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

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

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.

Este trabalho mostra a aplicação das redes de sensores sem fio na monitoração de variáveis fisiológicas de bovinos. A necessidade de experimentar técnicas de coleta de dados, que causem menos perturbações no comportamento natural dos animais de interesse da zootecnia de precisão, foi a principal motivação deste trabalho. Para testar a aplicabilidade da tecnologia das redes de sensores sem fio neste campo, foi desenvolvida uma infra-estrutura, utilizando técnicas de instrumentação eletrônica e comunicação sem fio via rádio-freqüência. A rede foi projetada com o protocolo floating base sensor network (FBSN) que implementa uma topologia adhoc com escolha aleatória dos nós. Os protótipos desenvolvidos foram utilizados para efetuar coletas de sinais cerebrais e temperaturas corporais de bovinos adultos. Foram desenvolvidos também os softwares embarcados e de supervisão e um simulador de deslocamento bovino, que foi utilizado como ferramenta de auxílio no projeto da infra-estrutura de monitoramento implementada. O consumo das fontes de energia e a relação custo-beneficio do sistema foram os principais itens avaliados. Os resultados obtidos mostraram que é possível utilizar redes de sensores sem fio como técnicas eficientes para coleta de dados fisiológicos de bovinos. / This work presents an application of wireless sensor networks technology used for bovine physiological variables monitoring. The main stimulus of this work was the precision animal production researcher\'s interest in developing and testing new techniques that could allow data acquisition with less interference in animal behavior. In order to test the feasibility of the wireless sensor network technology in this area, an infrastructure was developed using electronic instrumentation and radio frequency wireless communication techniques. The network was projected to support the floating base sensor network protocol that is a special kind of adhoc topology with randomic selection of path nodes. The developed prototypes were used to acquire brain electrical activity and body temperature from bovines. The development of supervisor and embedded software and a bovine\'s displacement simulator tool was also described here. The energy consumption and the cost-benefit relationship of the network nodes were the main evaluated features. The results obtained prove that the wireless sensor networks can be considered as an efficient technique to be used to acquire bovine\'s physiological data.

Em redes de sensores sem fio (RSSFs), o nó sorvedouro geralmente é a única entidade confiável. Uma RSSF desassistida é aquela na qual o nó sorvedouro está indisponível por um período de tempo, sendo necessário armazenar os dados coletados ao invés de transmiti-los para a entidade segura. Portanto, até o nó sorvedouro estar novamente disponível para a recepção dos dados, um adversário pode comprometer nós sensores distribuídos em uma região geográfica com o objetivo de encontrar e apagar determinadas unidades de dado. Com o objetivo de evitar este tipo de ataque, fornecendo sobrevivência de dados, estratégias geralmente utilizam confidencialidade e redundância de dados de forma que a agregação de dados por nós sensores seja inviável. Além disso, o decorrer do tempo permite que um adversário tenha maior poder de ataque através do comprometimento de diferentes conjuntos de nós sensores. Apresenta-se um protocolo de segurança para RSSFs desassistidas que, através da renovação do estado da rede, reduz a vantagem de um adversário em montar ataques a partir de dados obtidos com o decorrer do tempo. O mecanismo proposto fornece segurança para múltiplas unidades de dados e permite o uso de agregação de dados por nós sensores. Como forma de avaliação da proposta, foram realizados experimentos em nós sensores reais, além da elaboração de um modelo analítico e de simulações. Resultados indicam como usar o protocolo proposto em diferentes cenários para maximizar a sobrevivência de dados. Adicionalmente, apresenta-se a aplicabilidade do método proposto em cenários de redes heterogêneas, caso das redes de segurança pública, utilizando-se do paradigma de redes definidas por software (SDN) para implantação da rede. / In Wireless Sensor Networks, the base station is usually the only unconditionally trusted entity. If it is not connected for a period of time, the network is left unattended and sensor nodes cannot offload data in real time. Thus, until the base station becomes available, adversaries can compromise some sensor nodes and selectively destroy data. In order to prevent such attacks, providing the so-called data survival, strategies generally employ the use of cryptography in a scenario where decryption keys are exclusively in possession of the base station, which restricts the use of in-network aggregation. In addition, as time increases, mobile adversaries become stronger due to the ability of compromising different sets of nodes. We present a secure protocol that refreshes the state of the network and prevents adversaries from taking advantage of data obtained in prior rounds. The scheme provides security to multiple units of data and allows data aggregation to be performed by nodes. In order to evaluate the performance of the proposed scheme, we carried out measurements on real devices. We analyzed the security of the scheme analytically and through simulations. Results indicate increased time epochs before an adversary succeeds the attack, leading to more probability of data survival. We also apply our protocol to scenarios of heterogeneous networks, namely a public safety network scenario, which is deployed under the paradigm of software-defined networking (SDN).

Este trabalho tem como objetivo a aplicação do conceito de data warehouse para a agregação, gerenciamento e apresentação de dados coletados por meio de Redes de Sensores Sem Fio que monitoram polinizadores. Os experimentos científicos que utilizam tais redes para monitorar habitat geram um volume de dados que precisa ser tratado e analisado, para que possa auxiliar os pesquisadores e demais interessados nas informações. Tais dados, gerenciados e correlacionados com informações de outras fontes, podem contribuir para a tomada de decisões e ainda realimentar outros experimentos. Para a avaliação da proposta, desenvolveu-se um modelo para extração, transformação e normalização dos dados coletados por redes de sensores sem fio, contemplando ainda a carga em data warehouse. Considerou- se no modelo, dados tabulados das redes de sensores sem fio, utilizados em experimentos com abelhas e ainda dados de outras fontes sobre o cultivo de abelhas, importantes para obtenção de visões do data warehouse mais apuradas. O uso de data warehouse aplicado a esse contexto mostrou-se um alternativa viável e útil, pois facilitou a obtenção de dados consolidados sobre o experimento, importante para a tomada de decisão pelos pesquisadores e ainda, diminui o tempo gasto pelos interessados em extrair essas informações, em comparação à tradicional análise em planilhas eletrônicas. / This work aims at applying the concept of data warehouse for data aggregation, management and presentation of data collected by Wireless Sensor Networks that monitor pollinators. Scientific experiments using such networks to monitor habitat generate a volume of data that must be addressed and analyzed, so that they can help researchers and others interested in the information. This data, managed and correlated with information from other sources may contribute to the making and still replenish other experiments. For the evaluation of the proposal, it was developed a model for the extraction, processing and standardization of data collected by wireless sensor networks, covering also the load on the data warehouse. It was considered in the model tabulated data networks of wireless sensors, used in experiments with bees and even data from other sources on the cultivation of bees, important to obtain views of the data warehouse more accurate. The use of data warehouse implemented in this context proved to be a viable and useful, as it facilitated the obtaining of information for decision making by researches and stakeholders and reduces time consumed by stakeholders to extract such information.

As redes de sensores sem fio estão presentes nos mais diversos setores, formando um conjunto de elementos colaborativos que realizam o transporte da informação em cenários urbanos, agricultura de precisão, saúde e automação industrial. Sua utilização enfrenta desafios como necessidade constante de adaptações a alterações de topologia, baixas taxas de comunicação e uso eficiente de energia. Dessa forma, as aplicações dessas redes precisam suportar estas características dinamicamente. Esta tese propõe, então, um novo protocolo de roteamento: o HOFACO (Hybrid Objective Function based on Ant Colony Optimization), com base no funcionamento do padrão RPL (Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks) aplicado à eficiência energética. Este protocolo proposto preserva as interfaces já consolidadas de roteamento e faz uso de uma informação heurística baseada em swarm intelligence (inteligência de enxames), por meio do uso de agentes - colônia de formigas -, para a composição híbrida de métricas utilizadas na avaliação do rank durante a construção de topologias. Esta proposta foi validada por meio de implementações em simulações e dispositivos reais em duas plataformas distintas: o Contiki e o OpenWSN. O processo de validação utilizou parâmetros como número de mensagens de controle, alterações de configurações topológicas, latência da rede e taxa de entrega de pacotes comparando-se a proposta a soluções tradicionais. Os resultados obtidos demonstraram um funcionamento compatível com estes parâmetros e uma melhoria em torno de 7,6% no sentido de redução do tempo de estabilização da rede. Adicionalmente, foi feito um teste comparativo de consumo de energia, evidenciando uma melhoria em termos de eficiência enérgica de até 20,9% da proposta com relação a protocolos tradicionais. / The wireless sensor networks are present in the most diverse sectors, forming a set of collaborative elements that perform the transport of information in urban scenarios, precision agriculture, health and industrial automation. Its use faces challenges as a constant need for adaptations to topology changes, low communication rates and efficient energy use. In this way, the applications of these networks must support these characteristics dynamically. This thesis proposes, therefore, a new routing protocol: the HOFACO (Hybrid Objective Function based on Ant Colony Optimization), based on the RPL (Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks) applied to energy efficiency. This proposed protocol preserves the already consolidated routing interfaces and makes use of heuristic information based on swarm intelligence, using ant colony agents for the hybrid composition of metrics used in rank evaluation during the construction of topologies. This proposal was validated through implementations in simulations and real devices in two different platforms: Contiki and OpenWSN. The validation process used parameters such as number of control messages, changes of topological configurations, network latency and packet delivery rate, comparing the proposal to traditional solutions. The results showed a functioning compatible with these parameters and an improvement around 7.6% in the sense of reducing the time of stabilization of the network. In addition, a comparative test of energy consumption was made, evidencing an improvement in terms of energetic efficiency up to 20.9% of the proposal with respect to traditional protocols.

A presença da tecnologia da informação dentro do agronegócio tem avançado e contribuído para a obtenção de melhores resultados para a gestão e, consequentemente, para o proprietário rural. Uma área de pesquisa que tem avançado dentro do setor rural é o monitoramento e a coleta de dados dos animais, em tempo real, possibilitando ao proprietário rural gerenciar seu rebanho, sem a necessidade de se deslocar ao local monitorado ou ao ponto de coleta de dados. A utilização das redes de sensores sem fio para fins de monitoração ainda possui limitações, como por exemplo a limitação do alcance do sinal de transmissão entre os nós sensores. Atualmente as tecnologias de transmissão de dados sem fio em uma rede de sensores alcançam pequenas distâncias, limitando o processo de detecção e coleta dos dados às áreas de pastagem menores. Assim, esta pesquisa teve como objetivo avaliar, através de simulação computacional, dois tipos de protocolos de comunicação sem fio que têm potencial para serem utilizados no monitoramento de sistemas de produção animal em longas distâncias: o protocolo ZigBee e o IEEE 802.1ah. Para a realização das simulações foram utilizados os softwares OMNet++ 4.5 e uma ferramenta de extensão chamada Mixim. Para tanto, foram criados dois cenários (ambientes) para cada protocolo, onde foram definidos: a área de cobertura, em torno de 1.500 metros, topologia da rede sem fio do tipo estática, dois nós para comunicação (um coordenador e um receptor) e as características do cenário. Por meio dos resultados obtidos através de simulação computacional com aplicação das métricas: distância, latência e taxa de perda de pacotes de dados nas simulações, observou-se que o protocolo ZigBee obteve o melhor desempenho em relação à distância de cobertura do sinal e da confiabilidade dos dados transmitidos. / The presence of information technology within the agribusiness has advanced and contributed to better results for the management and, consequently, to the landowner. One area of research that has advanced into the rural sector is the monitoring and collection of animal data in real time, allowing the landowner to manage his herd, without the need to move to the monitored site or the data collection point. However the technology of wireless sensor networks used for this purpose, has limitations and one of them is the signals range factor because, in order to make the data collection is necessary to install sensors and antennas in the pasture to reach the signals. Currently, wireless data transmission technologies in a network of sensors reach short distances, limiting the detection process and data collect to smaller pasture areas. This study aimed to find a long-distance transmission solution to reach areas of larger proportions pastures, and offer the landowner new monitoring resources. The methodology used to find such a solution was through simulations, using two transmission technologies: ZigBee and IEEE 802.11ah. To perform the simulations it was used the OMNet++ software, version 4.5 and an extension tool, called the Mixim. It was created two scenarios (environments) for each protocol, where has been defined: the coverage area of about 1,500 meters, network topology wireless static type, two nodes for communication (a coordinator and a receiver) and the characteristics of the environment. Through the results obtained by computer simulation with application of the metrics: distance, latency and data packets loss rate in the simulations, it was observed that the ZigBee protocol had the best performance in relation to the signal coverage distance and the transmitted data reliability.

This work presents an extension for OpenUP software development process, which includes the disciplines of Simulation and Prototyping for developing WSN applications. The simulation discipline was created to address performance, scalability, and integration requirements in the software development process for WSN application. The prototyping discipline was created in order to improve the knowledge about the system as well as to refine information about the system gathered from simulation study. We also describe the integration of both disciplines with OpenUP based on work products. A WSN application was developed in order to illustrate the use of the proposed disciplines. The WSN application monitors the environmental conditions required to age a sugar cane spirits. During the execution, the effort and time required to perform each activity is measured. We also performed a simulation study to investigate how proposed disciplines influence the software development process. A simulator based on discrete simulation approach is described and some experiments are performed, generating valuable results. Experiments with different team sizes and process models are performed and described. And their results are illustrated.

Many schemes that aim to tune the IEEE 802.11e EDCA transmission parameters have been proposed in the literature. Based on them, we notice that the knowledge of the numbers of active transmission queues of each Access Category has an important role in modeling and optimizing the network. In this dissertation, we propose a simple and standard-compliant mechanism that processes easily obtained traffic measurements into a novel Extended Kalman Filter (EKF) to obtain estimates of those numbers. For validating the filter, we simulate an EDCA network that uses a dynamic throughput optimization scheme requiring knowledge of the numbers of active queues of each Access Category. We compare the performance results when the optimizer is fed with estimates of the EKF (practical setting) and when the inputs are the exact numbers of active queues (ideal setting). We find out that the filter is precise and accurate enough to match closely the ideal performance.