança vêm sendo propostos para minimizar o impacto de ataques nas redes de sensores e fazer com que os usuários destas redes tenham acesso a dados confiáveis. Entretanto, é possível que adversários consigam realizar ataques capazes de burlar os mecanismos de segurança instalados em uma RSSF, fazendo com que os usuários dessas redes recebam dados corrompidos, embora tenham a impressão de que estão utilizando dados confiáveis. Desse modo, faz-se necessário um mecanismo capaz de quantificar o nível de segurança dos dados dos sensores e informá-lo aos usuários das RSSF, para que estes tenham conhecimento da confiabilidade desses dados e possam tomar decisões informadas sobre sua utilização. Contudo, os trabalhos existentes para quantificar segurança em RSSF ainda não são capazes de atender a todos os critérios necessários para se estimar o nível de segurança dos dados dos sensores. Diante disso, este trabalho apresenta o Sensor Data Security Estimator (SDSE), um framework capaz de estimar o nível de segurança dos dados de uma rede de sensores sem fio a partir de métricas de segurança obtidas por meio dos mecanismos de segurança instalados na rede. As métricas de segurança definidas pelo SDSE também podem ser utilizadas para ajudar profissionais a tomar decisões sobre como escolher entre arquiteturas de segurança alternativas e avaliar diferentes mecanismos de segurança. As métricas e o nível de segurança estimados pelo SDSE são rigorosamente validados por meio de simulações que mostram a acurácia do framework proposto. As comparações realizadas com outros trabalhos existentes apontam que os resultados obtidos pelo SDSE são bastante promissores. Palavras-chave: Redes de Sensores sem Fio, Nível de Segurança, Métricas de Segurança.

Made available in DSpace on 2019-03-29T23:53:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-10-09 / The power management of the sensors that make it up and use directly influences the lifetime of a Wireless Sensor Network. The models applied to the problem aim to optimize energy use organizing the activation of sensors in time intervals, so that only the minimum amount of sensors is activated, respecting the constraints of coverage and connectivity. However, this class of problems has significant computational complexity where it is not possible to obtain optimal solution, making it necessary to implement methodologies in order to find a viable solution, allowing solve larger instances and increasingly closer to real networks. The objective of this research is to present a structured hybrid methodology in a heuristic partition adding the methodology to generate and solve improving the results and expanding the size of the instances of networks while maintaining the flexibility and reliability when applied to problems of wireless sensor networks Homogeneous Heterogeneous and with restrictions of coverage and connectivity. / O tempo de vida útil de uma Rede de Sensores Sem Fio é diretamente influenciado pelo gerenciamento da energia dos sensores que a compõem e utilização. Os modelos aplicados ao problema têm por objetivo otimizar a utilização energética organizando a ativação dos sensores em intervalos de tempo, de forma que somente a quantidade mínima necessária de sensores seja ativados, respeitando as restrições de cobertura e conectividade. Entretanto, essa classe de problemas possui significativa complexidade computacional, onde não é possível obter solução ótima, tornando necessário implementar metodologias de forma a encontrar uma solução viável, permitindo solucionar instâncias maiores e cada vez mais próximas das redes reais. O objetivo desta pesquisa é apresentar uma metodologia híbrida estruturada em uma heurística de partição agregando a metodologia gerar e resolver aperfeiçoando os resultados obtidos e ampliando o tamanho das instâncias das redes, mantendo a flexibilidade e confiabilidade quando aplicados a problemas de redes de sensores sem fio Homogêneas e Heterogêneas com restrições de cobertura e conectividade.

Orientador: Eduardo Machado Perea Martins / Banca: Rodrigo Maximo Sanchez Roman / Banca: João Carlos Cury Saad / Banca: Marcelo Girotto / Banca: Andrea Carla Gonçalves Vianna / Resumo: Este é um trabalho de tecnologia computacional aplicada na área agrícola, cujo objetivo principal do trabalho é desenvolver uma rede de sensores sem fio, que envolve aspectos de software e hardware, para o monitoramento térmico no interior de uma casa de vegetação. Além da rede propriamente dita, o trabalho também inclui a sua aplicação no levantamento quantitativo da variabilidade térmica na casa de vegetação o que pode ser aplicado em diversas atividades agrícolas a serem desenvolvidas no interior da estrutura. A proposta é que a rede desenvolvida seja de fácil implementação e manuseio, com baixo custo, e que use técnicas computacionais eficientes a fim de permitir a sua fácil adaptação a diferentes necessidades das pesquisas. As redes de sensores sem fios dependem fundamentalmente de estruturas chamadas de nós de sensoriamento, que são responsáveis pelas medições de um parâmetro físico e também pela troca de informações via rádio. No presente e trabalho, o nó de sensoriamento desenvolvido é constituído pelo módulo de rádio XBee Pro S2B; por um módulo de processamento Arduino Nano e por sensores de temperatura modelo LM35. O processador de cada nó de sensoriamento da rede desenvolvida executa um programa que faz a captura dos dados dos sensores de temperatura e os enviam por rádio à um computador onde existe um software que também foi desenvolvido no presente trabalho com o objetivo de receber, separar e gravar os dados de uma rede de sensores sem fio para o monitoramento térmico em casas de vegetação. Cada nó de sensoriamento possui capacidade de ser conectado a até 8 sensores LM35. Na análise térmica, foram distribuídos dois nós de sensoriamento e um total de 15 sensores distribuídos sistematicamente no interior de uma casa de vegetação do tipo teto em arco com dimensões de 8 X 16 metros localizada em Garça - SP. Os sensores foram ... / Abstract: This work presents the use of computer technology applied in agricultural systems, which involves aspects of software and hardware for thermal monitoring inside a greenhouse. It includes detailed analyses of the thermal variability in the greenhouse, which can be used in various agricultural activities implemented within the structure. The work also includes de design of a wireless sensor network with main features are easy implementation, low cost, and efficient use of computational techniques to allow easy adaptation to new different needs of research. Wireless sensor networks depend of a structure called sensor node, which are responsible for measuring a physical parameter and by wireless information exchange. In this work, the sensing node was designed with a radio module XBee Pro S2B; an Arduino Nano by a processing module; and the LM35 temperature sensor. The sensor nodes processor runs a program that makes the capture of data from temperature sensors and sends them by radio to a computer where a software which was also developed in this work and aim to receive, separate and record data from a wireless sensor network for monitoring the air temperature inside greenhouses. Each sensor node has the ability to be connected to up to eight LM35 sensors. In greenhouse thermal analysis, they were distributed in two sensing nodes connected to 15 sensors systematically distributed into the greenhouse with dimensions of 8 x 16 meters located in Garça - SP, Brazil. The sensors were... / Doutor

Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado. Mestrado integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Estágio realizado no INESC e orientado pelo Prof. Doutor Ireneu Dias e Prof. Doutor Sérgio Mendonça / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Automação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de doutoramento. Ciências de Engenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007