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Redes dinâmicas de sensores sem fio ZigBee para aplicações de monitoramento e controle /

Oliveira, Thiago de Almeida. January 2015 (has links)
Orientador: Eduardo Paciência Godoy / Banca: Everson Martins / Banca: Ivando Severino Diniz / Resumo: Nos últimos anos, a tecnologia de Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) tem atraído crescente atenção dos meios acadêmicos e industrial devido a seu enorme potencial em diversos campos de aplicação. Atualmente, em grande parte dos estudos em RSSFs, a rede é assumida a abranger um grande número de dispositivos sensores estáticos dispersos sobre uma área de interesse, formando uma rede de comunicação com área de cobertura fixa. Como uma extensão de capacidade de RSSFs, a mobilidade de componentes e dinamismo da rede apresentam uma interessante nova cadeia de aplicações, definida neste trabalho como Rede Dinâmica de Sensores Sem Fio (RDSSF). O desafio inicial das RDSSFs é analisar se esta dinâmica imposta à rede será suportada, uma vez que o protocolo de rede usando deve atender os requisitos para estas novas aplicações, como formação de rede e auto-organização, gerenciamento de comunicação com frequentes entradas e saídas de dispositivos da rede, descoberta de rotas de transmissão de dados com a mobilidade dos nós, entre outras características. Visando superar estes obstáculos, protocolos específicos de comunicação sem fio têm sido desenvolvidos para atender aplicações com mobilidade de dispositivos em RSSFs. Entretanto, estes protocolos específicos limitam o desenvolvimento de RDSSFs por se tratar de soluções pontuais e proprietárias ao invés fr dr utilizar um protocolo padronizado para interoperabilidade. Neste contexto, este trabalho apresenta uma análise de viabilidade de utilização do protocolo ZigBee em aplicações de RDSSF. Um levantamento de características e requisitos de aplicação, bem como uma discussão das vantagens e limitações relativos à adoção do protocolo ZigBee em RDSSFs são apresentados. Uma metodologia de projeto e desenvolvimento de RDSSF ZigBee é proposta com a finalidade de auxiliar em novas aplicações desta tecnologia. Além disso uma validação experimental desta... / Abstract: The wireless sensor network (WSN) technology has attracted increasing attention considering its potential in many application fields. In most studies on WSNs, the network is assumed to cover a large number of static devices over a fixed coverage area. As an extension of WSN capacibilities, the devices mobility and network dynamism provide a new chain of interesting applications defined as Wirelles Dynamic Sensor Network (WDSN). The initial challenge in WDSN is to investigate whether this dynamic imposed on the network will be supported, once the used network protocol must meet the requirements for WDSN applications such as network formation and self-organization, communication management with the input and output devices on the network, route discovery and data transmission with node mobility, among other characteristics. In order to overcome these issues, specific wireless protocols have been developed to meet applications with devices mobility in WSN. However, these specific protocols limit the development of WSN since they are isolated and proprietary solutions, instead of using a standardized protocol for interoperability. In this context, this work presents a feasibility analysis of ZigBee protocol for WDSN applications. A survey of application features and requirements, as well as a discussion of advantages and limitations, regarding adoption of the ZigBee protocol in WDSN are presented. A design and development methodology of ZigBee WDSN is proposed in order to assist in new applications of this technology. Furthermore, an experimental validation using ZigBee protocol devices proves the WDSN potential / Mestre
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Modelagem em nível transacional de sistemas em chip mistos para aplicações de redes de sensores sem fio / Transaction level modeling of mixed-signal systems on chip for wireless sensor networks applications

Beserra, Gilmar Silva 07 October 2010 (has links)
Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2010. / Submitted by Gabriela Ribeiro (gaby_ribeiro87@hotmail.com) on 2011-09-01T17:59:27Z No. of bitstreams: 1 2011_GilmarSilvaBeserra.pdf: 3908312 bytes, checksum: 828741344ff864f0ae161bc009bab11b (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2011-10-31T18:04:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_GilmarSilvaBeserra.pdf: 3908312 bytes, checksum: 828741344ff864f0ae161bc009bab11b (MD5) / Made available in DSpace on 2011-10-31T18:04:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_GilmarSilvaBeserra.pdf: 3908312 bytes, checksum: 828741344ff864f0ae161bc009bab11b (MD5) / Este trabalho apresenta a modelagem em nível de sistema de SoCs mistos que estão sendo desenvolvidos nesta instituição, voltados inicialmente para aplicações envolvendo redes de sensores sem fio (RSSF). A abordagem utilizada na modelagem combina o uso de SystemC-AMS para descrever blocos analógicos com o uso da biblioteca SCNSL (SystemC Network Simulation Library) para permitir a comunicação entre nós constituídos pelos SoCs e nós funcionais em um ambiente de RSSF. Os modelos desenvolvidos foram integrados em duas plataformas virtuais. A primeira consiste em um SoC que possui um processador RISC de 16 bits, controlador de interrupções, memória e interfaces digital, analógica e de RF. A segunda possui um processador RISC de 32 bits com um conjunto de instruções baseado no do MIPS e com controle de interrupções implementado, barramento, memória, timer, sensor de imagem APS, módulo AES, ADC, interface de RF e blocos reconfiguráveis. Foram realizadas simulações de aplicações que permitiram verificar o fluxo de dados entre os módulos e o correto funcionamento das plataformas virtuais. Sendo assim, foi efetuada uma melhoria no fluxo de projeto utilizado anteriormente pela nossa equipe, ao se permitir o desenvolvimento e teste de software embarcado em estágios iniciais do projeto, bem como foi gerada uma biblioteca de modelos (LDCI_Modeling_Library) que podem ser usados na implementação de outras plataformas virtuais. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents the system-level modeling of mixed-signal SoCs that are currently being developed at this institution, aiming initially at Wireless Sensor Networks (WSN) applications. The approach presented here combines the use of SystemC-AMS to describe analog blocks and SCNSL (SystemC Network Simulation Library) to allow the communication among nodes composed by SoCs and functional level nodes in a WSN environment. The developed models were integrated into two virtual platforms. The first one consists of a 16-bit RISC processor, interrupt controller, memory and digital, analog and RF interfaces. The second one has a 32-bit RISC processor with a MIPS-based instruction set and an implemented interrupt controller, bus, memory, timer, APS image sensor, AES module, ADC, RF interface and reconfigurable blocks. Both virtual platforms were simulated by running applications that allowed to verify the dataflow among the modules and check their correctness. Therefore, the design flow previously used by our team was improved by allowing the development and test of embedded software at early stages. A library with models (LDCI_Modeling_Library) was also generated and can be used to implement other virtual platforms.
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Array interpolation methods with applications in wireless sensor networks and global positioning systems

Marinho, Marco Antonio Marques 12 1900 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-05-08T14:55:32Z No. of bitstreams: 1 2013_MarcoAntonioMarquesMarinho.pdf: 1381668 bytes, checksum: b6f72e816a7a328699ea1ba4dfea1336 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-05-19T12:07:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_MarcoAntonioMarquesMarinho.pdf: 1381668 bytes, checksum: b6f72e816a7a328699ea1ba4dfea1336 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-19T12:07:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_MarcoAntonioMarquesMarinho.pdf: 1381668 bytes, checksum: b6f72e816a7a328699ea1ba4dfea1336 (MD5) / Nas últimas três décadas o estudo de técnicas de processamento de sinais em arranjos de sensores tem recebido grande atenção. Uma grande quantidade de técnicas foi desenvolvida com diversas finalidades como a estimação da direção de chegada, a filtragem ou separação espacial dos sinais recebidos, a estimação do atraso de propagação, a estimação da frequência Doppler e a pré-codificação de sinais na transmissão para maximização da potência recebida por outro arranjo. Técnicas para estimação da direção de chegada são de particular interesse para sistemas de posicionamento baseado em ondas de rádio, como os sistemas de posicionamento global e para o mapeamento de sensores em redes de sensores. Uma particularidade dessas aplicações é a necessidade de uma estimação em tempo real ou computacionalmente eficiente. Técnicas de estimação da direção de chegada que atendem esses requisitos requerem uma estrutura muito específica do arranjo de antenas que, em geral, não pode ser obtida em implementações reais. Nesse trabalho é apresentado um conjunto de técnicas que permitem a interpolação de sinais recebidos em arranjos de geometria arbitrária para arranjos de geometria específica, de forma eficiente e robusta, para possibilitar a aplicação de técnicas eficientes para estimação da direção de chegada em arranjos de geometria arbitrária. Como aplicações das técnicas propostas são apresentados o mapeamento preciso em redes de sensores e posicionamento preciso em receptores de sistemas de posicionamento global. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In the last three decades the study of antenna array signal processing techniques has received significant attention. A large number of techniques have been developed with different purposes such as the estimation of the direction of arrival (DOA), filtering or spatial separation of received signals, estimation of time delay of arrival (TDOA), Doppler frequency estimation and precoding of transmitted signals to maximize the power received by a different array. DOA estimation techniques are of particular interest for positioning systems based on radio waves such as the global positioning system (GPS) and for sensor mapping in wireless sensor networks (WSNs). These applications have the particular requirement of demanding the estimations to be made in real time or with reduced computational complexity. DOA estimation techniques that fulfill these requirements demand very specific antenna array structures that cannot, in general, be obtained in real implementations. In this work a set of techniques is presented that allows the interpolation of signals received in arrays of arbitrary geometry into arrays of specific geometry efficiently and robustly to allow the application of efficient DOA estimation techniques in arrays of arbitrary geometry. As an application of the proposed techniques precise mapping for WSNs and precise positioning for GPS receivers is presented.
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Avaliação de Desempenho de uma Rede WirelessHART

Fraga, David John Freitas 08 September 2014 (has links)
Submitted by Lucelia Lucena (lucelia.lucena@ufpe.br) on 2015-03-06T19:14:40Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO David John Freitas Fraga.pdf: 2916605 bytes, checksum: e406ab0a5e4df8243c836c3e46fc3925 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-06T19:14:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO David John Freitas Fraga.pdf: 2916605 bytes, checksum: e406ab0a5e4df8243c836c3e46fc3925 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-09-08 / As redes de sensores sem fio estão sendo cada vez mais utilizadas em várias áreas, dentre elas comerciais, industriais e ambientais. A maior capacidade de processamento e o baixo custo dos dispositivos tornam essa área mais difundida. Em ambientes industriais deve-se levar em conta o contexto em que essa rede será aplicada. Várias instituições investem na produção de novas especificações que atendam esses requisitos, dentre elas a HFC (HART Communication Foundation) que especifica o padrão WirelessHART. Com a popularização desse padrão se tornam necessários trabalhos que avaliem o desempenho dessas redes, através de estudos de caso e cenários onde seja avaliado o seu comportamento com e sem interferência e em diferentes configurações. Essa dissertação apresenta uma rede WirelessHART, avaliando o seu comportamento, em um experimento prático, desde a sua formação até a indução de interferência Wi-Fi e algumas configurações que possam melhorar ou prejudicar o desempenho dessa rede. A experimentação nos mostra o quanto a rede WirelessHART pode ser robusta e que algumas limitações deverão ser consideradas na sua utilização.
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Middleware para redes de sensores sem fio baseado em espaços de tuplas

de Cássia Acioli Lima, Rita 31 January 2008 (has links)
Made available in DSpace on 2014-06-12T15:54:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo1974_1.pdf: 3421722 bytes, checksum: ff17963a1715758e891860cec3ce1615 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O crescente avanço em pesquisas nas áreas de tecnologias de microeletrônica, nanotecnologia, comunicações sem fio, computação e robótica tem tornado possível o desenvolvimento de equipamentos como sensores multifuncionais sem fio e de baixo custo, com capacidade de comunicação e processamento, e que podem ser utilizados em redes de comunicação sem fio. Todas estas características permitem o uso de redes de sensores sem fio (RSSFs) em um amplo espectro de aplicações, por exemplo, monitoramento médico, aplicações militares, segurança de escritórios e residências, agricultura de precisão, etc. Contudo, os desenvolvedores de aplicações têm que tratar com os desafios característicos das RSSFs, tais como: restrição no consumo de energia, baixa capacidade de processamento, dinamicidade na topologia da rede, escalabilidade e limitada largura de banda. Como conseqüência, a construção desse tipo de aplicações é uma tarefa não trivial. A natureza inerentemente distribuída das aplicações para RSSFs e as características presentes nesse tipo de rede evidenciam a necessidade do uso de middleware para dar suporte ao desenvolvimento dessas aplicações. No entanto, os sistemas de middleware tradicionais, tais como Java RMI, EJB e CORBA, se tornam inadequados para uso em aplicações para RSSFs, principalmente em função das suas necessidades de recursos (memória, bateria, largura de banda). Diante desse cenário, este trabalho propõe um middleware que provê comunicação baseado em um espaço de tuplas em conformidade com a tecnologia JavaSpaces, enquanto que ele habilita a criação de regiões lógicas dentro das RSSFs. A comunicação através do espaço de tuplas é interessante em redes sem fio e a noção de regiões lógicas serve como um mecanismo básico para economia no consumo de energia durante a comunicação entre os componentes remotos
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Mitigando ataques de negação de serviço em redes de sensores sem fio com jogos repetidos infinitamente

Nascimento, Marcelino Santos 31 January 2009 (has links)
Made available in DSpace on 2014-06-12T16:00:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5822_1.pdf: 1174548 bytes, checksum: 4be44bcecdb2315c69168042747ad229 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Esta dissertação tem como objetivo prover segurança às Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs) contra ataques de negação de serviço (DoS). Como não é possível evitar estes ataques, é preciso concentrar-se em mitigá-los. Uma abordagem eficiente para mitigar ataques DoS é apresentada aqui. Esta abordagem é baseada na cooperação dos indivíduos, utilizando a Teoria dos jogos Repetidos e propondo uma técnica para mitigar falhas de segurança nas RSSFs. Provê segurança em uma RSSFs pode ser considerada, na prática, fazer com que os nós da rede cooperem. Reforçar a cooperação entre dois ou mais nós implica atribuir confiabilidade na comunicação de dados entre eles. A cooperação para um nó, em um jogo repetido, é benéfica para todos os nós em conjunto, durante as fases do jogo. Quanto mais um nó coopera este melhora a sua reputação. Esta reputação pode diminuir ou não aumentar quando for detectado um mau comportamento. Nessa abordagem propomos a detecção de atividades maliciosas, baseada em Jogos infinitamente Repetidos, com a inclusão de sistemas de detecção de intrusão (IDS) distribuídos na rede. Os resultados de simulação mostram que o modelo de IDS proposto consegue manter o desempenho da rede mesmo quando a cooperação entre os nós é mínima
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Impacto da utilização de mecanismos de segurança em redes de sensores sem fio

de Freitas Guimarães, Germano January 2005 (has links)
Made available in DSpace on 2014-06-12T16:01:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7174_1.pdf: 1350631 bytes, checksum: 9a0a3d05402067c935e16a7aa3a92629 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / As Redes de Sensores Sem Fio estão sendo aplicadas em uma larga faixa de aplicações como monitoramento ambiental, rastreamento de objetos, biomedicina e sistemas militares. Elas são compostas de pequenos dispositivos computacionais com habilidades de intercomunicação e monitoramento do ambiente. Como em qualquer sistema de informação, encontramos a necessidade de garantir uma troca de dados segura pelo meio sem fio utilizando mecanismos que forneçam a esta comunicação autenticação, integridade, disponibilidade e confidencialidade. O grande problema se encontra justamente no impacto que estes mecanismos ocasionam ao serem aplicados em dispositivos com limitada capacidade computacional, de energia e de memória. Este trabalho se propõe a avaliar, do ponto de vista do consumo de energia e da ocupação de memória, o impacto introduzido pela utilização de mecanismos de segurança em nós sensores. Uma abordagem para medição do consumo de energia em nós sensores é proposta e aplicada a uma plataforma de nós sensores reais. Dados relativos ao consumo de energia e à memória ocupada são extraídos. Estes resultados demonstram que, mesmo com as limitações de recursos dos nós sensores, é possível utilizar alguns mecanismos de segurança, como criptografia de chave privada e MAC (Message Authentication Code), para tornar a troca de informações mais segura
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Uma nova técnica de comunicação e alimentação de transdutores inteligentes utilizando apenas um fio baseada no padrão IEEE 1451 / A new technique to communicate and to source smart transducers using just 1 wire based on IEEE1451 standard

Rossi, Anderson Rodrigo, 1981- 23 August 2018 (has links)
Orientador: Elnatan Chagas Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T02:42:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rossi_AndersonRodrigo_M.pdf: 49446456 bytes, checksum: e180d104b943e830a31e17128fa88249 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Sabe-se que atualmente, transmissores de loop de corrente, alimentados por um host ou data logger (equipamentos de leitura e/ou armazenamento de dados) são as técnicas mais utilizadas para medição e controle distribuído. Essa transmissão, normalmente, consiste na conexão individual por meio de, no mínimo, um fio, conectando os sensores remotos ao equipamento de leitura de dados. Ressalta-se que, se faz necessária a utilização de um fio terra para o retorno da corrente elétrica juntamente a esse fio de sinal, sendo descrito no texto como "um fio". Consequentemente, com a complexidade envolvida em um processo industrial, tem-se uma grande quantidade de sensores envolvidos, de modo que a ligação de todos os sensores ocasiona uma grande quantidade de fios que convergem para o equipamento de leitura de dados, gerando uma enorme complexidade nas decisões a serem tomadas em relação à instalação e manutenção do sistema. O trabalho tem como objetivo utilizar apenas um fio para a conexão entre vários sensores e atuadores remotos e o equipamento de leitura de dados, a fim de obter, com a diminuição da quantidade de cabeamento, melhoria no controle, precisão nas decisões a serem tomadas, consequentemente, uma maior simplicidade na manutenção e expansão do sistema, além de ser bastante estável às interferências eletromagnéticas, pois o fio recebe a mesma interferência eletromagnética em toda sua extensão e esse efeito se anula permitindo a comunicação entre grandes distâncias. Trata-se de um sistema de interfaceamento de sensores inteligentes a equipamentos de leitura de dados baseado nos padrões IEEE 1451, o qual emprega uma técnica para envio e recebimento de dados e a própria alimentação dos sensores remotos utilizando apenas um fio. O sistema proposto é formado por um NCAP (Network Capable Application Processor), um TII (Transducer Independent Interface), um TIM (Transducers Interface Module), 64 sensores e 64 atuadores caracterizando 128 TransducerChannels. Foi realizado um comparativo com um sistema utilizado pela FEAGRI-UNICAMP (Faculdade de Engenharia Agrícola) para a medição de temperatura no processo de armazenamento com secagem de grãos em silos por aeração forçada para a validação do sistema. Com isso pôde-se verificar as vantagens com relação à rapidez na instalação, facilidade de manutenção, redução de materiais (fios) e confiabilidade no sistema / Abstract: It's known that nowadays, current loop transmitters, fed by a host or a data logger are the most commonly used techniques to distributed measurement and control. Usually this transmission consists of an individual connection through at least a wire pair, connecting the remote sensors to the data logger. It's noted that it's necessary the use of the ground wire to electric current return with this signal wire, it's described at the text as "1 wire". Consequently, with the complexity involved in an industrial process, there is a great amount of involved sensors, in a way that all sensors connection causes a need of a great amount of wires that converge to the data reading equipment, causing a tremendous complexity around the decisions to be taken about the installation and maintenance of the system. This work has as objective using just 1-Wire (a source/communication wire and a common wire) to connect many remote sensors and actuators to the data logger, causing, with the reduction of the cabling amount, a control improvement, accuracy in the decisions to be taken, consequently, a great simplicity in the system maintenance and expansion, besides it's very stable against electromagnetic interference (EMI), because 1-Wire receives the similar EMI and it cancel this effect allowing taking possible to communicate for greater distances. This work discusses the smart sensors interface to data logger based on IEEE1451 standard and it uses a sending/receiving data and sourcing technique using just 1-Wire. The proposed system is formed by a NCAP (Network Capable Application Processor), a TII (Transducer Independent Interface), a TIM (Transducers Interface Module), 64 sensors and 64 actuators, characterizing 128 TransducerChannels. A comparison was made with a system that is used by FEAGRI-UNICAMP (College of Agricultural Engineering - University of Campinas) to measure the temperature at the storage process with grain drying in recipients by forced aeration to validate the system. Thus it can be verified the advantages related to the velocity in the installation, easier maintenance, materials reduction (wires) and reliability on the system / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica
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Uma plataforma para integração de redes de sensores sem fio a aplicações de robótica móvel / A platform for integrating wireless sensor networks to mobile robots applications

Souza, Ricardo da Silva 07 August 2011 (has links)
Orientador: Eleri Cardozo, Eliane Gomes Guimarães / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T21:30:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_RicardodaSilva_M.pdf: 11513792 bytes, checksum: e5bbe5cf019713b9f5ce0673946aa7f2 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Com a evolução da robótica móvel, é cada vez mais frequente soluções que buscam realizar o controle de robôs de forma distribuída. Este tipo de controle requer a existência de redes de comunicação sem fio conectando o robô a outros dispositivos no ambiente. Tecnologias como Wi-Fi e Bluetooth são exemplos de redes utilizadas para este fim. Redes Ad-hoc, como redes de sensores sem fio, podem ser rapidamente instaladas em um ambiente oferecendo cobertura em uma ampla região utilizando um grande número de nós. Além de prover comunicação para os robôs, uma rede de sensores pode também auxiliar na sua navegação, localização e ainda aumentar sua capacidade de sensoriamento. Esta dissertação apresenta uma plataforma que permite a integração de redes de sensores em aplicações de robótica móvel. Com esta integração é possível realizar o controle e a comunicação com robôs móveis por meio de redes de sensores sem fio / Abstract: A trend in today's mobile robotics is to perform the control of mobile robots in a distributed fashion. This control scheme requires a wireless communication network connecting the robot to the other existing devices in the environment. WiFi and Bluetooth are examples of such networks. Ad-hoc networks such as wireless sensor networks (WSN) can be deployed instantly and offer a wide coverage by employing a large number of communicating nodes. In addition to provide a communication link to the robots, a WSN can aid the robot's navigation, localization, and also enhance its sensory capabilities. This dissertation presents a platform that allows the integration of WSNs into mobile robotics applications. With this integration it is possible to control and communicate mobile robots through WSNs / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica
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Arquitetura baseada em redes de sensores sem fio e computação em nuvem para cidades inteligentes

REYES, Ronald Jared Romero 31 August 2015 (has links)
Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-04-22T19:06:55Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Ronald Jared Romero Reyes.pdf: 4508109 bytes, checksum: 854b8c2bd8dc9fd94e127a546c711284 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-22T19:06:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Ronald Jared Romero Reyes.pdf: 4508109 bytes, checksum: 854b8c2bd8dc9fd94e127a546c711284 (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / FACEPE / Devido às limitações das redes de sensores sem fio (RSSFs) em termos de recursos de memória, poder computacional, comunicação e escalabilidade, dois de seus grandes desafios são: o gerenciamento eficiente da vasta quantidade de dados coletados e o compartilhamento dos sensores entre diversas aplicações. Atualmente, existem várias propostas, com suporte da computação em nuvem, para a aplicação de sensores em cidades inteligentes. Contudo, tais soluções não oferecem ferramentas ou plataformas para o desenvolvimento de aplicações baseadas em RSSFs que façam a gestão dos dados, bem como forneçam interfaces padronizadas, para que usuários finais desenvolvam e gerenciem as aplicações e os serviços fornecidos pela mesma infraestrutura. Desta forma, esta dissertação propõe uma nova arquitetura baseada no paradigma de Computação Orientada a Serviços (SOC – Service-Oriented Computing), para o gerenciamento eficiente de dados de RSSFs heterogêneas. Propõe-se um mecanismo de virtualização que fornece representações lógicas: tanto para sensores individuais, quanto para agrupamentos, objetivando padronizar os dados gerados pelas RSSFs, além de prover o suporte à qualidade de serviço (QoS – Quality of Service) nos processos de coleta, armazenamento, processamento e distribuição destes dados. Além disso, a proposta fornece serviços para o desenvolvimento de aplicações consumidoras dos dados. A arquitetura proposta utiliza o framework WSO2©, o qual proporciona toda uma plataforma de middleware para desenvolver soluções baseadas em SOA (Service Oriented Architecture) no ambiente de computação em nuvem. Os serviços oferecidos pela proposta são fornecidos segundo o modelo PaaS (Plataform as a Service) pelo Apache Stratos, que executa sobre uma infraestrutura de nuvem gerenciada com OpenStack. A virtualização dos dados dos sensores é feita através do conceito de filas de um Middleware Orientado a Mensagens (MOM – Message Oriented Middleware) utilizando a API JMS (Java Message Service). O serviço de armazenamento dos dados das RSSFs é composto e executado pelo servidor de orquestração BPS (Business Process Server), que inclui o fluxo de dados entre os serviços de acesso às filas e os serviços de armazenamento no banco de dados. Este serviço é executado automaticamente como uma tarefa programada no ESB (Enterprise Service Bus), sendo invocado com uma periodicidade que dependerá da carga de dados no sistema. A implementação da arquitetura foi avaliada com diversas cargas e periodicidades na coleta de dados das RSSFs. As análises permitiram concluir que os componentes da arquitetura impactam minimamente no desempenho do sistema, ao mesmo tempo em que a proposta permite atingir os objetivos de gerenciamento eficiente dos dados e tratamento da heterogeneidade de sensores e aplicações. / Due to limitations of wireless sensor networks (WSNs) in terms of memory resources, computational power, communication and scalability, two of its biggest challenges are: the efficient management of the vast amount of data collected and sharing the sensors between various applications. Currently, there are several proposals with cloud computing support for the application of sensors in smart cities. However, such solutions do not provide tools or platforms for the development of applications based on WSNs, which make the management of data and provide standardized interfaces for end users to develop and manage applications and services provided by the same infrastructure. Thus, this work proposes a new architecture based on the paradigm of Service Oriented Computing (SOC), for efficient management of heterogeneous WSNs data. It proposes a virtualization engine that provides logical representations: for individual sensors, and for groups, aiming to standardize the data generated by WSNs, and provide support for quality of service (QoS) in the collection processes, storage, processing and distribution of data. Moreover, the proposal provides services for the development of data-intensive applications. The proposed architecture uses the WSO2 © framework, which provides a whole middleware platform to develop solutions based on SOA (Service Oriented Architecture) in the cloud computing environment. The services offered by the proposal are provided according to the PaaS model (Platform as a Service) by Apache Stratos, running on a cloud infrastructure managed with OpenStack. Virtualization of the data from the sensors is made through the concept of queues of a Message Oriented Middleware (MOM) using the JMS API (Java Message Service). The storage service data of WSN is composed and executed by BPS orchestration server (Business Process Server), which includes the flow of data between the access services to queues and storage services in the database. This service runs automatically as a scheduled task on the ESB (Enterprise Service Bus), being invoked at intervals that depend on the system’s workload. The implementation of the architecture was evaluated with various loads and data collection periodicity of WSNs. The analysis showed that the architectural components incur in a minimal impact on system performance at the same time as the proposal achieves the efficient management goals of data and management of heterogeneous sensors and applications.

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