Submitted by Fernanda Ciolfi (fernanda.ciolfi@puc-campinas.edu.br) on 2016-08-11T19:28:00Z No. of bitstreams: 1 Vitor Queiroz Pereira.pdf: 3873709 bytes, checksum: 35cd48e3c95401712d40707f6b9e1af3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-11T19:28:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vitor Queiroz Pereira.pdf: 3873709 bytes, checksum: 35cd48e3c95401712d40707f6b9e1af3 (MD5) Previous issue date: 2016-06-23 / The characteristics of the Sensors Wireless Networks (WSNs) make this technology a solution for a variety of purposes, including when it comes to Internet of Things (IoT). Formed by sensor nodes, this type of network is responsible for monitoring and acting on various aspects of the environment to measure temperature or trigger an exhaust fan. However, wireless communication is vulnerable environment changes in which it operates, which could compromise the effectiveness of communication. Thus, this work presents a proposal for a methodology to determine optimal routes based on an estimate of the PER by the RSSI and a protocol for the collection of network RSSIs. The estimated PER was developed by experimental tests with FSK modulation. The collection protocol was implemented in a real network and RSSIs used to determine the best routes. The methodology for allocation of routes was developed with the classification premise of us according to the criticality of your application into two groups, high and low criticality. / As caracter?sticas das Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) fazem desta tecnologia uma solu??o para diversas finalidades, inclusive quando se trata de Internet das Coisas (IoT). Formada por n?s sensores, este tipo de rede ? respons?vel por monitorar e atuar em diferentes aspectos do ambiente, como medir a temperatura ou acionar um exaustor. Entretanto, a comunica??o sem fio ? vulner?vel as mudan?as do ambiente em que est? inserida, podendo comprometer a efic?cia da comunica??o. Neste sentido, este trabalho apresenta uma proposta uma de metodologia para determina??o de melhores rotas baseada em uma estimativa da PER pela RSSI e um protocolo para a coleta das RSSIs da rede. A estimativa da PER foi desenvolvida por meio de testes experimentais com a modula??o FSK. O protocolo de coleta foi implementado em uma rede real e as RSSIs utilizadas na determina??o de melhores rotas. A metodologia para atribui??o de rotas foi desenvolvida baseada na classifica??o dos n?s em fun??o de sua criticidade.

Submitted by SBI Biblioteca Digital (sbi.bibliotecadigital@puc-campinas.edu.br) on 2017-01-03T16:21:29Z No. of bitstreams: 1 ALERTA PO? ? UM SISTEMA DE COMUNICA??O APOIADO EM REDES DE SENSORES SEM FIO PARA MONITORA??O DO C?RREGO ITAIM.pdf: 3373158 bytes, checksum: 31363a3d5310d22b8a185ceba8f3f1c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-03T16:21:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALERTA PO? ? UM SISTEMA DE COMUNICA??O APOIADO EM REDES DE SENSORES SEM FIO PARA MONITORA??O DO C?RREGO ITAIM.pdf: 3373158 bytes, checksum: 31363a3d5310d22b8a185ceba8f3f1c6 (MD5) Previous issue date: 2016-11-25 / The problems of floods in Brazil cause many difficulties in the lives of many Brazilians throughout the country. Examples such as S?o Paulo, where during the summer the heavy rains, attached to infrastructure problems, enhance transit and leave homeless, or as Po? suffering almost every year with social problems arising from flooding revealing that the problem is recurrent. In this sense, to minimize financial losses and, above all, avoid loss of life (deaths), this work presents a development proposal to interconnect wireless sensor networks and the Internet using low-cost sensors for the level of streams monitoring and rivers urban. In this research the main objective is to provide a reliable system of monitoring streams of water level, crossing a city and contribute to the security of the population, built through the use of a network of sensors without low financial cost wire. The collected data is transmitted in real time to the City Security Control Center that treats these raw data and makes them available in useful information and easy viewing of the stream water level of the residents in the municipality of Po? through a page Web Prefecture. To increase agility in decision-making, information will also be available to citizens through an application installed on mobile devices (smartphones or tablets) that allows the current view of the percentage of water in the stream. The case study results showed the feasibility of implementing this proposal therefore be demonstrated that the water level in the stream monitoring using low cost sensors through a web page and application for mobile devices is possible. With the implementation of wireless sensor network citizens begin to monitor and be alerted to possible flooding, enabling the rescue of material goods and human lives. / Os problemas das enchentes no Brasil causam diversas dificuldades na vida de v?rios brasileiros em todo o territ?rio nacional. Exemplos como o de S?o Paulo, onde durante o ver?o o excesso de chuvas, unido a problemas de infraestrutura, intensificam o tr?nsito e deixam desabrigados, ou como de Po? que sofre praticamente todos os anos com problemas sociais decorrentes de enchentes revelando que o problema ? recorrente. Neste sentido, para minimizar preju?zos financeiros e, principalmente, evitar perda de vidas (mortes), este trabalho apresenta uma proposta de desenvolvimento para interconex?o de redes de sensores sem fio e a internet utilizando sensores de baixo custo para monitoramento do n?vel de c?rregos e rios urbanos. Nesta pesquisa o principal objetivo ? oferecer um sistema confi?vel de monitora??o do n?vel de ?gua de c?rregos, que atravessam uma cidade e que contribua com a seguran?a da popula??o, constru?do por meio do uso de uma rede de sensores sem fio de baixo custo financeiro. Os dados coletados s?o transmitidos em tempo real para o Centro de Controle de Seguran?a da Cidade que trata estes dados brutos e os disponibiliza em informa??es ?teis e de f?cil visualiza??o sobre o n?vel de ?gua do c?rrego aos cidad?os residentes no Munic?pio de Po? atrav?s de uma p?gina web da Prefeitura. Para aumentar a agilidade na tomada de decis?es, as informa??es tamb?m estar?o dispon?veis aos cidad?os por meio de um aplicativo instalado em dispositivos m?veis (smartphones ou tablets) que permite a visualiza??o atual da porcentagem de ?gua no c?rrego. Os resultados do estudo de caso apontaram para a viabilidade de implementa??o desta proposta, pois, demostrou-se que ? poss?vel o monitoramento do n?vel de ?gua no c?rrego utilizando sensores de baixo custo atrav?s de uma p?gina web e aplicativo para dispositivos m?veis. Com a implementa??o da rede de sensores sem fio os cidad?os passam a monitorar e a serem alertados sobre poss?veis enchentes, possibilitando o salvamento de bens materiais e de vidas humanas.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-08-04T12:08:42Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_ModelagemCrossLayer.pdf: 3084989 bytes, checksum: 1a0a7568cb25c8c4cf51ca2d2f20dd73 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-09-04T13:35:54Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_ModelagemCrossLayer.pdf: 3084989 bytes, checksum: 1a0a7568cb25c8c4cf51ca2d2f20dd73 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-04T13:35:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_ModelagemCrossLayer.pdf: 3084989 bytes, checksum: 1a0a7568cb25c8c4cf51ca2d2f20dd73 (MD5) Previous issue date: 2014 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo sobre transmissões de vídeo em sistemas sem fio. O objetivo da metodologia aplicada é comprovar a existência de uma relação direta entre a BER e a perda de qualidade (Perda de PSNR) nas transmissões de vídeo em sistemas OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Os resultados foram obtidos a partir de simulações, desenvolvidas no ambiente computacional Matlab®, e, aferições em cenários reais, realizadas no campus universitário e dentro do laboratório de estudos, em ambiente controlado. A partir da comparação entre dados simulados e aferidos, foi comprovada a relação entre BER e Perda de PSNR, resultando na formulação de um modelo empírico Cross-Layer com característica exponencial. A modelagem obteve erro RMS e desvio padrão próximos de 1,65 dB quando comparada com as simulações. Além disso, sua validação foi realizada a partir dos dados obtidos de cenários reais, que não foram usados para ajustar os parâmetros da equação obtida. O modelo obtido não necessita da especificação do tipo de canal ou codificação utilizada no FEC (Forward Error Correction), possibilitando uma futura integração com softwares de planejamento de redes, em versões comerciais ou open-sources. / This work presents a study about video transmission in wireless systems. The applied methodology aims to prove the existence of a direct relationship between BER and quality loss (PSNR loss) on video streams in OFDM (Orthogonal Frequency Division) systems. The results were obtained from simulations, developed in MatlabTM environment, and, measurements in real scenarios, held on university campus and inside the research laboratory in an controlled environment. From the comparison between simulated and measured data it was possible to prove the relationship between BER and PSNR loss, which led to the formulation of an empirical Cross-Layer Model with exponential characteristic. The modeling has obtained a RMS error and standard deviation close to 1.65 dB when compared to simulations. Moreover, its validation was performed from data obtained from real-world scenarios, which were not used to adjust the parameters of the proposed equation. This Cross-Layer model does not depend on the type of channel or coding in FEC (Forward Error Correction), allowing future integration with commercial or open-source network planning softwares.

Este trabalho propõe estratégias de roteamento e de controle de acesso ao meio destinadas as redes urbanas, motivadas pelo monitoramento e controle de variáveis elétricas relacionadas à iluminação pública. Tais estratégias foram desenvolvidas segundo requisitos da aplicação, trabalhos encontrados na literatura, limitações do protocolo IEEE 802.15.4 e as especificações RFC 5548 e IEEE 802.15.4e (draft). As estratégias desenvolvidas foram incorporadas a protocolos encontrados na literatura, as quais geraram protocolos aperfeiçoados para redes urbanas, dentre eles GGPSR e gradiente em função da maior distância, utilizados para o tráfego divergente e convergente, respectivamente. O protocolo GGPSR é composto pelo algoritmo geográfico GPSR, geocast e retransmissões para os vizinhos seguindo o critério do GGPSR em caso de falha. O protocolo baseado na maior distância é composto pelo algoritmo do gradiente, o qual utiliza a maior distância no caso de receptores com pesos de gradiente iguais e retransmissões seguindo o mesmo critério. Foi utilizado um modelo de propagação realista, no qual foi aplicada a estratégia de mapeamento de vizinhos dos nós de acordo com a distância aproximada fornecida pelo atributo do pacote RSSI. Além disso, para ambos os tipos de tráfego, foi aplicado o mecanismo de controle de acesso ao meio RIT com o objetivo de minimizar o consumo energético. A avaliação dos protocolos gerados a partir dessas estratégias foi feita em simulação utilizando a ferramenta NS-2 integrada em cenários de grande escala fornecidos pela concessionária de iluminação pública Elektro, segundo os critérios de energia remascente da rede, média de atraso fim a fim e taxa de entrega fim a fim. Os resultados obtidos mostram que os protocolos gerados superam protocolos propostos na literatura; além disso, a estratégia baseada na distância obtida pelo atributo RSSI viabiliza a aplicação do protocolo GGPSR. Em relação à aplicação do RIT com a estratégia de parâmetros em função do gradiente, esta se mostrou mais eficiente em comparação com os parâmetros de RIT iguais para todos os nós. / This work proposes routing and medium access control strategies for urban networks, particularly related to monitoring and control of electric variables in the street lighting system. Such strategies were developed according to application requirements, studies in the literature, limitations of the IEEE 802.15.4 protocol, and RFC 5548 and IEEE 802.15.4e (draft) specifications. Strategies were incorporated into protocols found in the literature, which generated specific improved protocols for urban networks, including GGPSR and Gradient based on the farthest neighbor, applied to divergent and convergent traffic, respectively. The GGPSR protocol is composed by the GPSR algorithm, geocast and retransmissions to neighbors according to the GGPSR criterion when a failure occurs. The protocol based on the longest distance comprises the gradient algorithm, which considers the longest distance when receivers have equal gradient weights and retransmissions follow the same criterion. A realistic propagation model was used, implementing the strategy to map neighboring nodes according to the approximate distance provided by the RSSI packet attribute. Moreover, for both traffic ypes, the RIT medium access control mechanism was used in order to minimize energy consumption. Protocols generated by these strategies were evaluated through simulation in NS-2 tool applied to large scale scenarios provided by public street lighting concessionaire Elektro, according to the criteria of remaining energy network, end-to-end average delay and end-to-end delivery rate. Results show that the generated protocols outperform protocols proposed in the literature; in addition, the strategy based on the distance obtained by the RSSI attribute enables the use of the GGPSR protocol. Regarding the use of RIT considering the parameters as a function of the gradient, this strategy is more efficient compared to using the same RIT parameters for all nodes.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-24T20:51:57Z No. of bitstreams: 1 RUAN DELGADO GOMES – TESE (PPGEEI) 2017.pdf: 20190080 bytes, checksum: c170f5c01c9d6fd739d197414aee12e7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-24T20:51:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RUAN DELGADO GOMES – TESE (PPGEEI) 2017.pdf: 20190080 bytes, checksum: c170f5c01c9d6fd739d197414aee12e7 (MD5) Previous issue date: 2017-06-14 / O uso de Redes de Sensores sem Fio Industriais (RSSFIs) para implementar aplicações de monitoramento ou controle apresenta vantagens em comparação ao uso de redes cabeadas, como a maior flexibilidade e o menor custo de implantação. No entanto, é necessário lidar com problemas típicos das redes sem fio, como interferência e o alto nível de atenuação em pequena e larga escala. Além disso, as características do canal sem fio variam com o tempo e uma RSSFI deve ser capaz de se adaptar a essas variações para manter boa qualidade de serviço durante sua operação. Estratégias adaptativas, como a alocação dinâmica de canais, permitem lidar com os problemas mencionados. Para isso, o primeiro passo é estimar a qualidade dos enlaces, de modo que os nós da rede possam decidir se uma mudança de canal é necessária. Esta tese apresenta como contribuição um novo estimador de qualidade de enlace (LQE) e um novo tipo de nó, o nó LQE, que estima a qualidade dos enlaces em tempo real, usando informações obtidas a partir do transceptor, e informações extraídas de pacotes de dados recebidos. O estimador proposto considera problemas causados pelo perfil de multipercurso do ambiente na qualidade do canal,interferência e assimetria. Um protótipo foi desenvolvido e a solução foi validada por meio de experimentos em um ambiente industrial real. Diferente de outros LQEs encontrados na literatura, a solução proposta não gera tráfego extra na rede e não causa sobrecarga nos nós finais. Com base no LQE proposto, um novo protocolo de acesso ao meio foi desenvolvido. O protocolo usa adaptação de canal para a transmissão de pacotes de dados e salto em frequência para a transmissão de pacotes em broadcast. A taxa de recepção de pacote média na camada de aplicação permaneceu perto do pico para todos os cenários avaliados com o protocolo proposto, mesmo considerando as variações na qualidade dos canais ao longo do tempo. Os resultados indicam que o protocolo proposto apresenta desempenho superior aos protocolos de acesso ao meio definidos pelos padrões para RSSFI, em termos de confiabilidade e determinismo. Vários resultados experimentais obtidos em ambientes industriais também são descritos e é proposto um novo modelo para simulação de protocolos multicanais. O modelo é capaz de capturar os efeitos de atenuação por multipercurso, sombreamento, assimetria, as características não estacionárias do canal sem fio e a descorrelação entre diferentes canais. / Industrial Wireless Sensor Networks (IWSNs), that is used to implement monitoring and control applications, presents certain advantages when compared to wired networks, including higher flexibility and lower deployment costs. However, it is necessary to deal with typical problems of wireless networks, such as interference and a high attenuation, in small and large scale. In addition, the characteristics of the wireless channel may change over time, and an IWSN needs to self adapt to these variations to maintain a good quality of service during its operation. Adaptive mechanisms, such as, dynamic channel allocation, are used to deal with the aforementioned problems. For this, the first step is to estimate the link quality, so that the network nodes can decide if a channel change is needed. This thesis presents as a contribution a novel Link Quality Estimator (LQE), and a new type of node, the LQE node, that estimates the quality of the links in real-time, using information obtained from the transceiver, and information obtained from received data packets. The proposed LQE deals with the problems caused by the multipath profile of the environment in channel quality, interference and asymmetry. A prototype was developed and the LQE was validated by experiments in an actual industrial environment. Different from other LQEs in the literature, the solution proposed in this thesis does not cause overhead at the end-nodes and on the network. Based on the proposed LQE, a novel MAC protocol was developed. The protocol uses channel adaptation for the transmission of unicast data packets, and frequency hopping for the transmission of broadcast packets. The packet reception rate at the application layer was at the peak for all scenarios that were evaluated using the proposed protocol, even considering the variations in channel quality over time. The results indicate that the proposed protocol presents a better performance in comparison to the MAC protocols defined by the standards for IWSN, in terms of reliability and determinism. Several experimental results obtained in industrial environments are also described, and a new model for simulation of multi-channel protocols is proposed. The model includes the effects of multipath fading, shadowing, asymmetry, the non-stationary characteristics of the channel, and the uncorrelation of the different channels.

MATOS, Daniel Ribeiro. Um algoritmos distribuído para escalonamento de sensores em RSSF. 2013. 59 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências, Departamento de Computação, Fortaleza-CE, 2013. / Submitted by guaracy araujo (guaraa3355@gmail.com) on 2016-06-16T17:08:19Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_drmatos.pdf: 2537544 bytes, checksum: 870eae75ce068b1ef961e23307dda2a9 (MD5) / Approved for entry into archive by guaracy araujo (guaraa3355@gmail.com) on 2016-06-16T17:11:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_drmatos.pdf: 2537544 bytes, checksum: 870eae75ce068b1ef961e23307dda2a9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-16T17:11:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_drmatos.pdf: 2537544 bytes, checksum: 870eae75ce068b1ef961e23307dda2a9 (MD5) Previous issue date: 2013 / Wireless Sensor Networks (WSNs) are used in a lot of applications: from smart homes to military enviromnets. In general, WSNs has severe energy restrictions - a sensor usualy has a limited batery and it’s not replaceable. Distributing the sensor in a random mander can lead to a redundancy of some areas and this is desirable to support fail of some sensors. In this work, we propose an distributed algorithm to schedule active sensors to reduce the redundancy of data obtainned by the network and prolong the network lifetime. / Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) são utilizadas em diversos tipos de aplicações: desde casas inteligentes a aplicações militares. RSSF possuem, em geral, severas restrições energéticas - um sensor geralmente possui uma quantidade limitada de bateria e este não é substituível. Os sensores podem possuir uma certa redundância de uma área sensoreada, uma vez que, quando os sensores são distribuídos de forma aleatória, alguns sensores acabam ficando muito próximos, ou mesmo quando são depositados de maneira determinística, uma certa redundância é necessária para prever a falha de alguns destes sensores. Neste trabalho, propomos um algoritmo distribuído que faz um escalonamento de sensores ativos, de forma a reduzir a redundância dos dados coletados e aumentar o tempo de vida da rede de sensores.

Oliveira, Camila Helena Souza. Gerenciamento Autonômico de Energia em Redes de Sensores Sem Fio Através do Escalonamento de Atividade dos Nós. 2011. 103 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências, Departamento de Computação, Fortaleza-CE, 2011. / Submitted by guaracy araujo (guaraa3355@gmail.com) on 2016-06-07T17:01:05Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_chsoliveira.htm: 516 bytes, checksum: 5f53d35c4f0938cf35fd9c5325cc0b3c (MD5) / Approved for entry into archive by guaracy araujo (guaraa3355@gmail.com) on 2016-06-07T17:01:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_chsoliveira.htm: 516 bytes, checksum: 5f53d35c4f0938cf35fd9c5325cc0b3c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-07T17:01:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_chsoliveira.htm: 516 bytes, checksum: 5f53d35c4f0938cf35fd9c5325cc0b3c (MD5) Previous issue date: 2011 / he evolution and development of new devices, increasingly cheaper and more efficient, expanded the use of Wireless Sensor Networks (WSN) and encouraged the creation of new applications in the contemporary scenery of Ubiquitous and Pervasive Computing. However, energy limitation remains a challenge in the field of WSN. This situation is aggravated even more by the infeasibility of energy recharge since, in many cases, WSN are used in inaccessible enviroments. With cheapness devices used in WSN, became easier to employ dense and large-scale networks in environments that will be monitored. The use of dense networks, which have a high degree redundancy of nodes, allows the network remains functional even with the exhaustion of some nodes. In addition to provide fault tolerance, the use of very dense networks offer the opportunity of implementing scheduling mechanisms for redundant nodes, in a way that the network lifetime is even better optimized. Assuming a scenery with very dense networks, this dissertation describes the implementation of an autonomic scheduling mechanism, simple, robust and scalable, in order to further improve the results already presented by BiO4SeL, which is a routing protocol based on Ant Colony and designed to maximize the network lifetime. The results show that the new scheduling scheme effectively improves the WSN lifetime based on BiO4SeL in dense scenarios. / A evolução no desenvolvimento de novos dispositivos, cada vez mais baratos e eficientes, expandiu o uso das Redes Sensores Sem Fio (RSSF) e incentivou a criação de novas aplicações, no cenário contemporâneo da Computação Ubíqua e Pervasiva. No entanto, a limitação de energia continua sendo um desafio na área de RSSF. Essa situação é agravada ainda mais pela a inviabilidade de recarga de energia já que, em muitos casos, as RSSF são utilizadas em ambientes inacessíveis. Com o barateamento dos dispositivos utilizados nas RSSFs, ficou mais fácil empregar redes muito densas e de larga escala nos ambientes a serem monitorados. O emprego de redes densas, que apresentam alto grau de redundância dos nós, permite que a rede continue funcional mesmo com a exaustão de alguns nós. Além de oferecer tolerância a falhas, o uso de redes muito densas oferece a oportunidade da implementação de mecanismos de escalonamento dos nós redundantes, de forma que o tempo de vida da rede seja ainda melhor otimizado. Assumindo um cenário com rede muito densas, este trabalho descreve a implementação de um mecanismo de escalonamento autonômico, simples, robusto e escalável, com o objetivo de melhorar ainda mais os resultados já apresentados pelo BiO4SeL, um protocolo de roteamento baseado em Colônia de Formigas e desenvolvido para maximizar o tempo de vida da rede. Os resultados mostram que o novo esquema de escalonamento efetivamente melhora o tempo de vida de uma RSSF baseada no BiO4SeL em cenários densos.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Diversas das possíveis aplicações da robótica de enxame demandam que cada robô seja capaz de estimar a sua posição. A informação de localização dos robôs é necessária, por exemplo, para que cada elemento do enxame possa se posicionar dentro de uma formatura de robôs pré-definida. Da mesma forma, quando os robôs atuam como sensores móveis, a informação de posição é necessária para que seja possível identificar o local dos eventos medidos. Em virtude do tamanho, custo e energia dos dispositivos, bem como limitações impostas pelo ambiente de operação, a solução mais evidente, i.e. utilizar um Sistema de Posicionamento Global (GPS), torna-se muitas vezes inviável. O método proposto neste trabalho permite que as posições absolutas de um conjunto de nós desconhecidos sejam estimadas, com base nas coordenadas de um conjunto de nós de referência e nas medidas de distância tomadas entre os nós da rede. A solução é obtida por meio de uma estratégia de processamento distribuído, onde cada nó desconhecido estima sua própria posição e ajuda os seus vizinhos a calcular as suas respectivas coordenadas. A solução conta com um novo método denominado Multi-hop Collaborative Min-Max Localization (MCMM), ora proposto com o objetivo de melhorar a qualidade da posição inicial dos nós desconhecidos em caso de falhas durante o reconhecimento dos nós de referência. O refinamento das posições é feito com base nos algoritmos de busca por retrocesso (BSA) e de otimização por enxame de partículas (PSO), cujos desempenhos são comparados. Para compor a função objetivo, é introduzido um novo método para o cálculo do fator de confiança dos nós da rede, o Fator de Confiança pela Área Min-Max (MMA-CF), o qual é comparado com o Fator de Confiança por Saltos às Referências (HTA-CF), previamente existente. Com base no método de localização proposto, foram desenvolvidos quatro algoritmos, os quais são avaliados por meio de simulações realizadas no MATLABr e experimentos conduzidos em enxames de robôs do tipo Kilobot. O desempenho dos algoritmos é avaliado em problemas com diferentes topologias, quantidades de nós e proporção de nós de referência. O desempenho dos algoritmos é também comparado com o de outros algoritmos de localização, tendo apresentado resultados 40% a 51% melhores. Os resultados das simulações e dos experimentos demonstram a eficácia do método proposto. / Many applications of Swarm Robotic Systems (SRSs) require that a robot is able to discover its position. The location information of the robots is required, for example, to allow them to be correctly positioned within a predefined swarm formation. Similarly, when the robots act as mobile sensors, the position information is needed to allow the identification of the location of the measured events. Due to the size, cost and energy source restrictions of these devices, or even limitations imposed by the operating environment, the straightforward solution, i.e. the use of a Global Positioning System (GPS), is often not feasible. The method proposed in this work allows the estimation of the absolute positions of a set of unknown nodes, based on the coordinates of a set of reference nodes and the distances measured between nodes. The solution is achieved by means of a distributed processing strategy, where each unknown node estimates its own position and helps its neighbors to compute their respective coordinates. The solution makes use of a new method called Multi-hop Collaborative Min-Max Localization (MCMM), herein proposed, aiming to improve the quality of the initial positions estimated by the unknown nodes in case of failure during the recognition of the reference nodes. The positions refinement is achieved based on the Backtracking Search Optimization Algorithm (BSA) and the Particle Swarm Optimization (PSO), whose performances are compared. To compose the objective function, a new method to compute the confidence factor of the network nodes is introduced, the Min-max Area Confidence Factor (MMA-CF), which is compared with the existing Hops to Anchor Confidence Factor (HTA-CF). Based on the proposed localization method, four algorithms were developed and further evaluated through a set of simulations in MATLABr and experiments in swarms of type Kilobot robots. The performance of the algorithms is evaluated on problems with different topologies, quantities of nodes and proportion of reference nodes. The performance of the algorithms is also compared with the performance of other localization algorithms, showing improvements between 40% to 51%. The simulations and experiments outcomes demonstrate the effectiveness of the proposed method.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:05:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4225.pdf: 931319 bytes, checksum: 2be2e5e88eb314cf8769dabd2749e671 (MD5) Previous issue date: 2011-06-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / The usage of wireless sensor network is increasingly being applied to people s everyday lives everywhere: from energy consumption in households and buildings in general, to vital signs in assistive medicine, infrastructure monitoring, chemical or biological product leaking detection in industries, better surveillance, environmental monitoring, among many others. WSN can be deployed in different densities next to several thousands of nodes. However, the development of WSN solutions are limited mainly by energy resource restriction. The great challenge to WSN solutions is to increase the network longevity while guaranteeing data delivery, reliability and accuracy in an environment prone to different types of failures. The largest source of energy consumption is data transmission. Thus, solutions to WSN needs to avoid intense communication keeping energy consumption balance and so the network longevity. In applications in which high density of nodes is necessary, sensing process can produce a large amount of data which are similar or redundant, due to the special proximity among the nodes. This spatial proximity can be explored in routing solutions to reduce the amount of messages transmitted throughout the network. This work presents the Spatial Correlation Aware Routing Protocol - SCARP , which makes use of spatial correlation to reduce the number of network transmissions. With SCARP, the WSN is configured in cells and nodes of each cell are selected, in an alternated way, to transmit similar or redundant data, and so reducing the number of transmitted messages. This traffic reduction results in less energy consumption and longer network longevity. Evaluation results show that SCARP outperforms similar solutions described in the literature, such as DAARP, which uses clustering and aggregation. SCARP has a positive performance even for large node density scenarios. / Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs) estão sendo cada vez mais utilizadas na vida diária das pessoas em aplicações que incluem desde monitoramento de gasto de energia em residências e prédios em geral, até monitoramento de sinais vitais para medicina assistida, monitoramento de infraestruturas físicas, vazamentos de produtos químicos ou biológicos em indústrias, vigilância para melhoria de segurança, monitoramento ambiental, dentre inúmeras outras. RSSFs podem ser implantadas em diferentes densidades podendo chegar a milhares de nós. No entanto, o desenvolvimento de soluções baseadas em RSSFs é limitado, principalmente, por recursos restritos dos nós sensores, em especial recursos energéticos. O grande desafio de soluções para RSSFs é aumentar a longevidade da rede e, ao mesmo tempo, garantir a entrega, confiabilidade e precisão dos dados coletados diante de um ambiente propício a falhas de diferentes tipos. A maior fonte de consumo de energia é a transmissão de mensagens. Assim, soluções de RSSF têm que evitar comunicação intensa, mantendo o balanceamento do consumo de energia e, assim, a longevidade da rede. Em aplicações onde é necessária alta densidade de nós sensores, o processo de sensoriamento pode produzir grande quantidade de dados similares ou redundantes devido à proximidade espacial entre esses nós. Esta proximidade espacial pode ser explorada em soluções de roteamento para reduzir a quantidade de mensagens transmitidas pela rede. Este trabalho apresenta o algoritmo de roteamento SCARP (Spatial Correlation Aware Routing Protocol), que faz uso da correlação espacial para reduzir o número de transmissões pela rede. Com o SCARP, a RSSF é configurada em células e nós de cada célula são escolhidos, de maneira alternada, para transmitir dados similares ou redundantes, reduzindo assim o número de mensagens transmitidas. Essa redução de tráfego resulta em menor consumo de energia e maior longevidade da rede. Resultados de avaliação de desempenho mostram que SCARP supera soluções semelhantes descritas na literatura como o DAARP, que utiliza clusterização e agregação de dados, e mantém o desempenho positivo mesmo em situações de grande densidade de nós.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This thesis aims to present the design and development of an Energy Harvesting (EH) circuit applied to wireless sensor networks (WSN), especially those that perform functions in lighting systems, such as monitoring or control. The primary function of an Energy Harvesting system is to convert, condition and manage energy from an available source in the environment, in order to power low power consumption devices, which usually would be fed by batteries. The most used energy sources in EH systems are solar, wind, electromagnetic waves, mechanical vibration and thermal differences. Thus Energy Harvesting is an alternative to increase the autonomy or even eliminate the use of batteries for portable, implanted or remote located devices. Initially, an analysis of the most appropriate energy sources to power wireless sensors networks is performed, taking into aspects such as energy density, advantages and disadvantages. Subsequently, the proposed EH circuit is developed and tested. One of the specific objectives is that the EH proposed circuit is capable to being adapted for different energy sources. The proposed circuit consists of two stages, the first is a pre-amplifier and rectifier based on Villard multiplier. The second stage consists of a low-power boost converter with a synthesized inductor. The circuit is able to operate with minimum input voltages about 0.3 V, reaching maximum output of 5 V and 100mW of power. / A presente dissertação tem por objetivo apresentar a concepção e o desenvolvimento de um circuito Energy Harvesting (EH) aplicado a redes de sensores sem fio, notadamente aquelas que desempenham funções relacionadas a sistemas de iluminação, como por exemplo, monitoramento ou controle. A função primordial de um sistema EH é obter, converter, condicionar e gerenciar energia proveniente de uma fonte disponível no meio ambiente, de modo que esta alimente dispositivos de baixo consumo que usualmente seriam alimentados através de pilhas ou baterias. As fontes de energia mais empregadas para sistemas EH são solar, eólica, ondas eletromagnéticas, diferenças térmicas e vibrações mecânicas. Desse modo, Energy Harvesting é uma alternativa para o aumento da autonomia ou mesmo da eliminação do uso de baterias para dispositivos portáteis, implantados, ou dispositvos que se encontram locais remotos. Inicialmente, uma análise das fontes de energia mais propícias para a alimentação de uma rede de sensores sem fio é realizada, tendo em vista aspectos como densidade de energia, vantagens e desvantagens. Posteriormente, a topologia de circuito EH proposta é desenvolvida e testada. Um dos objetivos específicos é que o circuito EH proposto possa ser adaptado para diferentes fontes de energia. O circuito proposto é composto por dois estágios, o primeiro, é um pré-amplificador e retificador, baseado no multiplicador de Villard. O segundo estágio é composto por um conversor Boost de baixa potência, cuja indutância é sintetizada por meio de um circuito do tipo Gyrator. O circuito é capaz de operar com tensões de entrada mínima de 0,3 V, atingindo saída máxima de 5 V e 100 mW de potência.