Experimentos ambientais são fundamentais para entender os efeitos das mudanças climáticas, como o decréscimo de polinizadores encontrados na natureza. Esses experimentos devem ser compartilhados com uma metodologia integrada. Desenvolver e aplicar ferramentas de tecnologia da informação em diferentes áreas de pesquisa é primordial para melhorar processos de controle e análise de dados, sem requisitar que pesquisadores de outras áreas tenham conhecimentos avançados em tecnologias da computação. Para isso, é importante a utilização de uma infraestrutura de hardware e software aberta e disponível aos pesquisadores, por meio de portais na web conhecidos como Weblabs, para aquisição e compartilhamento de dados obtidos através de sensores. Este trabalho apresenta uma arquitetura de sistemas de informação para a implementação de Weblabs a partir dos conceitos de SOA, para solucionar o problema de heterogeneidade e interoperabilidade de ambientes, visto que os dados são coletados por diferentes tecnologias de redes de sensores em suas bases de dados. Para tanto, fez-se necessária a modelagem de uma base de dados central capaz de armazenar dados oriundos de diferentes sistemas, acessíveis por meio do consumo de serviços disponibilizados pelo Weblab. / Environmental experiments are fundamental to understand the effects of climate change, such as the decline of pollinators in nature. These experiments should be shared with an integrated methodology. Develop and apply tools of information technology in different areas of research is essential for improving process control and data analysis, without requiring that researchers from other fields have advanced knowledge in computing technologies. For this it is important to use an open infrastructure of hardware and software made available to researchers through web portals, known as Weblab for acquisition and sharing of data obtained by sensors. This paper presents a model of information systems architecture for the implementation of a Weblab based on the concepts of SOA, to solve the problem of heterogeneity and interoperability of environments, since the data is collected by different network technologies of sensors in its databases. It was necessary for the modeling of central database capable of storing data from different systems accessible through the consumption of the service provided by the Weblab.

Experimentos ambientais são fundamentais para entender os efeitos das mudanças climáticas, como o decréscimo de polinizadores encontrados na natureza. Esses experimentos devem ser compartilhados com uma metodologia integrada. Desenvolver e aplicar ferramentas de tecnologia da informação em diferentes áreas de pesquisa é primordial para melhorar processos de controle e análise de dados, sem requisitar que pesquisadores de outras áreas tenham conhecimentos avançados em tecnologias da computação. Para isso, é importante a utilização de uma infraestrutura de hardware e software aberta e disponível aos pesquisadores, por meio de portais na web conhecidos como Weblabs, para aquisição e compartilhamento de dados obtidos através de sensores. Este trabalho apresenta uma arquitetura de sistemas de informação para a implementação de Weblabs a partir dos conceitos de SOA, para solucionar o problema de heterogeneidade e interoperabilidade de ambientes, visto que os dados são coletados por diferentes tecnologias de redes de sensores em suas bases de dados. Para tanto, fez-se necessária a modelagem de uma base de dados central capaz de armazenar dados oriundos de diferentes sistemas, acessíveis por meio do consumo de serviços disponibilizados pelo Weblab. / Environmental experiments are fundamental to understand the effects of climate change, such as the decline of pollinators in nature. These experiments should be shared with an integrated methodology. Develop and apply tools of information technology in different areas of research is essential for improving process control and data analysis, without requiring that researchers from other fields have advanced knowledge in computing technologies. For this it is important to use an open infrastructure of hardware and software made available to researchers through web portals, known as Weblab for acquisition and sharing of data obtained by sensors. This paper presents a model of information systems architecture for the implementation of a Weblab based on the concepts of SOA, to solve the problem of heterogeneity and interoperability of environments, since the data is collected by different network technologies of sensors in its databases. It was necessary for the modeling of central database capable of storing data from different systems accessible through the consumption of the service provided by the Weblab.

La complexité des nouveaux systèmes ne cesse de grandir, en terme d’intégration de multiples technologies, de nombre de composants, ainsi qu’en terme de performances attendues. De plus, leur phase de conception doit également garantir la tenue de délais stricts pour un coût maîtrisé. Beaucoup de ces systèmes doivent notamment fournir des performances élevées en terme de Sûreté de Fonctionnement (SdF). Les analyses de SdF à mener dans ces cas doivent concilier temps et qualité d’étude, être réalisées à des niveaux de description parfois peu élevés et être capables de traiter de multiples technologies. C’est pourquoi nous avons cherché durant cette thèse à décrire une méthode d’analyse de la SdF des systèmes complexes, intégrée aux méthodes d’Ingénierie Système (IS) utilisées, que nous avons nommé MéDISIS. Les travaux de cette thèse s’attachent donc à rendre plus efficaces les analyses de SdF au cours du processus d’IS, en créant des outils et méthodes intégrés aux outils actuels de conception et proposant un support efficace pour les études SdF. Les méthodes d’Ingénierie Système Basée sur les Modèles sont les plus efficaces pour la création de tels systèmes. Nous plaçons donc ces travaux dans un référentiel utilisant un modèle central, que nous supposons écrit en SysML. Nous avons alors approfondi 3 axes de recherches : Utiliser le langage SysML comme point d’ancrage du processus d’IS intégrant les analyses de SdF, Extraire des diagrammes SysML fonctionnels les informations nécessaires aux études de risques et Exploiter les représentations SysML pour les études formelles de SdF. Dans ce contexte, nous illustrons l’emploi de MéDISIS sur la problématique du projet CAPTHOM, dont l’objectif est de bâtir une solution innovante pour la détection de présence humaine. Cette recherche nous conduit à la réalisation d’un simulateur de réseau de capteurs capable d’évaluer la réponse à des scénarios de stimulation et d’optimiser le placement des capteurs. / The design processes of new innovative systems must be able to master the increasing complexity brought by the need of integrating multiple technologies, utilized by even more components with high awaited performances. Moreover, stakeholders impose strict delays and costs on their development phase. Many of those systems are intended to possess strong reliability performances. This kind of system must include in their design phase complicated reliability analysis, within a limited time and with limited resources. Therefore, we tackle in this thesis the construction of a methodology, named MéDISIS, for integrating reliability analysis in the design processes using Model-Based System Engineering techniques. The main goal of this work is to make the reliability analysis more efficient during the engineering process, by creating methods and tools using or being included in the current design softwares utilised by system engineers. As we assume that SysML is the best language for Model-Based System Engineering, we developed 3 axes: Using SysML as the language used for the central model of all developments. Extracting the needed information on the dysfunctional behaviour, from functional SysML description studied with classic FMEA-like techniques. Setting translations between SysML descriptions and formal models for reliability studies. Finally, the use of MéDISIS is exemplified on the CAPTHOM project, aiming at developing a new human presence sensor. This study leads us to create a simulation and optimisation software for sensor networks design.

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Made available in DSpace on 2016-04-04T18:31:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUIZ RODOLFO BARRETO DA SILVA.pdf: 1309393 bytes, checksum: c820374f746f8a21bb89acd6347d0907 (MD5) Previous issue date: 2014-02-07 / This work discusses the development of a method for estimating the distance of sensor nodes in Wireless Sensor Networks (WSN) in indoor environments, considering the need for adaptation of the method due to the presence of random factors that may influence the estimation of such distances. The estimation method presented is based on a signal strength indicator, RSSI (Received Signal Strength Indicator). / Este trabalho aborda a elabora??o de um m?todo para a estimativa de dist?ncia de n?s sensores em Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) em ambientes internos fechados, considerando necessidade de adapta??o do m?todo devido ? presen?a de fatores aleat?rios que podem influenciar a estimativa dessas dist?ncias. O m?todo de estimativa apresentado ? baseado em um indicador de intensidade de sinal, o RSSI (Received Sinal Strength Indicator).

Made available in DSpace on 2015-04-11T14:02:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Felipe Lobo.pdf: 609088 bytes, checksum: ab4ee5abe3ca57cd1089d41d9089b070 (MD5) Previous issue date: 2012-03-22 / One of the main applications on Wireless Sensors Networks (WSNs) is the environmental monitoring, particularly in monitoring of the fauna in diverse places like forests, fields, etc. In these environments that are of difficult access, the maintenance of the sensors is impaired and energy restriction becomes a major factor in the life of the network. How in most such cases the data are not needed in real time, in this work is proposed and evaluated a new cross-layer algorithm, called PWAVE, turned to WSNs with periodic data collection, where data transmissions are made through a predetermined interval. While such transfers are not performed, the sensor still collecting information from the environment and turn off their radios to reduce energy consumption. Several other challenges appear before this way of working, for example, the synchronization of clocks, which are readily solved by the algorithm. The results show that the proposed solution is efficient and can save up to 51.2 % of energy with 99 % in the rate of data delivery when compared with similar solutions / Uma das principais aplicações existentes em Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs) é o monitoramento ambiental, mais particularmente no acompanhamento da fauna existente em locais diversos como florestas, campos, etc. Nesses ambientes de difícil acesso, a manutenção dos sensores fica prejudicada e a restrição de energia torna-se um fator primordial para a vida útil da rede. Como na maioria desses casos os dados não são necessários em tempo real, neste trabalho é proposto e avaliado um novo algoritmo cross-layer, denominado PWAVE, voltado para RSSFs com coleta periódica, onde as transmissões dos dados são feitas através de intervalos predeterminados. Enquanto essas transmissões não são executadas, o sensor permanece coletando as informações do ambiente e seus rádios desligam-se, a fim de reduzir o consumo de energia. Diversos outros desafios aparecem diante deste modo de trabalho como, por exemplo, a sincronização dos relógios, que são prontamente solucionados pelo algoritmo proposto. Os resultados mostram que a solução proposta é eficiente e consegue economizar até 51.2% de energia com 99% na taxa de entrega de dados quando comparado com soluções similares

Le sujet de thèse propose une nouvelle génération de réseaux de capteur sans fil base sur impulse radio ultra wide band (IR-UWB) reconfigurable suivant l'application souhaitée et à très basse consommation. La consommation énergétique d’un système de communication sans fil est la contrainte majeure pour le déploiement d’un réseau de capteurs sans fil autonome. Les travaux de recherche présente dans cette thèse ont menés au développement d’un émetteur-récepteur à très faible consommation d’énergie pour les réseaux de capteurs sans fil autonome pour des applications de structural Heath monitoring dans des domaines aéronautique. Une description est faite pour les différents types de technologie de communication sans fil pour la surveillance des structures (SHM). Nous avons détaillé la communication sans fil ultra large bande (UWB) en présentant la technique de communication sans fil UWB par impulsion avec les avantages qu’elle offre pour notre application. Une présentation est faite de l’architecture de l’émetteur-récepteur IR-UWB conçu en détaillant le design complet avec l’intégration de la solution proposée clock-gating pour un système à une grande efficacité énergétique avec une implémentation et validation d’un prototype sur une plateforme FPGA. Une description de la conception et la fabrication d’un système sur puce ASIC de notre design d’émetteur-récepteur IR-UWB avec la technologie CMOS 65nm de st microélectronique et les avantages qu’il offre que ça soit en terme d’efficacité énergétique ou de taille de système. / This Ph.D. Subject proposes the design of a new generation of wireless sensor networks (WSN) based on impulse radio ultra-wide band (IR-UWB), reconfigurable upon the application, reliable and ultra-low power. Applications like structure health monitoring of aerospace structures or portable smart sensing systems for human protection can be targeted. These industrial applications impose very demanding specifications for the wireless communication protocol (in some cases, new services are needed like: localization, clock synchronization, real-time transmission, etc) on one side, and for the circuit design, on the other side, as the ultra-low power circuits are needed. Energy efficiency is the major driver in today development of the wireless sensor networks. We chose impulse radio ultra-wideband (IR-UWB) technique for our developments. IR-UWB is a very promising technique able to respond to the wireless communication protocol constraints and to energy efficiency constraints.! The objective of this Ph.D. will be to design an ultra-low power IR-UWB transceiver. IR-UWB signal processing techniques has to be study and innovator solution has to be proposed for the implementation of the IR-UWB transceiver. The first prototype will be developed on FPGA boards (and/or USRP boards) and the final IR-UWB transceiver will be an ASIC in CMOS technology. The design of an ultra-low power consumption of the CMOS transceiver will be a major concern. Modern ultra-low power circuit techniques from the nanometrics CMOS design kits will be used. MAC layer adapted to the demands of the application and working on IR-UWB physical layer will be also studied and designed. A microprocessor integration on the chip for power management of the different parts (sensor, communication, computing, energy harvesting) of the system can also be studied. This work will be based on the previous research results obtained in our team in the case of static WSN. This work will take plac! e in the highly stimulating and competitive environment of a E! uropean project.

A utilização de sensores e de atuadores cresceu vertiginosamente nos últimos anos. As aplicações centralizadas em sensoriamento e controle avançaram com a instrumentação industrial, passando pela incorporação desses elementos em redes distribuídas até culminar, na atualidade, em redes integradas que possuem inúmeras funções e aplicações, dentre elas: controle, monitoramento, rastreamento e segurança. Entretanto o crescimento do número de sensores e atuadores conectados através de barramentos e redes não ocorreu de forma única, proliferando uma diversidade de formas de padronização na comunicação entre esses e seus respectivos monitores ou controladores. Dessa pluralidade de protocolos emergiu a necessidade de criação de um padrão que permitisse interoperabilidade entre transdutores e redes de controle, bem como a introdução do conceito de sensores e atuadores inteligentes. Nesse contexto foi proposto o protocolo IEEE1451 (Standards for Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators). Nessa perspectiva o trabalho em questão apresenta os resultados do desenvolvimento e a utilização desse padrão em duas aplicações de engenharia biomédica. Primeiramente em um sistema embarcado capaz de realizar aquisição e processamento de biopotenciais, em específico, de eletrocardiogramas e a posterior transmissão dos dados coletados através de uma interface sem fio Wifi (IEEE802.11b/g) utilizando os protocolos IEEE1451.0 e IEEE1451.5. E em um eletrogoniômetro, para fins fisioterápicos, que realiza medidas de amplitude de movimento das articulações e transfere os dados serialmente através de uma interface USB (Universal Serial Bus) utilizando como padrões o IEEE1451.0 e o IEEE1451.2. Ambos os sistemas permitem além do monitoramento local, o acesso das informações coletadas pela Internet através de uma instrumentação remota implementada por um Web Service. Dessa maneira foi construída uma rede de sensores padronizada que permitiu demonstrar os benefícios e as potencialidades do protocolo IEEE1451. / The use of sensors and actuators grew vertiginously in recent years. The centralized applications in sensing and controlling advanced with industrial instrumentation, going through the incorporation of these elements into industrial computer network protocols until currently culminating in integrated networks with innumerable functions and applications, amongst them: controlling, monitoring, tracking and security. However, the growth of the number of sensors and actuators connected through bus and computers networks did not occur in a single way, and a diversity of communication standards proliferated. From these protocols, plurality required the creation of a standard to allow interoperability between transducers and networks, as well as the introduction of the smart sensors and actuators concept. In this context the IEEE1451 protocol (Standards for Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators) was proposed. In this perspective, this work presents two applications of biomedical engineering using the IEEE1451 standard. The first application is an embedded system for biopotencial acquisition and processing, specifically, electrocardiogram signals and data transmission through a wireless interface Wifi (IEEE802.11b/g) using IEEE1451.0 and IEEE1451.5 protocols. The other application is an electrogoniometer, for physiotherapy, that measures the joint movements amplitude and transfers the data through an USB (Universal Serial Bus) connection using the IEEE1451.0 and the IEEE1451.2 protocols as standards. Both systems allow local monitoring and the access to information through a remote instrumentation implemented by Web Services. Hence, this project demonstrates the IEEE1451 benefits and the potentialities.

Submitted by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-03-23T22:13:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Redes de sensores com nodos móveis.pdf: 6727540 bytes, checksum: 3de001c9a299b0722e7e13bd8cafbb33 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-04-05T19:13:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Redes de sensores com nodos móveis.pdf: 6727540 bytes, checksum: 3de001c9a299b0722e7e13bd8cafbb33 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-05T19:13:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Redes de sensores com nodos móveis.pdf: 6727540 bytes, checksum: 3de001c9a299b0722e7e13bd8cafbb33 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-11-23 / Sem bolsa / A mobilidade de nodos em redes de sensores sem fio tem sido empregada para resolver problemas de comunicação através de nodos coletores de dados ou estações base móveis, ou ainda para melhorar a cobertura empregando nodos sensores móveis, que se movem para sensoriar áreas descobertas. No entanto, um dos principais desafios em redes de sensores sem fio é o consumo de energia, visto que o tempo de vida da rede depende da carga da bateria de seus nodos. Visando aumentar o tempo de vida das redes orientadas a eventos, estratégias dinâmicas de balanceamento de carga exploram a redundância nas áreas de sensoriamento dos nodos e evitam que mais de um nodo processe um mesmo evento. A mobilidade bem como o balanceamento de carga são importantes adaptações dinâmicas que podem ser empregadas para melhorar a eficiência de redes de sensores, mas o emprego integrado destas duas adaptações precisa ser investigado. Este trabalho avalia os efeitos da mobilidade de nodos sensores tanto na cobertura da rede quanto na eficiência das técnicas de balanceamento de carga empregadas em redes de sensores orientadas a eventos. No contexto deste trabalho, uma estratégia é implementada, a qual move nodos baseada na ação de forças de repulsão, visando espalhar nodos sobre a área de interesse e melhorar a cobertura da rede. O seu impacto na cobertura foi avaliado em diferentes cenários de implantação e em redes com diferentes densidades. Primeiramente, quando nodos são implantados de forma aleatória, e então, a mobilidade permite redistribuí-los e maximizar a cobertura da rede. Em um segundo momento, a estratégia é aplicada quando nodos começam a ser desativados pela descarga de suas baterias, onde a mobilidade pode minimizar o efeito da desativação de um nodo da rede. Além disso, experimentos foram realizados de forma a observar o impacto do emprego desta estratégia de mobilidade no desempenho de duas técnicas de balanceamento de carga consideradas estado-da-arte em redes de sensores sem fio orientadas a eventos. Neste trabalho foi considerado o consumo de energia que o nodo gasta com o sensoriamento, mas o consumo energético gasto com o movimento está fora do escopo. / The nodes mobility in wireless sensor networks has been employed to solve communication problems through mobile data mulling or base stations, or yet to improve coverage using mobile sensor nodes, which move to sensing uncovered areas. However, one of the main challenges in wireless sensor networks is the energy consumption, since the network lifetime depends on the node battery charge. In order to increase the lifetime of the event-oriented networks, dynamic load balancing strategies exploit redundancy in the nodes sensing areas and avoid that more than one node process the same event. Mobility as well as the load balancing are important dynamic adaptations that can be employed to improve the ef?ciency of sensor networks, but the integrated use of these two adaptations needs to be investigated. This work evaluates the effects of the sensor nodes mobility both on network coverage and on the ef?ciency of load balancing techniques used in event-oriented sensor networks. In the context of this work, an strategy has implemented, which moves nodes based on the action of repulsion forces, aiming to spread nodes over the area of interest and improve network coverage. Its impact on coverage has assessed in different deployment scenarios and networks with different densities. First, when nodes are deployed at random, then mobility allows them to redistribute and maximize the network coverage. In a second moment, the strategy is applied when nodes begin to be deactivated by the discharge of their batteries, where the mobility can minimize the effect of the deactivation of a node of the network. In addition, experiments have carried out in order to observe the impact of the use of this mobility strategy on the ef?ciency of two load balancing techniques considered state-of-the-art in event-oriented wireless sensor networks. In this work we considered the energy consumption that the node spends with the sensing, but the energy consumption spent with the movement is out of scope.

A utilização de sensores e de atuadores cresceu vertiginosamente nos últimos anos. As aplicações centralizadas em sensoriamento e controle avançaram com a instrumentação industrial, passando pela incorporação desses elementos em redes distribuídas até culminar, na atualidade, em redes integradas que possuem inúmeras funções e aplicações, dentre elas: controle, monitoramento, rastreamento e segurança. Entretanto o crescimento do número de sensores e atuadores conectados através de barramentos e redes não ocorreu de forma única, proliferando uma diversidade de formas de padronização na comunicação entre esses e seus respectivos monitores ou controladores. Dessa pluralidade de protocolos emergiu a necessidade de criação de um padrão que permitisse interoperabilidade entre transdutores e redes de controle, bem como a introdução do conceito de sensores e atuadores inteligentes. Nesse contexto foi proposto o protocolo IEEE1451 (Standards for Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators). Nessa perspectiva o trabalho em questão apresenta os resultados do desenvolvimento e a utilização desse padrão em duas aplicações de engenharia biomédica. Primeiramente em um sistema embarcado capaz de realizar aquisição e processamento de biopotenciais, em específico, de eletrocardiogramas e a posterior transmissão dos dados coletados através de uma interface sem fio Wifi (IEEE802.11b/g) utilizando os protocolos IEEE1451.0 e IEEE1451.5. E em um eletrogoniômetro, para fins fisioterápicos, que realiza medidas de amplitude de movimento das articulações e transfere os dados serialmente através de uma interface USB (Universal Serial Bus) utilizando como padrões o IEEE1451.0 e o IEEE1451.2. Ambos os sistemas permitem além do monitoramento local, o acesso das informações coletadas pela Internet através de uma instrumentação remota implementada por um Web Service. Dessa maneira foi construída uma rede de sensores padronizada que permitiu demonstrar os benefícios e as potencialidades do protocolo IEEE1451. / The use of sensors and actuators grew vertiginously in recent years. The centralized applications in sensing and controlling advanced with industrial instrumentation, going through the incorporation of these elements into industrial computer network protocols until currently culminating in integrated networks with innumerable functions and applications, amongst them: controlling, monitoring, tracking and security. However, the growth of the number of sensors and actuators connected through bus and computers networks did not occur in a single way, and a diversity of communication standards proliferated. From these protocols, plurality required the creation of a standard to allow interoperability between transducers and networks, as well as the introduction of the smart sensors and actuators concept. In this context the IEEE1451 protocol (Standards for Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators) was proposed. In this perspective, this work presents two applications of biomedical engineering using the IEEE1451 standard. The first application is an embedded system for biopotencial acquisition and processing, specifically, electrocardiogram signals and data transmission through a wireless interface Wifi (IEEE802.11b/g) using IEEE1451.0 and IEEE1451.5 protocols. The other application is an electrogoniometer, for physiotherapy, that measures the joint movements amplitude and transfers the data through an USB (Universal Serial Bus) connection using the IEEE1451.0 and the IEEE1451.2 protocols as standards. Both systems allow local monitoring and the access to information through a remote instrumentation implemented by Web Services. Hence, this project demonstrates the IEEE1451 benefits and the potentialities.