Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-05-01T13:36:45Z No. of bitstreams: 1 DALTON CÉZANE GOMES VALADARES - DISSERTAÇÃO PPGCC 2015..pdf: 6500440 bytes, checksum: f8b244a64bf81646d322b68023c204d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-01T13:36:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DALTON CÉZANE GOMES VALADARES - DISSERTAÇÃO PPGCC 2015..pdf: 6500440 bytes, checksum: f8b244a64bf81646d322b68023c204d9 (MD5) Previous issue date: 2015-07 / No âmbito industrial, é sabido que as redes sem fio são as mais indicadas, já que possuem baixo custo de implantação, maior flexibilidade e são menos invasivas ao ambiente. Na literatura, dentre as tecnologias de rede sem fio aplicadas em ambientes industriais, pouco destaque é dado às tradicionais 802.11a/b/g, conhecidas pelo uso doméstico e chamadas WiFi (acrônimo de Wireless Fidelity). A pesquisa, ora descrita, tem como objetivo avaliar o desempenho de uma rede 802.11g em um ambiente industrial de uma usina termoelétrica (UTE). O cenário de análise foi constituído de 4 enlaces de comunicação, com o principal deles possuindo uma distância de, aproximadamente, 150 metros. Para a avaliação do desempenho da rede, foram consideradas três métricas: taxa de perda de pacotes, Taxa de Transferência e tempo de resposta. Os testes foram realizados por meio do estabelecimento de comunicação entre pontos dentro da sala de motores (primeiro enlace) e o servidor localizado na sala de administração (último enlace). Os resultados obtidos para potência do sinal foram comparados aos valores estimados por meio do modelo Log Distance Path Loss. Observou-se que o desempenho da comunicação realizada pela rede não sofreu degradação significativa, mesmo em um ambiente sujeito à interferência eletromagnética e demais características intrínsecas a uma UTE. Após a análise concluída, verificou-se a viabilidade do uso da tecnologia 802.11g para comunicação de dados em ambientes com características similares às de uma usina termoelétrica. / In industry, it is known that wireless networks are the most suitable, since they have low implementation cost, greater flexibility and are less invasive to the environment. In the literature, among the wireless network technologies applied in industrial environments, little attention is given to traditional 802.11a/b/g, known by the domestic use and by the acronym WiFi (Wireless Fidelity). This work aims to evaluate the performance of an 802.11g network in an industrial environment of a thermal power plant. The scenario consists of four communication links, with the main one having a distance of approximately 150m. For the evaluation of network performance, we considered three metrics: packet loss rate, bandwidth and response time. Tests were carried out through the establishment of communication between points within the engine square (first link) and the server located in the boardroom (last link). The obtained results for the signal strength at each point were compared with the estimated values by the Log Distance Path Loss Model. It was verified that the performance of the communication performed by the network did not suffer significant degradation, even being in an environment subject to considerable electromagnetic interference. After the concluded analysis, it was found feasibility of using 802.11g technology for data communication in environments with characteristics similar to those of a thermal power plant.

O notável desenvolvimento da indústria eletrônica observado nos últimos tempos tem permitido aplicações de conjuntos integrados de sensores em ambientes sem fio, conhecidos por wireless sensor networks (WSN), que passam por sensoriamento de processos industriais, ambientes tóxicos, projetos militares de monitoração de variáveis de segurança, até observação de fenômenos físicos naturais. Uma das principais especificações de uma rede WSN, o consumo de energia afeta diretamente a capacidade e tempo de vida útil do sistema, pois, na maioria dos casos, seus módulos possuem baterias independentes e sua substituição nem sempre é tarefa simples. Motivado pela necessidade de oferecer robustez e economia de energia nas redes WSN, o protocolo difusão direcionada se baseia na centralização de dados e a identificação de seus módulos é feita por meio de pares valor-atributo. Sua estrutura permite a adição de componentes de software que podem atuar na análise e modificação dos dados recebidos com o objetivo de alterar o protocolo original. O objetivo principal deste trabalho é investigar um método para otimização do uso de energia disponível em redes WSN com intuito de prolongar seu tempo de vida útil. O metódo consiste em analisar os valores das energias atribuídas aos módulos componentes da rede por meio de incorporação de um algoritmo de rotas baseado em energia ao protocolo difusão direcionada. Comparações de desempenho da rede em relação ao seu tempo de vida e energia dos módulos são realizadas utilizando o simulador NS-2. As simulações feitas em diversos cenários indicaram melhoria de desempenho em relação ao protocolo difusão direcionada original. Os cenários onde o protocolo original foi alterado apresentaram um número maior de rotas descobertas e possibilitaram um aumento de pelo menos 22% no tempo de vida da rede, em relação ao protocolo original. / The notable development of electronic industry in the last years allows the implementation of sensor integrated circuits in wireless environments, known as wireless sensor networks (WSN), which leads to industrial process sensing, toxic environments, military security monitor projects and natural physical phenomenon. As one of the main specifications of a WSN network, the energy consumption directly affects the capacity and the system useful lifetime, since most of the time its modules have independent batteries and their substitution is not always a simple task. Motivated by the need of offering robustness and energy economy for WSN networks, the directed diffusion protocol is data-centric based and its modules identification is made by attribute-value pairs. The directed diffusion structure enables the addition of software components which can act on the analysis and modification of received data with the objective of changing the original protocol. The main objective of this work is to investigate a method for optimization of available energy on WSN networks with the intention of increasing its useful lifetime. The method consists on analyzing the energy values attributed to the component modules of the network by incorporating an energy-based routing algorithm to directed diffusion protocol. Performance comparisons of the network related to its lifetime and modules energy are developed using the NS-2 simulator. Simulations performed in several scenarios indicated a better performance in relation to the original directed diffusion protocol. The scenarios where the original protocol was changed had larger number of discovered routes and allowed a rising of at least 22% on network lifetime, in relation to the original protocol.

Pacientes críticos tratados em uma UTI comumente apresentam quadros severos de hiperglicemia. Estudos mostram que o controle da glicemia a níveis restritos leva à melhoria no prognóstico de tais pacientes. O controle glicêmico é feito através da medição freqüente da glicemia através de um exame de \"ponta de dedo\", aliada à infusão de insulina, numa atividade bastante trabalhosa para a equipe de enfermagem. Nos últimos anos, surgiram os primeiros sistemas comerciais de monitoramento contínuo de glicose para uso ambulatorial. Entretanto, há uma série de limitações que dificultam seu uso em uma UTI. No presente trabalho, foi desenvolvido um sistema de monitoramento contínuo de glicose para pacientes críticos hiperglicêmicos, batizado de vMonGluco. Esse sistema utiliza um monitor contínuo de glicose, disponível comercialmente, conectado a um palmtop, de forma a obter leituras de glicose em tempo real. Os dados coletados são enviados a um servidor seguindo a norma Health Level Seven (HL7). O servidor redireciona os dados a um monitor de beira de leito, disponibilizando as leituras de maneira prática. As informações também são armazenadas em um sistema de Prontuário Eletrônico do Paciente. Testes realizados em pacientes comprovaram a validade das leituras obtidas. Assim, com o presente trabalho, espera-se trazer uma contribuição prática e significativa no tratamento de pacientes críticos hiperglicêmicos. / Critical patients in an ICU usually experience severe hyperglycemia. Studies show that the control of glycemia to restricted levels can increase the prognosis of these patients. This control is usually done through the frequent reading of glycemia using a fingerstick test, together with the infusion of insulin, in a troublesome activity for the nursery team. In the last few years, the first commercial glucose monitoring systems for ambulatory use have been created. However, several difficulties limit its use in an ICU. In the present work, a continuous glucose monitoring system, named as vMonGluco, was developed. The system uses a commercially available continuous glucose monitor connected to a palmtop, in order to get glucose readings in real time. The collected data are sent to a server using the Health Level Seven (HL7) standard. The server redirects the data to a bedside monitor, so the readings can be accessed in practical way. The information is also stored in an Electronic Health Record system. Tests applied to patients showed the validity of the obtained readings. This way, with the present work, it is expected to bring a practical and significant contribution to the treatment of critical hyperglycemic patients.

Made available in DSpace on 2015-03-05T14:01:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O uso crescente de dispositivos móveis e a ampla difusão de redes sem fio vêm estimulando as pesquisas relacionadas com computação móvel e ubíqua. Neste contexto, a educação vem sendo considerada uma das principais áreas de aplicação. O acompanhamento da mobilidade do aprendiz, através de sistemas de localização e o suporte à ciência de contexto, possibilitam a descoberta de novas oportunidades educacionais. Atualmente existem diversas propostas para a organização de ambientes de educação ubíqua, embora a maioria utilize uma arquitetura centralizada. Essa abordagem, apesar de trazer benefícios como a facilidade de acesso aos dados dos aprendizes, tem desvantagens intrínsecas ao seu modelo, como a preocupação com a escalabilidade e a separação física entre o aprendiz e os seus dados de perfil. Como alternativa às abordagens centralizadas, este trabalho propõe um modelo de colaboração para ambientes descentralizados, que, baseado no modelo sócio-interacionista e na abordagem de agentes, auxilia no processo de a / The recent use of mobile devices and the widespread adoption of wireless computer networks have stimulated mobile and ubiquitous computing research. In this context, education is being considered one of the main application areas. The ability to accurately track the learner’s position through a location system and the context awareness support allow the discovery of new pedagogical opportunities. Nowadays, there are several approaches to the organization of ubiquitous computing environments, even if the majority of them employ a centralized architecture. This approach brings some benefits, like easing the access to the learner profiles, but it also has some disadvantages intrinsic to the model, like scalability concerns and the physical separation between the learners and their profile data. This work proposes a collaboration model created for decentralized environments, capable of improving the learning process through the stimulus to the interaction between learners. This approach is modeled using agents, e

como cidades inteligentes e Internet das coisas demonstram que esta tecnologia está evoluindo em larga escala. Consequentemente, diversas aplicações desta tecnologia estão sendo desenvolvidas, muitas delas são altamente dependentes de redes de sensores sem fio, pois fazem a coleta de dados em ambientes inóspitos ou de difícil acesso. Para que estes dados coletados de diversos dispositivos possam ser analisados em conjunto é preciso que as coletas sejam simultâneas ou em intervalos próximos de tempo, o que implica que toda a rede de sensores tenha uma elevada precisão no sincronismo. Ademais, diversos protocolos de comunicação sem fio utilizam o sincronismo para estabelecer o compartilhamento do meio de propagação, tendo assim uma maior eficiência na troca de dados. Ao observar a importância de atender a essa necessidade de sincronização de tempo entre dispositivos usados em redes de sensores sem fio, este trabalho se concentra na proposta, implementação e teste de um serviço de sincronização de tempo para redes de sensores sem fio de baixa potência usando relógios de baixa frequência em tempo real em cada nó. Para implementar este serviço, são propostos três algoritmos baseados em estratégias diferentes para alcançar a sincronização desejada. O primeiro baseia-se em uma métrica simples de correção adaptativa; o segundo baseia-se em um mecanismo de predição; já o terceiro utiliza um mecanismo mais complexo, a correção analítica. Todos os algoritmos tem o mesmo objetivo: fazer com que os relógios dos nós sensores convirjam de forma ágil, em seguida, mantê-los com a maior similaridade possível. O objetivo deste trabalho é apresentar o melhor método que garanta a sincronização, mantendo o baixo consumo de energia em uma rede de sensores. Os resultados experimentais fornecem evidências do sucesso no cumprimento deste objetivo, bem como fornece meios para comparar estas três abordagens considerando os melhores resultados de sincronização e os seus custos em termos de consumo de energia. / Environmental monitoring systems are gaining more and more space, concepts such as smart cities and the Internet of things demonstrate that this technology has been developing a lot. Consequently, many applications of this technology are being developed, many of them are dependent on wireless sensor networks, which collect data in inhospitable or difficult-to-access environments. In order to these collected data from several devices to be analyzed together it is necessary that the data collection be simultaneous or at close intervals, which implies that the entire network of sensors has a high precision in the synchronism. In addition, several wireless communication protocols use the synchronism to establish sharing of medium networks, thus having a greater efficiency in the exchange of data. Observing the importance of time synchronization, this work focuses in proposing, implementing and testing time synchronization protocols for low power wireless sensor networks using real time low frequency clocks. To implement this service, three algorithms based on different strategies are proposed to achieve the desired synchronization. The first is based on the simple metric for self-correction; the second is based on a prediction mechanism; while the third uses a more complex mechanism for analytical correction. All the algorithms have the same goal: to make the clock of the sensor nodes converge in an agile way, then to keep them with the greatest possible similarity. The objective of this work is to present the best method to guarantee the synchronization, keeping the low power consumption in a network, sporadically, transmissions. The experimental results provide evidence of success in achieving this goal, as well as providing means to compare these three approaches considering the best synchronization results and their costs in terms of energy consumption. Keywords: Internet of things.

Este trabalho analisa o uso do protocolo WirelessHART para a implementação de sistemas de controle em laço fechado. São discutidas possíveis arquiteturas de implementação de laços de controle, as quais se diferem basicamente pelo local na arquitetura do sistema de controle em rede em que o controlador será executado. Optou-se pela análise do comportamento do protocolo WirelessHART numa arquitetura que considera o módulo de controle localizado num dispositivo host, o qual se comunica via HART-UDP com o gateway da rede. Para a análise da proposta desta dissertação foram descritos os mecanismos necessários para a realização do laço de controle sobre uma rede WirelessHART real, em um ambiente que apresenta todas as características de uma instalação industrial. Os resultados obtidos mostram que, com a arquitetura proposta, o laço de controle apresenta latências não determinísticas. Para a realização deste trabalho, foram apresentados dois estudos de caso: (i) o controle de uma válvula comumente utilizada na indústria de petróleo; (ii) e um processo simulado, que considera um controlador baseado em eventos, onde o sinal de controle é calculado de acordo com os tempos de comunicação permitidos pela rede entre o controlador e o processo. Os resultados obtidos mostram que é possível efetuar controle apesar dos atrasos ocasionados pela rede, desde que sejam levados em conta estes atrasos no cálculo do sinal de controle, podendo assim mostrar há degradação no desempenho do sistema sob controle. / This work analyzes the use of WirelessHART protocol for the implementation of closed-loop control systems. It discusses possible architectures for implementing control loops, which differ by the location where the controller is executing. For the performance evaluation of the WirelessHART protocol behavior, an architecture that considers the control module located in a device, which communicates via Hart-UDP with the network gateway. The Experimental evaluations presented in this dissertation were performed in a setting that has all the characteristics of an industrial installation. The results showed that in the proposed architecture, the control loop has not deterministic latencies. Two case studies were carried on: (i) the control of a valve commonly used in oil and gas industrial applications; (ii) and a simulated process that considers an event-based controller where the control signal is calculated according to the communication time allowed by the network between the controller and the process. The results show that it is possible to perform control despite network delays, when taking into account the delays in the calculation of the control signal.

A tecnologia de comunicação em redes sem fio em malha, com base no padrão IEEE 802.11, tem sido uma solução tecnológica relevante no cenário atual das redes sem fio. Entretanto, com a eliminação dos cabos para comunicação de dados, as redes sem fio em malha dependem de fonte de energia para energizar os pontos de acesso da rede, que nem sempre está disponível na forma cabeada no local da instalação. Neste cenário, sendo o Brasil um país situado em uma zona tropical com alta incidência anual de radiação solar, a possibilidade da utilização da conversão da energia solar em elétrica é uma alternativa para eliminar a dependência de fonte de energia cabeada dos pontos de acesso da rede sem fio em malha. Este trabalho apresenta considerações sobre o desenvolvimento de sistemas autônomos de comunicação sem fio em malha, alimentados por energia solar fotovoltaica, compactos e de fácil instalação em área urbana e rural. Apresenta também, informações sobre o protótipo implementado denominado SAM Solar e respectiva avaliação quanto a autonomia, área de cobertura, número de usuários, altura mínima de instalação e taxa de transferência. / The wireless mesh network communication technology, based on the IEEE802.11 standard, has been a relevant technology solution for wireless networking in the recent years. However, even with the elimination of cables for data communication, the wireless mesh networks have to be connected to a voltage source using an electrical cable that may not be available at the local installation. In this scenario, being Brazil a country located in a tropical zone that receives large annual solar irradiation, the conversion of photons to electricity an be an alternative to eliminate the needs of wiring to the mesh access points. This work contributes to the development of autonomous wireless mesh communication systems powered by solar energy, with easy installation in urban or rural areas. This work also describes its evaluations in aspects such as autonomy, wireless coverage, number of users supported, installation height and throughput.

A tecnologia de comunicação em redes sem fio em malha, com base no padrão IEEE 802.11, tem sido uma solução tecnológica relevante no cenário atual das redes sem fio. Entretanto, com a eliminação dos cabos para comunicação de dados, as redes sem fio em malha dependem de fonte de energia para energizar os pontos de acesso da rede, que nem sempre está disponível na forma cabeada no local da instalação. Neste cenário, sendo o Brasil um país situado em uma zona tropical com alta incidência anual de radiação solar, a possibilidade da utilização da conversão da energia solar em elétrica é uma alternativa para eliminar a dependência de fonte de energia cabeada dos pontos de acesso da rede sem fio em malha. Este trabalho apresenta considerações sobre o desenvolvimento de sistemas autônomos de comunicação sem fio em malha, alimentados por energia solar fotovoltaica, compactos e de fácil instalação em área urbana e rural. Apresenta também, informações sobre o protótipo implementado denominado SAM Solar e respectiva avaliação quanto a autonomia, área de cobertura, número de usuários, altura mínima de instalação e taxa de transferência. / The wireless mesh network communication technology, based on the IEEE802.11 standard, has been a relevant technology solution for wireless networking in the recent years. However, even with the elimination of cables for data communication, the wireless mesh networks have to be connected to a voltage source using an electrical cable that may not be available at the local installation. In this scenario, being Brazil a country located in a tropical zone that receives large annual solar irradiation, the conversion of photons to electricity an be an alternative to eliminate the needs of wiring to the mesh access points. This work contributes to the development of autonomous wireless mesh communication systems powered by solar energy, with easy installation in urban or rural areas. This work also describes its evaluations in aspects such as autonomy, wireless coverage, number of users supported, installation height and throughput.

Pacientes críticos tratados em uma UTI comumente apresentam quadros severos de hiperglicemia. Estudos mostram que o controle da glicemia a níveis restritos leva à melhoria no prognóstico de tais pacientes. O controle glicêmico é feito através da medição freqüente da glicemia através de um exame de \"ponta de dedo\", aliada à infusão de insulina, numa atividade bastante trabalhosa para a equipe de enfermagem. Nos últimos anos, surgiram os primeiros sistemas comerciais de monitoramento contínuo de glicose para uso ambulatorial. Entretanto, há uma série de limitações que dificultam seu uso em uma UTI. No presente trabalho, foi desenvolvido um sistema de monitoramento contínuo de glicose para pacientes críticos hiperglicêmicos, batizado de vMonGluco. Esse sistema utiliza um monitor contínuo de glicose, disponível comercialmente, conectado a um palmtop, de forma a obter leituras de glicose em tempo real. Os dados coletados são enviados a um servidor seguindo a norma Health Level Seven (HL7). O servidor redireciona os dados a um monitor de beira de leito, disponibilizando as leituras de maneira prática. As informações também são armazenadas em um sistema de Prontuário Eletrônico do Paciente. Testes realizados em pacientes comprovaram a validade das leituras obtidas. Assim, com o presente trabalho, espera-se trazer uma contribuição prática e significativa no tratamento de pacientes críticos hiperglicêmicos. / Critical patients in an ICU usually experience severe hyperglycemia. Studies show that the control of glycemia to restricted levels can increase the prognosis of these patients. This control is usually done through the frequent reading of glycemia using a fingerstick test, together with the infusion of insulin, in a troublesome activity for the nursery team. In the last few years, the first commercial glucose monitoring systems for ambulatory use have been created. However, several difficulties limit its use in an ICU. In the present work, a continuous glucose monitoring system, named as vMonGluco, was developed. The system uses a commercially available continuous glucose monitor connected to a palmtop, in order to get glucose readings in real time. The collected data are sent to a server using the Health Level Seven (HL7) standard. The server redirects the data to a bedside monitor, so the readings can be accessed in practical way. The information is also stored in an Electronic Health Record system. Tests applied to patients showed the validity of the obtained readings. This way, with the present work, it is expected to bring a practical and significant contribution to the treatment of critical hyperglycemic patients.

A melhora na eficiência do uso do espectro de radiofrequência é fundamental para permitir um desempenho adequado dos diversos sistemas sem fio cuja complexidade e requerimentos aumentam a cada dia. O panorama atual de atribuição de canais é estático, tolerando assim, que o espectro de radiofrequência seja usado de forma desequilibrada, gerando com isso, problemas de coexistência em algumas faixas e subutilização de recursos em outras. Para contornar esse problema, tem sido proposta a ideia de introduzir algoritmos de cognição nos dispositivos sem fio, a fim de permitir um modelo de alocação dinâmico adicional. Neste, os usuários secundários equipados com rádios cognitivos podem utilizar de forma dinâmica os canais subutilizados de usuários primários. Um usuário primário tem prioridade de uso do canal como consequência da atribuição estática, porém, o uso do canal por um usuário secundário qualquer é oportunista e limitando ao tempo de inatividade do usuário primário em um determinado local. As redes de sensores sem fio trabalham em uma banda concorrida e são sistemas que podem melhorar seu desempenho utilizando um mecanismo de acesso dinâmico aos canais, possibilitando o aproveitamento dos períodos de inatividade de usuários primários ou aumentando sua capacidade de coexistência na banda de operação atual. Segundo a literatura pesquisada são vários os desafios existentes para conseguir um método distribuído de acesso dinâmico aos canais que considere as restrições de trocas de sinalizações, consumo de energia e complexidade dos dispositivos de uma rede de sensores sem fio. Neste contexto, propõe-se uma metodologia de sensoriamento e acesso dinâmico aos canais para uma rede de sensores sem fio considerando a simplicidade dos dispositivos. Como fatores de inovação, optou-se pela definição de uma política de sensoriamento por clusters que permite realizar uma aprendizagem cooperativa por reforço da situação dos canais de operação. Além disso, a definição de um mecanismo de acesso dinâmico aos canais fundamentado no padrão IEEE 802.15.4 permite comunicação e coordenação distribuída de forma assíncrona. O funcionamento da metodologia proposta é avaliado e comparado usando simulações e experimentos mediante um estudo de caso específico. As comparações são realizadas com métodos de seleção de canal: fixa, cega ou baseada em recompensas por acesso. Os resultados mostram a eficiência no acesso dinâmico aos canais com aumentos na taxa de entrega de mensagens e na capacidade de coexistir com as redes primárias. / The efficiency improvement of the use of radiofrequency spectrum is fundamental to allow more complex and more optimal wireless systems. The current channel allocation is static. It tolerates unbalanced use of the radiofrequency spectrum generating coexistence problems in some bands and underutilization of resources in other bands. The introduction of cognitive algorithms into wireless devices has been proposed to overcome that problem, in order to allow an additional dynamic allocation model. In this, the secondary users equipped with cognitive radios will be able to use dynamically the underutilized channels of primary users. A primary user has channel usage priority related to the static allocation, on the other hand, the use of the channel by any secondary user is opportunistic and limited to the inactivity time of the primary user in a specific place. Wireless sensor networks work in a competitive band. These systems can improve their performance using a dynamic access to the channels and consequently to enable the utilization of inactivity periods of primary users or to increase the coexistence capability at their current operation band. According to the researched literature, several challenges exist to find a distributed method for dynamic access to the channels considering the restrictions on control signaling, energy consumption and computational complexity of wireless sensor network devices. In this context, a methodology of sensing and dynamic access to the channels in a wireless sensor network considering the restrictions of the devices is proposed. As innovation, we opted for the definition of a sensing policy by clusters that allows the cooperative reinforcement learning of the situation of channels. In addition, a mechanism for dynamic access to the channels based on the IEEE 802.15.4 standard is defined to allow asynchronous and distributed coordination. The behavior of the proposed methodology is evaluated and compared using simulations and experiments through a specific case study. The comparisons are performed with channel selection methods: fixed, blind and access based. The results show good efficiency in the dynamic allocation of the channels, increasing the message delivery rate and the coexistence capability.