COSTA NETO, F. H. Utility-based scheduling algorithms to enhance user satisfaction in OFDMA systems. 2016. 71 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-06-23T16:17:57Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_fhcostaneto.pdf: 4893771 bytes, checksum: 412cfc73d8a447879c3e130098cc3786 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-07-14T13:20:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_fhcostaneto.pdf: 4893771 bytes, checksum: 412cfc73d8a447879c3e130098cc3786 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-14T13:20:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_fhcostaneto.pdf: 4893771 bytes, checksum: 412cfc73d8a447879c3e130098cc3786 (MD5) Previous issue date: 2016-02-25 / The increasing market demand for wireless services and the scarcity of radio resources calls more than ever for the enhancement of the performance of wireless communication systems. Nowadays, it is mandatory to ensure the provision of better radio services and to improve coverage and capacity, thereby increasing the number of satisfied subscribers. This thesis deals with scheduling algorithms aiming at the maximization and adaptive control of the satisfaction index in the downlink of an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) network, considering different types of traffic models of Non-Real Time (NRT) and Real Time (RT) services; and more realistic channel conditions, e.g., imperfect Channel State Information (CSI). In order to solve the problem of maximizing the satisfaction with affordable complexity, a cross layer optimization approach uses the utility theory to formulate the problem as a weighted sum rate maximization. This study is focused on the development of an utility-based framework employing the shifted log-logistic function, which due to its characteristics allows novel scheduling strategies of Quality of Service (QoS)-based prioritization and channel opportunism, for an equal power allocationn among frequency resources. Aiming at the maximization of the satisfaction of users of NRT and RT services, two scheduling algorithms are proposed: Modified Throughput-based Satisfaction Maximization (MTSM) and Modified Delay-based Satisfaction Maximization (MDSM), respectively. The modification of parameters of the shifted log-logistic utility function enables different strategies of distribution of resources. Seeking to track satisfaction levels of users of NRT services, two adaptive scheduling algorithms are proposed: Adaptive Throughput-based Efficiency-Satisfaction Trade-Off (ATES) and Adaptive Satisfaction Control (ASC). The ATES algorithm performs an average satisfaction control by adaptively changing the scale parameter, using a feedback control loop that tracks the overall satisfaction of the users and keep it around the desired target value, enabling a stable strategy to deal with the trade-off between satisfaction and capacity. The ASC algorithm is able to ensure a dynamic variation of the shape parameter, guaranteeing a strict control of the user satisfaction levels. System level simulations indicate the accomplishment of the objective of development of efficient and low complexity scheduling algorithms able to maximize and control the satisfaction indexes. These strategies can be useful to the network operator who is able to design and operate the network according to a planned user satisfaction profile. / A crescente demanda de mercado por serviços sem fio e a escassez de recursos de rádio apela mais do que nunca para a melhoria do desempenho dos sistema de comunicação sem fio. Desse modo, é obrigatório garantir o provimento de melhores serviços de rádio e aperfeiçoar a cobertura e a capacidade, com isso aumentando o número de consumidores satisfeitos. Esta dissertação lida com algoritmos de escalonamento, buscando a maximização e o controle adaptativo do índice de satisfação no enlace direto de uma rede de acesso baseado em frequência, OFDMA (do inglês Orthogonal Frequency Division Multiple Acess , considerando diferentes modelos de tráfego para serviços de tempo não real, NRT (do inglês Non-Real Time ), e de tempo real, RT (do inglês Real Time ); e condições de canal mais realistas, por exemplo, CSI imperfeitas. Com o intuito de resolver o problema de maximização de satisfação com menor complexidade, uma abordagem com otimização de múltiplas camadas usa a teoria da utilidade para formular o problema como uma maximização de soma de taxa ponderada. Este estudo é focado no desenvolvimento de um framework baseado em utilidade empregando a função log-logística deslocada, que devido às suas características permite novas estratégias de escalonamento de priorização baseada em QoS e oportunismo de canal, para uma alocação de potência igualitária entre os recursos de frequência. Visando a maximização da satisfação de usuários de serviços NRT e RT, dois algoritmos de escalonamento são propostos: MTSM e MDSM, respectivamente. A modificação dos parâmetros da função de utilidade log-logística descolocada permite a implementação de diferentes estratégias de distribuição de recursos. Buscando controlar os níveis de satisfação dos usuários de serviços NRT, dois algoritmos adaptativos de escalonamento são propostos: ATES e ASC. O algoritmo ATES realiza um controle da satisfação média pela mudança dinâmica do parâmetro de escala, permitindo uma estratégia estável para lidar com o dilema entre satisfação e capacidade. O algoritmo ASC é capaz de garantir uma variação dinâmica do parâmetro de formato, garantindo um controle rigoroso dos níveis de satisfação dos usuários. Simulações no nível do sistema indicam o cumprimento do objetivo de desenvolvimento de algoritmos de escalonamento eficientes e de baixa complexidade capazes de maximizar e controlar os índices de satisfação. Estas estratégias podem ser úteis para o operador da rede, que se torna capaz de projetar e operar a rede de acordo com um perfil de satisfação de usuário.

CRUZ, Tadeu Macryne Lima. Estratégia de monitoramento e automação em sistemas de irrigação utilizando dispositivos de comunicação em redes de sensores sem fio. 2009. 83 f. Dissertação (Mestrado em engenharia agrícola)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2009. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-06-28T19:11:40Z No. of bitstreams: 1 2009_dis_tmlcruz.pdf: 4718653 bytes, checksum: a034932d90f7e0a5ad3468c487ff63a7 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-06-30T22:50:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_dis_tmlcruz.pdf: 4718653 bytes, checksum: a034932d90f7e0a5ad3468c487ff63a7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-30T22:50:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_dis_tmlcruz.pdf: 4718653 bytes, checksum: a034932d90f7e0a5ad3468c487ff63a7 (MD5) Previous issue date: 2009 / The goal of this study was to develop strategies for monitoring and automated irrigation systems using FDR capacitance sensors to collect data of water content in the soil through Wireless Sensor Network (WSN). The FDR capacitance sensors were developed in the Department of Agricultural Engineering (DENA) pertain UFC. Were used 14 FDR capacitance sensors and one of them went through a calibration process in the laboratory, witch was superimposed a 100-watt bulb in the soil sample undeformed to accelerate the drying soil. At the end of the calibration we obtained an equation potential model. The WSN is formed sensors nodes can communicate with each other by radio frequency having a communication end point (base station). The WSN system consisted of 9 sensors modules and a master module connected to the PC. Each sensor module consists of the following elements: 2.4 GHz transceiver TRF of company Laipac (maximum range 150 m), memory, processor, 12-volt battery and two FDR capacitance sensors. The WSN was installed in a field of maize crop in an advanced stage of production (30 DAS). The FDR capacitance sensors were installed at two depths: 10 cm and 25 cm. The data from the sensor modules were transmitted to the master module through the 2 modules multihops. The responses of the FDR capacitance sensors were collected every day at the morning and afternoon, and the time of irrigation was determined based on the calibration equation. The responses of the FDR capacitance sensors obtained by WSN were collected before and after irrigation and the experiment lasted 15 days. We performed a validation of the field calibration relating the responses of the FDR capacitance sensors in real time with the water content by gravimetric method. The WSN enabled FDR capacitance sensors recorded the variation of water content during the events of rainfall and irrigation. The communications of sensors modules have been successful, despite the height of plants and occurrences of rainfall have impeded some transmissions. The equation obtained in laboratory underestimated the true values water content obtained by the direct method, due to the temperature that the light bulb emitted on the soil sample during the calibration process. The battery of the sensor modules was the most limiting factor and requires adjustment in the communication protocol of WSN to optimize consumption. The WSN was dynamic and accurate and may, in partnership with FDR capacitance sensors, help researchers and producers in decision-making irrigation. / O objetivo deste trabalho foi desenvolver estratégias de monitoramento e automação em sistemas de irrigação utilizando sensores capacitivos FDR para coletar dados do conteúdo de água no solo através de uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF). Os sensores capacitivos FDR foram desenvolvidos no Departamento de Engenharia Agrícola (DENA) da UFC. Foram utilizados neste trabalho 14 sensores capacitivos FDR e um deles passou por um processo de calibração em laboratório, onde foi sobreposta uma lâmpada de 100 watts na amostra de solo indeformada para acelerar o secamento do solo. Esta calibração derivou uma equação do tipo potencial. A RSSF utilizada é formada por módulos sensores capazes de comunicar-se entre si por rádio frequência, possuindo um ponto de comunicação final (estação base). O sistema de RSSF foi constituído de 7 módulos sensores, 2 módulos multihops e um módulo mestre conectado ao computador. Cada módulo sensor é constituído pelos seguintes elementos: transceptor TRF 2.4 GHz da Laipac (alcance máximo de 150 m), memória, processador, bateria de 12 volts e dois sensores capacitivos FDR. A RSSF foi instalada em um campo cultivado por milho em estádio avançado de produção (30 DAS). Os sensores capacitivos FDR foram instalados em duas profundidades: 10 cm e 25 cm. Os dados dos módulos sensores eram transmitidos ao módulo mestre através dos 2 módulos multihops. As respostas dos sensores capacitivos FDR foram coletadas pelos módulos sensores todos os dias, pelo período da manhã e da tarde, e o tempo de irrigação foi determinado com base na equação de calibração. As leituras foram coletadas antes e depois das irrigações e o experimento durou aproximadamente 15 dias. Foi realizada uma validação da calibração em campo relacionando as respostas dos sensores capacitivos FDR em tempo real com a umidade volumétrica pelo método padrão de estufa. A RSSF possibilitou que os sensores capacitivos FDR registrassem a variação do teor de água durante os eventos de chuva e irrigações. As comunicações dos módulos sensores foram bem sucedidas, apesar da altura das plantas e as ocorrências das chuvas terem impedido em alguns momentos as transmissões. A equação obtida em laboratório subestimou os valores de umidade volumétrica real, obtida pelo método direto, devido à temperatura que a lâmpada incidiu na amostra de solo durante o processo de calibração. A bateria dos módulos sensores foi o fator mais limitante e requer ajuste no protocolo de comunicação da RSSF par otimizar o consumo. A RSSF mostrou-se um sistema dinâmico e preciso e pode, em conjunto com os sensores capacitivos FDR, auxiliar pesquisadores e produtores na tomada de decisão de irrigação.

Dois dispositivos de comunicação sem fio populares são considerados nesta pesquisa. Em primeiro lugar, o fone de ouvido que utiliza tecnologia Bluetooth, sendo um dos acessórios móveis mais econômicos do mercado e os óculos para dispositivos de comunicação que são uma representação da nova visão futurista. A absorção de ondas eletromagnéticas na cabeça humana durante um certo período de tempo, pode conduzir a problemas de saúde. A Taxa de Absorção Específica (SAR) foi simulada em quatro modelos diferentes para duas abordagens que realizam variações nos parâmetros dielétricos dos tecidos da cabeça. Estes resultados foram comparados com as recomendações internacionais (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). O primeiro modelo utilizado foi o Manequim Antropomórfico Específico (SAM phantom), bem como três modelos realistas de cabeça humana (ou seja, um adulto de 34 anos e duas crianças de 10 e 6 anos). As simulações foram executadas utilizando o método de diferenças finitas (FDTD) e a frequência usada para alimentar as antenas foi de 2,45 GHz. Além disso foram feitas medidas experimentais de potência transmitida pelo dispositivo Bluetooth. / Two popular wireless communication devices are considered in this research. Firstly, the handset Bluetooth which is one of the most economic mobile accessories and the eyewear Communicating Device which are a representation of the new futuristic vision. It is well known that the absorption of electromagnetic waves on the human head for a certain period of time may lead to health problems such as headaches. The Specific Absorption Rate (SAR) is simulated to four different head models for two approaches that perform variations in the dielectric parameters in the head tissues and compared with the available international recommendations (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). The first model used is the Specific Anthropomorphic Mannequin (SAM phantom), as well as three realistic models of human head (i.e., a 34 years old adult and two children of 10 and 6 years old). The simulations were performed using the finite difference time domain (FDTD) method and the frequency used to feed the antennas was 2.45 GHz. Experimental measurements of transmission power in Bluetooth device are also described.

MATOS, D. R. Um algoritmos distribuído para escalonamento de sensores em RSSF. 2013. 59 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Daniel Eduardo Alencar da Silva (dealencar.silva@gmail.com) on 2015-01-23T18:29:56Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_drmatos.pdf: 2537544 bytes, checksum: 870eae75ce068b1ef961e23307dda2a9 (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales(rocilda@ufc.br) on 2015-09-23T16:27:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_drmatos.pdf: 2537544 bytes, checksum: 870eae75ce068b1ef961e23307dda2a9 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-09-23T16:27:30Z (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.

FERNANDES, C. E. R. High-order statistical methods for blind channel identification and source detection with applications to wireless communications. 2008. 151 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-01T18:38:00Z No. of bitstreams: 1 2008_tese_cerfernandes.pdf: 1821153 bytes, checksum: 5c0a056817e62e60afcf7d7944ef2a4b (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-04-06T18:37:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_tese_cerfernandes.pdf: 1821153 bytes, checksum: 5c0a056817e62e60afcf7d7944ef2a4b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-06T18:37:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_tese_cerfernandes.pdf: 1821153 bytes, checksum: 5c0a056817e62e60afcf7d7944ef2a4b (MD5) Previous issue date: 2008-05-30 / Current telecommunications systems offer services that require very high transmission rates. The channel identification problem arises in this context with a major issue. The use of blind techniques have been of great interest in the search for a better balance between an appropriate binary rates and the quality of the retrieved information. Relying on special properties of cumulants of 4th order of the signals to the channel output, this thesis introduces new signal processing tools with applications in mobile radio communication systems. Exploring the symmetrical structure of the output cumulants, the problem of blind channel identification is approached from a multilinear model tensor 4th order cumulant based on a decomposition into parallel factors (PARAFAC). If SISO, the components of the new model have a tensor Hankel structure. In the case of MIMO channels without memory, the redundancy of tensor factors is explored in the estimation of the coefficients of the channel. In this context, new blind channel identification algorithms developed in this thesis are based on a least squares optimization problem single step (SS-LS). The proposed methods fully exploit the multilinear structure of the cumulant tensor and their symmetries and redundancies, thus avoiding any form of preprocessing. Indeed, the SS-LS approach induces a solution based on a single minimization procedure without intermediate steps, contrary to what happens in most of the existing literature methods. Using only the cumulants of order 4 and exploring the concept of Virtual Arrangement, this is also the problem of location of sources, in a multiuser environment. An original Contribution is to increase the number of virtual sensors based on a particular decomposition of cumulants tensioner, thereby improving the resolution of the arrangement whose structure is typically obtained when using order statistics 6. It is considered also the estimation physical of a MIMO channel of communication with muti-routes. Via a fully blind approach, the multipath channel is first treated as a convolutional model and a new technique is proposed to estimate its coefficients. This non-parametric technique generalizes the methods previously proposed for SISO and MIMO cases (out of memory). Making use of a tensor formalism to represent the multipath MIMO channel, its physical parameters may be obtained using a combined technique of ALS-MUSIC type, based on a subspace algorithm. Finally, it will be considered the problem of determining the order of FIR channels, particularly in the case of MISO systems. A complete procedure is introduced to the detection and estimation of selective MISO communication channels in frequency. The new algorithm, based on a deflation approach successively detects each signal source, determines the order of their individual broadcast channel and estimates the associated coefficients. / Os sistemas de telecomunicações atuais oferecem servios que demandam taxas de transmissão muito elevadas. O problema da identificação de canal aparece nesse contexto com um problema da maior importância. O uso de técnicas cegas tem sido de grande interesse na busca por um melhor compromisso entre uma taxas binária adequada e a qualidade da informação recuperada. Apoiando-se em propriedades especiais dos cumulantes de 4a ordem dos sinais à saída do canal, esta tese introduz novas ferramentas de processamento de sinais com aplicações em sistemas de comunicação rádio-móveis. Explorando a estrutura simétrica dos cumulantes de saída, o problema da identificação cega de canais é abordado a partir de um modelo multilinear do tensor de cumulantes 4a ordem, baseado em uma decomposição em fatores paralelos (Parafac). No caso SISO, os componentes do novo modelo tensorial apresentam uma estrutura Hankel. No caso de canais MIMO sem memória, a redundância dos fatores tensoriais é explorada na estimação dos coeficientes dos canal. Neste contexto, novos algoritmos de identificação cega de canais são desenvolvidos nesta tese com base em um problema de otimização de mínimos quadrados de passo único (SS-LS). Os métodos propostos exploram plenamente a estrutura multilinear do tensor de cumulantes bem como suas simetrias e redundâncias, evitando assim qualquer forma de pré-processamento. Com efeito, a abordagem SS-LS induz uma solução baseada em um único procedimento de minimização, sem etapas intermediárias, contrariamente ao que ocorre na maior parte dos métodos existentes na literatura. Utilizando apenas os cumulantes de ordem 4 e explorando o conceito de Arranjo Virtual, trata-se também o problema da localização de fontes, num contexto multiusuário. Uma contribução original consiste em aumentar o número de sensores virtuais com base em uma decomposição particular do tensor de cumulantes, melhorando assim a resolução do arranjo, cuja estrutura é tipicamente obtida quando se usa estatísticas de ordem 6. Considera-se ainda a estimação dos parâmetros físicos de um canal de comunicação MIMO com muti-percursos. Através de uma abordagem completamente cega, o canal multi-percurso é primeiramente tratado como um modelo convolutivo e uma nova técnica é proposta para estimar seus coeficientes. Esta técnica não-paramétrica generaliza os métodos previamente propostos para os casos SISO e MIMO (sem memória). Fazendo uso de um formalismo tensorial para representar o canal de multi-percursos MIMO, seus parâmetros físicos podem ser obtidos através de uma técnica combinada de tipo ALS-MUSIC, baseada em um algoritmo de subespaço. Por fim, será considerado o problema da determinação de ordem de canais FIR, particularmente no caso de sistemas MISO. Um procedimento completo é introduzido para a detecção e estimação de canais de comunicação MISO seletivos em freqüência. O novo algoritmo, baseado em uma abordagem de deflação, detecta sucessivamente cada fonte de sinal, determina a ordem de seu canal de transmissão individual e estima os coeficientes associados. / Les systémes de télécommunications modernes exigent des débits de transmission trés élevés. Dans ce cadre, le probléme d’identification de canaux est un enjeu majeur. L’utilisation de techniques aveugles est d’un grand intérét pour avoir le meilleur compromis entre un taux binaire adéquat et la qualité de l’information récupérée. En utilisant les propriétés des cumulants d’ordre 4 des signaux de sortie du canal, cette thése introduit de nouvelles méthodes de traitement du signal tensoriel avec des applications pour les systémes de communication radio-mobiles. En utilisant la structure symétrique des cumulants de sortie, nous traitons le probléme de l’identification aveugle de canaux en introduisant un mod`ele multilinéaire pour le tenseur des cumulants d’ordre 4, basé sur une décomposition de type Parafac. Dans le cas SISO, les composantes du modéle tensoriel ont une structure de Hankel. Dans le cas de canaux MIMO instantanés, la redondance des facteurs tensoriels est exploitée pour l’estimation des coefficients du canal. Dans ce contexte, nous développons des algorithmes d’identification aveugle basés sur une minimisation de type moindres carrés à pas unique (SS-LS). Les méthodes proposées exploitent la structure multilinéaire du tenseur de cumulants aussi bien que les relations de symétrie et de redondance, ce qui permet d’éviter toute sorte de traitement au préalable. En effet, l’approche SS-LS induit une solution basée sur une seule et unique procédure d’optimisation, sans les étapes intermédiaires requises par la majorité des méthodes existant dans la littérature. En exploitant seulement les cumulants d’ordre 4 et le concept de réseau virtuel, nous abordons aussi le probléme de la localisation de sources dans le cadre d’un réseau d’antennes multiutilisateur. Une contribution originale consiste à augmenter le nombre de capteurs virtuels en exploitant un arrangement particulier du tenseur de cumulants, de maniére à améliorer la résolution du réseau, dont la structure équivaut à celle qui est typiquement issue de l’utilisation des statistiques d’ordre 6. Nous traitons par ailleurs le probléme de l’estimation des paramétres physiques d’un canal de communication de type MIMO à trajets multiples. Dans un premier temps, nous consid´erons le canal à trajets multiples comme un modèle MIMO convolutif et proposons une nouvelle technique d’estimation des coefficients. Cette technique non-paramétrique généralise les mèthodes proposées dans les chapitres précédents pour les cas SISO et MIMO instantané. En représentant le canal multi-trajet à l’aide d’un formalisme tensoriel, les paramètres physiques sont obtenus en utilisant une technique combinée de type ALS-MUSIC, basée sur un algorithme de sous-espaces. Enfin, nous considérons le problème de la d´etermination d’ordre de canaux de type RIF, dans le contexte des systèmes MISO. Nous introduisons une procédure complète qui combine la détection des signaux avec l’estimation des canaux de communication MISO sélectifs en fréquence. Ce nouvel algorithme, basé sur une technique de déflation, est capable de détecter successivement les sources, de déterminer l’ordre de chaque canal de transmission et d’estimer les coefficients associ´es.

Nos últimos anos tem sido observado um aumento na utilização de redes sem fio em ambientes industriais, em função de diversas vantagens relacionadas à redução de custos de cabeamento, mobilidade e facilidade de inserção, instalação e configuração de novos dispositivos. Entretanto, a aplicação de redes sem fio em sistemas de automação apresenta requisitos mais rígidos no que diz respeito à confiabilidade, segurança e garantias de entrega de mensagens. O protocolo WirelessHART é um padrão aberto de comunicação sem fio que busca atender a estes requisitos. Neste protocolo, um dispositivo conhecido como gerenciador de rede é responsável pela configuração, definição das rotas e alocação de recursos para a comunicação entre os dispositivos da rede. A definição de rotas consiste em um processo complexo, em função das características das redes sem fio, dos recursos restritos dos dispositivos e dos requisitos da aplicação. O ambiente desenvolvido nesta dissertação tem como objetivo permitir a avaliação das rotas determinadas por diferentes algoritmos de roteamento, auxiliando no desenvolvimento, comparação, ajuste de parâmetros e na identificação de problemas. O ambiente também tem como objetivo permitir a monitoração de redes WirelessHART operacionais, através da captura do tráfego na camada física, obtendo informações sobre as condições reais de operação, onde anomalias e problemas na topologia e nas rotas utilizadas na rede podem ser identificados. A ferramenta proposta foi validada com alguns estudos de estudos de caso, que também são apresentados neste trabalho. Os estudos envolveram a análise e ajuste de parâmetros de um algoritmo de definição de rotas estado da arte modificado, e a obtenção de topologias e rotas utilizadas em uma rede WirelessHART operacional. / In the last years the use of wireless networks in industrial environments has been observed, due to several advantages related to the reduction of cabling costs, mobility and ease of integration, installation and configuration of new devices. However, the implementation of wireless networks in automation systems introduces stringent requirements regarding reliability, security and message delivery guarantees. The WirelessHART protocol is an open standard for wireless communication that aims to meet these requirements. In this protocol, a device known as network manager is responsible for the configuration, routes definition, and resource allocation for communication between network devices. The route definition consists of a complex process, due to the wireless networks characteristics, limited resources of devices and application requirements. The environment developed in this work has as objective to enable the evaluation of the routes determined by different routing algorithms, helping in the development, comparison, tuning of parameters and in the identification of possible design problems. The environment also has as objective to allow the monitoring of operational WirelessHART networks, by capturing packets at the physical layer, obtaining information of operating conditions, where anomalies and problems in network topology and routes can be identified. The developed tool has been experimentally validated via some case studies, which are also described in this work. The study cases involved the analysis and tuning of parameters of a state-of-art modified route definition algorithm, and the capture of the current topology and routes of an operational WirelessHART network.

Neste trabalho é apresentado o projeto de uma antena planar de formato de F-invertido (PIFA) com ranhura-T para aplicação nos sistemas de comunicações sem fio GSM/UMTS/WCDMA. As larguras de banda da antena são aumentadas em função do aproveitamento dos modos ressonantes implícitos no plano de terra. Uma análise paramétrica é feita visando a obtenção de desempenho equilibrado na antena. As diversas simulações do desempenho da antena são realizadas com o software SEMCAD, que utiliza o método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD). No trabalho é avaliada a diferença de desempenho da antena com e sem a presença do aparelho celular e também próximo à cabeça do usuário. Deste modo, é observada uma influência negativa sobre o desempenho da antena causada pela presença da cabeça do usuário. Adicionalmente, boa concordância é observada entre os dados do modelo simulado e os resultados medidos do protótipo. / This work presents the design and implementation of a planar inverted F-type antenna (PIFA) slot-T for wireless mobile communications GSM/UMTS/WCDMA. The excitation of the ground plane modes is used to increase the antenna bandwidth. A parametric analysis is done to obtain a balanced performance of the antenna. The several antenna performance simulations are performed with the SEMCAD software, which use the finite difference time domain (FDTD) method. In addition the differences in performance of the antenna are evaluated with and without the presence of the cell phone housing and the user's head, thus, negative influence on the antenna performance caused by the presence of the user's head is observed. Finally a prototype is implemented to get an idea of the real behavior of the proposed antenna. Good agreement is observed between data of the simulated model and measured results of the prototype.

Os sistemas de comunicação sem fio vem ganhando cada vez mais espaço no cenário das comunicações digitais. Em relação aos tradicionais sistemas cabeados, as tecnologias de comunicação sem fio evitam a necessidade de infraestruturas de alto custo, tornam a rede mais flexível, trazem facilidades de reconfiguração e a portabilidade para terminais móveis. Com o crescimento e aprimoramento nos usos das redes de automação novas soluções de comunicação estão surgindo entre elas sistemas de comunicação sem fio que possam ser confiáveis e para aplicações em ambientes mais críticos. Em paralelo o espectro de frequência tem sido cada vez mais ocupado devido à grande demanda, especialmente a faixa de espectro não licenciada. A faixa de frequência de 2.4 GHz (ISM), por exemplo, tem sido vastamente explorada e deve ser atualmente a mais utilizada no mundo, especialmente pela aplicação das grandes redes de comunicação como a world wide web. Este trabalho aborda um estudo sobre coexistência do primeiro protocolo certificado para comunicação sem fio aplicado à indústria, o WirelessHART. É apresentada uma visão geral do protocolo, os diferentes mecanismos de coexistência propostos no padrão e ainda um conjunto de ferramentas desenvolvidas para a análise de desempenho do protocolo WirelessHART. Os estudos de caso utilizam os padrões IEEE 802.11g, IEEE 802.15.1 e o próprio WirelessHART, sendo aplicados a análises experimentais estando presentes condições reais de propagação de sinais de rádio frequência, as quais são muitas vezes simplificadas nos tradicionais trabalhos em ambientes simulados. / Wireless communication systems are gaining more space in digital communications area. Compared to traditional wired systems, wireless communication technologies avoid the need for costly infrastructure, making the networks more flexible, improving portability and allowing an easier reconfiguration of mobile terminals. With the growth and improvement in the use of automation networks, new solutions are emerging in the communication systems, including reliable wireless communication for applications in critical environments. In parallel the frequency spectrum has become increasingly busy due to high demand, especially the unlicensed spectrum band. The frequency range of 2.4 GHz (ISM), for example, has been widely explored worldwide, especially by the application of large communication networks such as the world wide web. This work discusses a study on coexistence of the first certified industrial wireless communication protocol, the WirelessHART. It presents an overview of the protocol, the different coexistence mechanisms proposed in the standard and also a set of tools developed for the performance and coexistence analysis of WirelessHART. Case studies assessing the impact of IEEE 802.11g, IEEE 802.15.1 as well as of other WirelessHART networks experimentally are presented, on which real conditions of propagation of radio frequency signals, which are often simplified in traditional work in simulated environments, are evaluated. Obtained results indicated the adequacy of WirelessHart for industrial applications.

Redes de sensores sem fio tem ganhado grande destaque em diferentes aplicações, tais como, domésticas, comercial e industrial, trazendo mais flexibilidade e mais conveniência em nossas vidas. Entretanto, seu desempenho é influenciado por diversos fatores como, por exemplo, características do ambiente de propagação das ondas de rádio e outras tecnologias de comunicação sem fio que podem coexistir em uma mesma área de cobertura. Os recursos utilizados nas comunicações sem fio são limitados e muitas vezes não exclusivos possibilitando interferências provenientes de diferentes tipos de fontes. O presente trabalho busca soluções para o uso mais eficiente dos recursos da rede de comunicação sem fio, são investigados e propostos métodos adaptativos para uma rede sem fio industrial, o protocolo WirelessHART, utilizando mecanismos dinâmicos de sensoriamento de espectro e seleção de canal entre os dispositivos da rede. É apresentado uma arquitetura de gerenciamento do espectro em conformidade com o protocolo, baseado em sensoriamento do espectro distribuído e no monitoramento do desempenho das comunicações. A arquitetura utilizada permite a classificação de um conjunto de canais específicos entre os pares de dispositivos durante a operação da rede de comunicação. O trabalho demonstra o desempenho dos mecanismos desenvolvidos para a detecção de interferências com redes do tipo IEEE 802.11. / Wireless sensor networks have been expanding rapidly in many applications for different areas such as residential, office and industrial. Wireless connections bring many advantages as installation feasibility, scalability, mobility and reduce infrastructure costs. However, wireless network performance is affected by many factors as, for example, environment characteristics and other wireless communication technologies at the same coverage area. The wireless communication resources are limited and many times shared, allowing interferences from different kind of electromagnetic sources. This work presents a solution for an efficient use of the wireless communication network resources, investigate and propose adaptive methods for an industrial wireless network, the WirelessHART protocol, using dynamic mechanisms of spectrum sensing and channel selection between the devices. A protocol spectrum management architecture based on distributed sensing and monitoring of communications performance is presented, in compliance with WirelessHART protocol, allowing the classification of a set of specific channels between peer devices during the communication network’s operation. Also, it is presented the channel selection performance for IEEE 802.11 interference.

O crescimento na utilização de redes de sensores sem fio possibilitou desenvolver melhorias para atender as necessidades da indústria de comunicação de dispositivos em função de diversas vantagens relacionadas a baixo custo, baixo consumo de energia, mobilidade, instalação e configuração de novos dispositivos, além disso, criar funcionalidades adicionais, como por exemplo, localização de engenheiros de campo e ativos em ambientes industriais. O protocolo WirelessHART é um padrão aberto de comunicação sem fio que busca atender a estes requisitos. Neste trabalho é apresentado o estudo e desenvolvimento de uma aplicação de localização de um objeto alvo através da rede WirelessHART. São analisados diferentes métodos para estimar a distância entre o objeto alvo e os outros elementos fixos da rede de sensores sem fio, algoritmos para computar dados e determinar a localização em um plano de coordenadas. O funcionamento do sistema proposto e o método de localização utilizado foram avaliados por meio de simulações e de testes práticos. Para as condições utilizadas de instalação dos dispositivos, foi possível obter um alcance na comunicação via rádio de mais de 100 m, o que permitiu determinar uma área de monitoração do sistema de cerca de 100 m x 100 m. Os resultados obtidos do erro de localização atingiram entre um 72% e 80% de estimativas de localização menores que a 5 metros. O trabalho abordou a criação e avaliação de critérios de escolha para obter conjuntos de três transmissores com probabilidade de erros menores do que 5 metros. A avaliação dos critérios é feita através da construção de uma tabela de probabilidade conjunta obtida a partir da aplicação da regra de Bayes em dados experimentais com erro de posicionamento conhecido. / The growth in the use of wireless sensor networks has made possible the development of improvements that meet the needs of the communication industry, including several devices with to low cost, low power consumption, mobility and ease of integration, installation and configuration advantages. Not only that but they also create additional functionalities, such as showing the location of field engineers who are assets in industrial environments. The WirelessHART protocol is an open standard for wireless communication that seeks to meet these qualities. This study presents a development of an application for the localization of a mobile device via the WirelessHART network. Different methods are analyzed to estimate the distance between the mobile node and the other fixed elements of the wireless sensor network, such as deployment topologies and algorithms, which are used to compute the data and determine the location in a coordinate plane. The operation of the proposed system and the location method were evaluated by means of simulations and practical tests. Due to the conditions used for the installation of the devices, it was possible to obtain a range of radio transmission over 100 m, which allowed to determine an area of monitoring system of about 100 m x 100 m. The results obtained from the error location reached between a 72% and 80% of the estimated localization that was less than 5 meters. The study addressed the establishment and evaluation of selection criteria for sets of three transmitters with probability of less than 5 meters errors. The evaluation criteria is done by constructing a joint probability table obtained from the application of Bayes rule in experimental data with known positioning error.