Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-26T11:03:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 302241.pdf: 11038215 bytes, checksum: 45c460f11484478c21a58417cd81d476 (MD5) / Há muitos desafios na concepção de protocolos de roteamento para redes sensores móveis, pois mudanças de topologia é um fator que afeta a taxa de entrega dos dados, o overhead de roteamento e a vida útil das redes sensores sem fio. No entanto, com a robustez dos protocolos de roteamento baseados em formigas para redes ad hoc móveis, lidar com topologias dinâmicas torna-se uma tarefa menos árdua para redes sensores. Esta dissertação apresenta o Protocolo de Otimização de Saltos Dinâmicos baseado em Formiga (ADHOP), um protocolo de roteamento reativo e autoconfigurável para redes sensores sem fio móveis. O ADHOP visa lidar com as restrições das redes sensores sem fio e ainda melhorar os processos de descoberta e manutenção de rotas através das formigas. No ADHOP, as formigas tomam decisões de roteamento baseando-se em heurísticas que variam conforme o contexto da rede. De acordo com o contexto em que a rede é aplicada, o roteamento deve priorizar taxa de entrega, latência, distância, força do sinal, memória utilizada, ou uma combinação destes e/ou outros fatores. O algoritmo de roteamento proposto foi avaliado através das redes IEEE 802.11 e IEEE 802.15.4, comparando-o com protocolos de roteamento bem conhecidos. O ADHOP obtém melhores resultados em termos de taxa de entrega de dados, overhead de roteamento, e na prevenção de congestionamento para ambientes de topologia dinâmica. Os resultados também demonstram que o ADHOP, através da heurística de balanceamento de energia, é capaz de manter um melhor equilíbrio de energia a fim de prolongar o tempo de vida da rede enquanto aumenta a taxa de entrega de dados. / There are many challenges in designing routing protocols for mobile sensor networks, and topology change is a factor that affects the data deliver ratio, routing overhead thus affecting the network lifetime of wireless sensor networks. However, with the robustness of ant-based routing protocols for mobile ad hoc networks, dealing with dynamic topologies becomes a less arduous task for sensor networks. In this work, we introduce the Ant-based Dynamic Hop Optimization Protocol (ADHOP), a self-configuring reactive routing protocol for mobile wireless sensor networks. ADHOP aims at dealing with the restrictions of sensor networks and yet improve the route discovery and the route maintenance through ants. In ADHOP, the ants make routing decisions based on the heuristic which varies depending on the context of the network. According to the context in which the network is applied, the routing should prioritize delivery rate, latency, distance, signal strength, memory used, or a combination thereof and/or other factors. The proposed routing algorithm has been evaluated through IEEE 802.11 and IEEE 802.15.4 networks, comparing it with well known routing protocols. ADHOP have obtained better results in terms of data delivery ratio, routing overhead, and congestion avoidance for environments of dynamic topology. Experimental results also show that ADHOP with the energy balancing heuristics is able to maintain better balancing energy to prolong the network lifetime while it increases the delivery ratio.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T19:27:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 311588.pdf: 10344519 bytes, checksum: 90503c6fa5ed66cc487acd322ec05269 (MD5) / Nesta dissertação, investiga-se a utilização conjunta de técnicas de formatação de feixe, diversidade espacial e equalização de canal para recepção de sinais em um sistema de comunicação sem fio. Utiliza-se um conjunto de arranjos de antenas (dois arranjos lineares) para obter tanto diversidade espacial como formatação de feixe. As antenas em cada arranjo são espaçadas segundo o critério de filtragem espacial (formatação de feixe), enquanto que os arranjos são espaçados buscando satisfazer o critério de diversidade espacial. Com a diversidade espacial, busca-se combater o desvanecimento plano, enquanto que com a formatação de feixe o desvanecimento seletivo em frequência. Tais fenômenos estão sempre presentes nos sistemas de comunicação sem fio, devido à propagação por múltiplos percursos do sinal transmitido. Três técnicas de combinação dos sinais na saída dos conformadores são apresentadas: seleção - escolhendo o sinal com menor ISI; soma não ponderada; e soma ponderada - enfatizando o sinal de maior potência. Um equalizador DFE é empregado na saída da técnica de combinação para mitigar a ISI residual. A estrutura do receptor em estudo é apresentada para operar de forma adaptativa, sendo que o algoritmo LMS é escolhido para essa tarefa. Também é abordado o cálculo ótimo dos coeficientes nos conformadores de feixe e no equalizador DFE, para as diferentes técnicas de combinação. Resultados de simulação permitem avaliar o desempenho dos esquemas sugeridos e compará-los com os da literatura existente. / This dissertation investigates the joint use of beamforming, spatial diversity, and channel equalization techniques for receiving signals in a wireless communication system. A set of antenna arrays (two linear antenna arrays) is used in order to obtain both spatial diversity and beamforming. The antennas in each array are spaced according to the spatial filtering criterion (beamforming), while the arrays are spaced for satisfying the criterion of spatial diversity. The flat fading is combated with spatial diversity, while the frequency selective fading with beamforming. Such phenomena are always present in the wireless communication systems, due to the multipath propagation of the transmitted signal. Three techniques for combining the output signals of the beamformers are presented: selection - chooses the signal with lower ISI; unweighted sum; and weighted sum - emphases the highest power signal. A DFE equalizer is used in the output of the combination techniques for mitigating the residual ISI. The receptor structure under study is presented to operate adaptively, and the LMS algorithm is chosen for this task. In addition, the optimum coefficients of both DFE equalizer and beamformers are obtained, considering the three techniques of combination. Simulation results allow to evaluate the performance of the suggested schemes and compare them to those in the existing literature.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:40:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308818.pdf: 2546575 bytes, checksum: 29bdee767f8a92f335a50185b888c789 (MD5) / Atualmente, tem se considerado cada vez mais o uso de redes sem fios em sistemas de automação industrial e controle de processos. Sistemas de Controle via Rede são exemplos de aplicações em que busca-se implantar em ambientes industriais. Para estes tipos de aplicações, o suporte à serviços de comunicação tempo real é uma das maiores necessidades. Tradicionalmente, aplicações de tempo real industriais assumem que nenhuma amostra será perdida durante os ciclos de controle. Contudo, alguns estudos realizados nos últimos anos indicam que os efeitos dos descartes de mensagens frente ao desempenho dos sistemas de controle podem ser compensados com emprego de outras técnicas. O padrão IEEE 802.15.4 têm se mostrado uma solução atrativa para uma vasta gama de aplicações no campo das Redes de Sensores sem Fios e mais recentemente no campo da instrumentação sem fios. Sendo assim, esta tese tem por objetivo principal propor abordagens de provimento de Qualidade de Serviço (QoS) em redes IEEE 802.15.4 para aplicações de tempo real que tolerem perdas de deadline. Primeiramente, um mecanismo de priorização de tráfego para dispositivos de tempo real, durante períodos de acesso com contenção (CAP) foi proposto. Este mecanismo, denominado DDBP, oferece de forma descentralizada aos dispositivos que desejam realizar suas transmissões durante o CAP, priorização de acesso ao meio de comunicação de acordo com a distância para falha dos dispositivos. Posteriormente, duas abordagens de escalonamento durante períodos de acesso sem contenção (CFP) foram propostas: abordagem SDBP, a qual oferece garantias de atendimento de deadline às aplicações, através de um teste de escalonabilidade determinístico e uma heurística on-line de priorização de mensagens; e abordagem (m,k)-spin, a qual apresenta uma análise de escalonabilidade baseada no conceito de período de nível de ocupação. As abordagens propostas voltadas para o escalonamento durante o CFP oferecem garantias temporais para as aplicações com restrições de QoS, modeladas de acordo com o modelo de tarefas (m,k)-firm. Dispositivos que não conseguem realizar suas transmissões durante períodos livres de contenção, poderão realizar suas transmissões utilizando a abordagem de priorização de tráfego tempo real desenvolvida para o CAP. / In the last few years, the use of wireless networks has been increasingly seen in industrial automation and process control. Network Control Systems are examples of driving applications in industrial environments. For these types of applications, support for real-time communications services is one of the major requirements. In traditional approaches, many of these real-time applications assume no data losses during the control cycle. However some more recent studies indicate that the effect of control messages discards upon the performance of the control systems may be significantly encompassed with the adoption of other techniques. The IEEE 802.15.4 protocol is an attractive solution for a wide range of applications in the field of Wireless Sensors Networks and more recently in the field of wireless instrumentation. Thus, this thesis aims to propose approaches to providing Quality of Service (QoS) in IEEE 802.15.4 for real-time applications that tolerate deadline misses. First, a mechanism for prioritizing traffic for real time devices during Contention Access Periods (CAP) was proposed. This mechanism, called DDBP offers in a decentralized way, priority access in accordance to the distance to device failure. Subsequently, two approaches to scheduling during Contention Free Periods (CFP) were proposed: SDBP approach which provides deadlines guarantees by the adoption of a deterministic scheduling test and an on-line prioritization heuristic; and (m,k)-spin approach, which presents a schedulability analysis based on the busy period concept. The proposed approaches applied to the CFP scheduling provide temporal guarantees for applications with QoS constraints, modelled according to the (m,k)-firm task model. Devices that cannot perform their transmissions during contention free periods, can try to perform their transmissions using the real-time traffic prioritization approach developed for the CAP.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-15T22:58:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 220694.pdf: 5762529 bytes, checksum: 347f45c5a581489ced8357ce61143bba (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:03:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 320410.pdf: 5389790 bytes, checksum: 947fa2304d52f5b26d233740ee8ab1c1 (MD5) Previous issue date: 2013 / Nesta dissertação, o uso de codificação de rede é explorado para melhorar a ordem de diversidade cooperativa de redes com múltiplas fontes e múltiplos saltos com topologia em linha. Um modelo de sistema é proposto, considerando que a informação possa se propagar em todas as direções, e que os nós que compõem a rede estejam diferentemente distantes uns dos outros, e consequentemente do nó destino. Este modelo está mais próximo de um cenário real, quando comparado a outros modelos propostos na literatura. A abordagem de nós usuário que possuem a capacidade de decodificar o código de rede recebido, antes de retransmitir a informação, é analisada. A codificação de rede dinâmica generalizada (GDNC), recentemente proposta, e que estabelece uma conexão entre codificação de rede e a teoria de codificação de canal clássica, mostra-se ter o melhor desempenho sob diversas circunstâncias e para diferentes cenários. Simulações computacionais foram realizadas, comprovando a superioridade do esquema GDNC. Com a consideração neste trabalho de diferentes distâncias entre os nós da rede, foi possível estabelecer um nível adicional de conexão entre codificação de rede e códigos clássicos, agora com respeito aos códigos de blocos clássicos com proteção desigual de erro <br> / Abstract: In this dissertation, the use of network coding is exploited in order to improve the cooperative diversity of multi-source, multi-hop networks with line topology. A system model is proposed considering that transmitted signals can propagate in all directions, and the nodes that comprise thenetwork are unequally distant from each other, and consequently from the destination node. This model is closer to a real scenario, when compared to other models proposed in the literature. The approach that allows user nodes to perform network decoding of received information before retransmitting is analyzed. The generalized dynamic network coding (GDNC), recently roposed, proved to have the best performance under different circumstances and for different scenarios. Computer simulations have been performed, and show the superiority of the scheme GDNC. With the assumption of unequal distances between nodes in this work, it was possible to unveil another level of connection between network coding and classical error correcting codes, nowregarding regarding classic block codes with unequal error protection.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:09:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319595.pdf: 7019979 bytes, checksum: 1be3da31648db43f3feb62a45ab2d60b (MD5) Previous issue date: 2013 / As inundações representam um importante problema a nível mundial, que tem crescido acentuadamente, provavelmente, devido às mudanças climáticas no planeta, impactando principalmente em microclimas sensíveis. Este problema é considerado no estado de Santa Catarina, Brasil, onde as inundações frequentes durante a estação chuvosa causam mortes e significantes prejuízos financeiros. Esforços para minimizar estes problemas têm sido realizados nas áreas de monitoramento ambiental, modelagem hidrológica e gerenciamento de desastres. Na área de monitoramento ambiental uma tecnologia promissora para dar suporte a sua aplicação são as redes de sensores sem fio (RSSFs). As RSSFs são compostas por pequenos computadores embarcados conhecidos como motes, que basicamente possuem um processador de baixo consumo de energia, comunicação sem fio e sensores. Estes motes podem formar redes, que são capazes de se auto-organizar e reagir ao ambiente físico. Em áreas como hidrologia e micro meteorologia, as RSSFs possibilitam a disponibilidade de dados espaciais e temporais, que tem sido um grande desafio, devido a custos e o tamanho de estações meteorológicas tradicionais. Além disso, o governo brasileiro, através do projeto CIA², identifica as RSSFs como uma possível solução para o monitoramento de rios em busca de alertar a população sobre possíveis inundações. Este trabalho visa a concepção de uma RSSF de baixo custo e consumo de energia para monitoramento de rios, objetivando melhorar coletas de dados e disponibilizar o acesso público a dados ambientais. Ao final da pesquisa foi possível propor e implementar uma arquitetura de rede de sensores, e todo um sistema de monitoramento de inundações. Os resultados quantitativos obtidos com a utilização desse sistema concluem a sua viabilidade. <br> / Abstract: Flooding is a worldwide critical problem, which has been growing increasingly due to climate changes on the planet, mainly impacting in sensible microclimates. This problem is pointed out in the state of Santa Catarina, Brazil, where the floods during the rainy season cause significant human and financial costs. Efforts to minimize these problems have been aimed in the areas of environmental monitoring, hydrological modeling and disaster management. In the environmental monitoring area a promising technology for supporting its application is the Wireless Sensor Networks (WSN). WSN are composed of tiny embedded computers known as motes, which basically features a lowpower processor, wireless communication and sensors. These motes can form networks, which are capable of self-organize and react to the physical environment. In areas such as hydrology and micrometeorology, the WSN can help with the availability of spatial and temporal data, which has generally been lacking, due to the costs and size of traditional sensing stations. Furthermore, the Brazilian Government, through the CIA² project, identifies WSNs as a possible solution for river monitoring in pursuit to alert the population about possible river flooding events. This work concerns the design of a lowcost and low-power WSN for river monitoring, aiming to improve data collection and provide public access to environmental data. At the end of the research it was possible to propose and implement a sensor network architecture, and a whole system for floods monitoring. The quantitative results conclude the system feasibility.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-28T04:11:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344674.pdf: 15110769 bytes, checksum: 77202e42a033e657a4c8f6bc07671e0e (MD5) Previous issue date: 2016 / A tecnologia RFID tem trazido grandes benefícios à sociedade moderna possibilitando, por exemplo, o rastreamento de objetos, pessoas ou animais, diminuição do tempo de realização do inventário em lojas, entre outras aplicações. Ela é composta por duas partes principais: leitor e etiqueta. O primeiro transmite energia sem fio para a segunda com o objetivo de extrair a informação contida nela. Um conceito recente que pode ser potencializado pela tecnologia RFID, é a Internet dos Objetos, pois permite salvar uma quantidade colossal de dados, analisá-los e tomar decisões a partir dos resultados obtidos, de forma independente, para beneficiar ou otimizar algum tipo de atividade. Neste trabalho foi desenvolvida uma etiqueta RFID completamente integrada e de baixo consumo na tecnologia CMOS 180 nm para aplicações da Internet dos Objetos. A frequência do sinal da portadora para energizar a etiqueta é de 1.04 GHz, enquanto que a frequência da modulante é de 1 MHz. A etiqueta é composta por um front-end RF/DC, um circuito de leitura da informação armazenada na memória ROM full-custom (carga da etiqueta) e um transistor para modular a informação transmitida de volta ao leitor. Por fim, a carga tem um consumo nominal de 1 µW e a etiqueta é ativada com um valor mínimo de potência entregue pelo leitor de 14 dBm.<br> / Abstract : RFID technology has brought many benefits to modern society, for example, object, people or animal tracking, store inventory time-reduction and many other applications. It is composed by two main parts: the reader and the tag. The first transmits power wirelessly to the tag, in order to extract the information contained in it. One recent concept that can be powered by RFID technology is the Internet of Things, which corresponds to a colossal data base, for independent decision-making based on received information analysis, for the sake of benefit and optimization of a specific activity. This work developed a fully-integrated, low-power RFID tag for Internet of Things application in CMOS 180 nm technology. The carrier frequency is 1.04 GHz and the modulating signal is 1 MHz. The tag is composed by an RF front-end, a full- custom ROM memory reading circuit (tag load) and a modulation transistor, in order to backscatter the information to the reader. Finally, the load consumes 1 µW of nominal power and the tag starts backscattering the information with a minimum 14 dBm available power at the reader.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-21T06:24:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 192231.pdf: 4371567 bytes, checksum: 8d6d0f3958eeecb8f4ea05acde9595dd (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-21T09:34:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 204554.pdf: 1536768 bytes, checksum: 00dae61f092d44a9d9e9faff4a62f162 (MD5) / Um dos grandes desafios das redes locais sem fio, especialmente nas redes MANET (Mobile Ad Hoc Network) é o fornecimento de Qualidade de Serviço (Quality of Service # QoS) às aplicações. Para suprir esta carência, o IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) está desenvolvendo o padrão 802.11e, como uma extensão à especificação original. Neste padrão, muitas questões sobre o fornecimento de QoS

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T12:43:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 210484.pdf: 545497 bytes, checksum: 0e6e67e4219eb922cba690bb7497c142 (MD5) / Com o propósito de melhorar o desempenho de erro em sistemas de comunicação sem fio, o conceito de diversidade espacial, a partir do uso de múltiplas antenas, vem sendo considerado há bastante tempo. Para o caso particular de múltiplas antenas instaladas no transmissor, técnicas recentes de codificação espácio-temporal têm sido adotadas com enorme sucesso, inclusive em sistemas de telefonia celular de última geração. A questão da baixa complexidade dos receptores associada a um bom desempenho de erro tem assumido maior importância. Nesta dissertação, um novo código espácio-temporal de bloco (STBC) não ortogonal com taxa de transmissão unitária é proposto para sistemas de comunicação móvel. Projetado para três antenas transmissoras, esse código necessita de apenas duas cadeias de radiofreqüência, e apresenta um atraso de decodificação igual a dois símbolos, o que representa uma economia de hardware e de tempo de decodificação com relação a outros STBCs para três antenas encontrados na literatura. Outro fator importante é a compatibilidade desse código com o código padrão de Alamouti para duas antenas, devido à qual é proposto nesta dissertação o conceito de seleção híbrida antena/código onde, baseado no conhecimento do estado do canal no transmissor, via um canal de realimentação, a seleção de um dos dois códigos (Alamouti ou o código aqui proposto) ´e feita, visando minimizar a probabilidade de erro instantânea em um canal com desvanecimento plano quasi-estático do tipo Rayleigh. Resultados de simulação indicam um grau de diversidade máximo acompanhado de ganhos de codificação relevantes com relação ao esquema de seleção de antenas proposto por Gore e Paulraj, que seleciona as duas melhores antenas para uso com o código de Alamouti.