Orientador: Nelson Luis Saldanha da Fonseca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T19:59:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_TiagoPedrosodaCruzde_M.pdf: 5229881 bytes, checksum: 5a29eb81b4efd53a3cab70d6a8032bca (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The complete abstract is available with the full electronic document. / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Fabiano Fruett / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T05:13:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarcelSalvionida_M.pdf: 30571418 bytes, checksum: 4cd818ffde793df4bbebdbbf472d1b6b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Existem diversos sistemas e equipamentos, com finalidades específicas, envolvendo o monitoramento das mudanças de clima e de tempo. Entretanto, a maioria desses sistemas e equipamentos disponíveis no mercado possuem alto custo, o que normalmente inviabiliza sua utilização em larga escala. Além disso, a maioria dos sistemas e equipamentos para este fim são importados, o que dificulta ainda mais a sua inserção em aplicações corriqueiras. Este trabalho descreve o desenvolvimento, projeto, testes e aplicação de uma rede de sensores sem fio de baixo custo, para monitoramento em tempo real da temperatura ambiente, umidade relativa do ar e pressão atmosférica, como uma alternativa nacional para pesquisas que necessitem de equipamentos para monitoramento ambiental. A rede é composta de quatro nós sensores e um nó coordenador. Os nós sensores possuem um sensor de temperatura e umidade e um sensor de pressão barométrica ¿ ambos com interface digital ¿ além de um microcontrolador de baixo consumo de energia e baixo custo, e um módulo de comunicação para uma rede operando na frequência de 2,4GHz, para conexão numa rede padrão IEEE 802.15.4. O nó coordenador possui outro módulo de comunicação para a conexão na rede sem fio, um microcontrolador, um cartão de memória para armazenamento das informações de cada nó sensor e interface Ethernet para disponibilizar as medidas do sensor em uma página web, acessada através de um IP estático em um browser de internet comum. Testes em laboratório e em campo atestaram autonomia do nó sensor (em torno de 90 dias para uma bateria de 500mAh) e alcance (de aproximadamente 150m em visada direta) e comprovaram a conformidade dos valores medidos por cada nó, através da comparação com um sistema de referência / Abstract: There are several systems and equipments with specific applications related to climate and weather change monitoring. However, most of these systems and equipments available in the market are too expensive ¿ which usually prevents their use in large scale. Furthermore, most of them used for such purpose are imported, which further complicates their insertion in everyday applications. This work describes the development, implementation and application of a low-cost wireless sensor network for temperature, relative humidity and atmospheric pressure monitoring, in real-time as a national alternative for researches which demand equipments for environmental monitoring. The network consists of four sensor nodes and a coordinator node. Sensor nodes have a temperature and humidity sensor and a barometric sensor ¿ both with digital interface ¿ plus a low cost and low power microcontroller and a communication module for the wireless network operating at 2.4GHz for establishing connection to an IEEE 802.15.4 network. Coordinator node has another communication module to the wireless network connection, a microcontroller for receiving measurements, a memory card for storage of each sensor node¿s information, and Ethernet interface to provide sensor node¿s information in an embedded webpage, accessed through a static IP in a common internet browser. Tests performed in laboratories and in the field attested the node¿s autonomy (around 90 days for a 500mAh battery) and reach (approximately 150m line-of-sight), and proved the compliance of measurements performed by each sensor node, through comparison with a reference system / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / The wireless sensor networks have made great progress in the last decade and are increasingly present in several fields like security and monitoring of persons, animals or items, medicine, military area and many others that, due to technological developments, have become viable. These networks are formed by sensor nodes that have extremely limited resources, such as processing and data storage capacity, data transmission rate and energy available for operation. Thus, in networks with hundreds or even thousands of nodes, it is unfeasible to locate each one of them with global positioning devices, because those will considerably increase the cost and power consumption. As localization knowledge by the nodes is required in applications such as tracking, monitoring and environmental data collection, location algorithms were created to cheapen and/or improve this task. Thus, this master thesis presents the development of a low complexity iterative multilateration method, since most location algorithms uses some kind of multilateration. To prove this new method efficiency, a simple simulator based on the Matlab software was created in order to evaluate, in terms of location error, accuracy and robustness in a scenario with random arrangement of the reference nodes, log-normal propagation model with shadowing and received signal strength distance estimation. Under these conditions, the presented multilateration method presents inconsiderable loss of accuracy in comparison to the maximum likelihood method and also a low number of iterations is required. In this way was possible to increase the location algorithms accuracy without this entailing an increase in complexity and power consumption. / As redes de sensores sem fio tiveram um grande progresso na última década e estão cada vez mais presentes em diversos campos como a segurança e monitoramento de pessoas, animais ou itens, medicina, área militar entre muitas outras que, devido à evolução tecnológica, tornaram-se viáveis. As principais características dos nós sensores, denominados nodos, constituintes destas redes são as de possuírem recursos extremamente limitados, sendo estes a capacidade de processamento e de armazenamento de dados, taxa de transmissão de dados e energia disponível para operação. Deste modo, em redes com centenas ou até milhares de nodos, seria inviável que todos estes possuíssem dispositivos de posicionamento global para se localizarem, pois estes acarretariam num considerável aumento de custo e consumo de potência. Como o conhecimento de sua localização, por parte dos nodos, é necessário em aplicações como rastreamento, monitoramento e coleta de dados ambientais, foram criados algoritmos de localização com a função de viabilizar e/ou tornar mais precisa esta tarefa. Assim, neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um método de multilateração iterativo de baixa complexidade para o uso em algoritmos de localização. Para provar que este novo método é eficiente, foi criado um simulador simples baseado no software Matlab com o intuito de avaliar, em termos de erro na localização, a precisão e robustez deste em cenários com disposição aleatória dos nodos de referência, modelo de propagação log-normal com sombreamento e estimação das distâncias através da potência do sinal recebido. Nestas condições, o método de multilateração desenvolvido apresentou uma perda de precisão desconsiderável em relação ao de máxima verossimilhança e com um baixo número de iterações. Desta forma foi possível aumentar a precisão dos algoritmos de localização sem que isto acarrete num aumento de complexidade e de consumo de potência.

Orientador: Leandro Tiago Manera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T15:58:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DellaLucia_FelipeLorenzo_D.pdf: 3577549 bytes, checksum: 4c1aa6af60e58052accce7e28ad2c314 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema sem fio de gestão de iluminação pública. Através do sistema desenvolvido, é possível controlar a potência de cada lâmpada de vapor de sódio de alta pressão dos postes de iluminação pública de determinada região. Desta maneira, nos horários em que as vias públicas se tornam menos utilizadas, é possível reduzir a potência e o brilho das lâmpadas e economizar energia elétrica. O sistema proposto utiliza o protocolo ZigBee para realizar a comunicação sem fio entre os módulos instalados nos postes. Este protocolo é baseado no protocolo IEEE 802.15.4 desenvolvido especialmente para redes de sensores sem fio e foca em baixo consumo de energia e transmissão da informação nó a nó da rede. Também é possível instalar sensores (luminosidade, umidade, etc.) nos módulos projetados e transformar cada unidade de iluminação pública em uma central de monitoramento de determinada região. Os resultados mostram que o sistema economiza energia, sendo possível reduzir a potência das lâmpadas em até 60% sem que o fator de potência do reator saia do valor mínimo estipulado na regulamentação (0,92). Os módulos desenvolvidos dão a opção ao operador de escolher a potência das lâmpadas em três valores distintos: 100%, 80% e 50% da potência nominal, sendo possível alterar estes valores conforme a necessidade do operador e do local onde o sistema será utilizado (condições de tráfego e segurança). O sistema foi testado em laboratório e em campo, em postes da Universidade Estadual de Campinas, onde ficou instalado pelo período entre 05/02/2014 e 01/04/2014. A potência das lâmpadas foi variada e medidas de iluminância e uniformidade foram realizadas na via. Foi possível concluir que o sistema é robusto, imune a interferências eletromagnéticas da rede de distribuição, e dá flexibilidade aos ajustes de iluminância e uniformidade de iluminação da via. O alcance de nó a nó da rede é, em média, de 260 m, o que torna a utilização do protocolo e do circuito desenvolvido adequados para esta aplicação, uma vez que a distância típica entre postes é de 30 a 40 metros. Estudos de viabilidade econômica foram realizados e mostram que o sistema é viável e apresenta taxas de retorno atrativas que dependem fortemente da tarifa de energia vigente / Abstract: This project presents the development of a wireless system for public street lighting management. Through the developed system, it is possible to control the power of each high pressure sodium lamp of the streetlights in a particular region. Thus, at times when the public streets become less utilized, it is possible to reduce the power and brightness of the lamps and save energy. The proposed system uses the ZigBee protocol to perform wireless communication between the modules installed on the lampposts. This protocol is based on IEEE 802.15.4 protocol, developed especially for wireless sensors networks and focus on low power consumption and data transmission node to node. It is also possible to install sensors (luminosity, humidity, etc.) in the designed modules and transform each unit of public lighting in a region into a monitoring station. The results show that the system saves energy and it is possible to reduce the lamp power by 64%, without reducing the ballast's power factor below the value stipulated in the regulation (0.92). The developed modules give the operator the option to choose the lamp power between three distinct values: 100%, 80% and 50% of rated nominal power, and it is also possible to change these values according to the operator's needs and the installment place characteristics (traffic usage, security). The system was tested in laboratory and on field, on the lampposts at State University of Campinas, where it remained installed in the period between February 5th and April 1st of 2014. The lamp power was varied and measurements of illuminance and uniformity were performed on the street. It was possible to conclude that the system is robust and immune to electromagnetic interference from the energy distribution grid, and gives flexibility for adjustments of brightness and uniformity of the street lighting. The reach node to node of the network is, on average 260 m, which makes the protocol and developed circuit adequate for this application, since the distance between lampposts is typically 30 to 40 meters. Economic viability studies have been conducted and show that the system is feasible and present attractive rates of return that depend heavily on the rate of current energy price / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Gilmar Barreto, Fabiano Fruett / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T03:17:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_AlisonZille_D.pdf: 13013253 bytes, checksum: f91b8fca62e46bb344377ee363c93ee4 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Em um âmbito global, a conquista de maior produtividade na agricultura e pecuária é extremamente importante para combater a pobreza e a fome, uma vez que cerca de 78 % da população pobre do mundo vive na zona rural e depende destas atividades para sobreviver. Neste cenário, na busca por soluções a problemas práticos relacionados à agricultura e pecuária, o acesso à tecnologia é fator determinante, levando países em desenvolvimento a explorarem os benefícios do paradigma open source (livre acesso, modificação e distribuição). No Brasil, a cadeia produtiva de aves é um dos principais setores do agronegócio, que se baseia em um modelo de integração composto principalmente por pequenos produtores, extremamente dependentes das integradoras, financeira e tecnologicamente, e com baixo nível de automação em seus aviários. Entretanto, a automação das instalações avícolas é a principal oportunidade para a melhoria do desempenho produtivo e bem estar das aves, além de permitir o uso racional da propriedade e demais recursos naturais, impactando positivamente na qualidade de vida dos produtores. Assim, este trabalho descreve o projeto e desenvolvimento de um sistema de automação destinado ao monitoramento e controle em instalações destinadas a criação de frangos de corte. Apresentando-se como uma proposta de automação open source software e hardware, este sistema foi concebido com o intuito de atrair contribuições das mais variadas fontes, principalmente do meio acadêmico e de usuários, incitando a discussão e o desenvolvimento de meios técnicos e estruturais necessários a sua implantação e aceitação entre pequenos e médios produtores de frangos de corte. O processo de desenvolvimento deste sistema, conduzido inteiramente através do uso de ferramentas gratuitas ou open source, também se beneficiou pelo emprego da tecnologia de transmissão sem fio Zigbee® e de uma distribuição Linux Embarcado. O padrão Zigbee® favoreceu a abordagem open source ao permitir a elaboração de uma proposta modular de automação; diferentes dispositivos de hardware (módulos) que operam colaborativamente, monitorando o ambiente térmico, controlando os sistemas de climatização e iluminação e registrando informações relacionadas aos planteis. A adoção do Linux embarcado reduziu a preocupação com detalhes do hardware, o que direcionou o foco para o software e sua usabilidade, produzindo um sistema mais atraente a usuários e a desenvolvedores (pesquisadores, estudantes ou entusiastas) interessados em colaborar com o projeto. Durante avaliações conduzidas no protótipo do sistema, este se mostrou estável na execução do monitoramento e controle, além de apresentar custo relativamente baixo frente suas características. Este sistema é o primeiro passo na direção de uma solução de automação sustentável, que ao beneficiar a sociedade, através de um sistema configurável e de fácil utilização, esta contribui pra sua manutenção e evolução. A sustentabilidade desta proposta está vinculada à sua associação a projetos de ensino, pesquisa e, principalmente, extensão universitária, aproximando produtor rural e meio acadêmico, gerando melhoria da produção e qualidade das instalações avícolas ao passo que proporciona aprendizado técnico e científico em uma área de grande importância para a nossa economia / Abstract: In a global context, achieving greater productivity in agriculture is extremely important to combat poverty and hunger, since about 78% of the world¿s poor people live in rural areas and depend on agriculture to survive. In this way, looking for practical solutions to agriculture problems, aiming at improving the quality of life of rural community, the access to technology is a key factor, which has led developing countries to explore the benefits of open source paradigm (free access, modification and distribution). In Brazil, the broiler production chain is one of the main sectors of its agribusiness, based on an integrated production model composed mainly by small producers heavily dependent on the integrated industry, financial and technologically, and with low level of automation in their broiler houses. However, the broiler houses¿ automation is the main opportunity to improve birds¿ productive performance and welfare, and it facilitates the rational use of the property and other natural resources, impacting positively on the broiler farmers¿ quality of life. This work describes the design and development of an automation system for monitoring and control in facilities for raising broiler chickens. Presenting itself as an open source software and hardware automation proposal, this system is designed in order to attract contributions from various sources, mainly from academia and users, by encouraging discussion and the development of technical and structural means to its implementation and acceptance among small and medium producers of broiler chickens. The system¿s development process, conducted entirely through the use of free or open source tools, was also benefited by the adoption of the ZigBee® wireless transmission technology and an embedded Linux distribution. The ZigBee® standard favored the open source approach by enabling the preparation of a modular automation proposal; different hardware devices (modules) that operate collaboratively, monitoring the thermal environment, controlling the climatization and illumination systems and recording information related to breeding stocks. The adoption of embedded Linux reduced the concern with hardware details, which directed the focus to software and its usability, producing a system more attractive to users and developers (researchers, students and enthusiasts) interested to collaborate with the project. During evaluations conducted in the system prototype, it presented a stable behavior in the implementation of monitoring and control activities, as well a relatively low cost before its features. This system is the first step toward a sustainable automation solution, while it benefits society, through a configurable and easy-to-use system, this contributes to its maintenance and evolution. The sustainability of this proposal is linked to its association with educational, research and, mainly, university extension projects, bringing farmers and academia together, improving the production and the quality of broiler facilities while providing technical and scientific learning in an area of great importance to our economy / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Yuzo Iano / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T10:10:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caetano_DiogoGara_D.pdf: 7750727 bytes, checksum: ce4a919f974ece2e4f79e734c8c7fd63 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Esse trabalho inicialmente faz uma análise da evolução dos sistemas de comunicações digitais, enfatizando a evolução dos sistemas DTV (Digital TV) e explora através de aplicações, os conceitos de IoT (Internet of Things), computação em nuvem, mineração de dados, big data e rádios cognitivos, propondo o uso de redes de sensores e banco de dados para uma diversidade de aplicações relacionadas ao uso do espectro de frequências, entre elas: o sensoriamento do espectro, a medição da qualidade de sinais ao longo do tempo, a estatística de audiência e a detecção dos modelos de propagação mais adequados para cada região. Na proposta, a medição de qualidade dos sinais de radiodifusão é realizada por sensores em campo e a interface gráfica é realizada através de Web Map Services, possibilitando a filtragem das informações por tipo de medida, área e período de interesse. Distribui-se o processamento de dados entre servidores e máquinas locais para o melhor desempenho das aplicações. Para o sensoriamento, aplica-se o conceito de IoT ao se propor a conversão de receptores comerciais convencionais como Set-Top-Boxes e smartphones em sensores de qualidade de sinais, considera-se esse método como uma solução viável para a composição de redes com centenas a milhares de sensores. Os sensores ao ganharem a capacidade de varrer o espectro de frequências de forma automática, são também considerados como rádios cognitivos em sistemas DTV. Devido à atual preocupação das agências reguladoras em buscar soluções para a melhor gestão e compartilhamento do espectro, propõe-se dessa forma, uma solução baseada em sensores de baixo custo e banco de dados que possam atuar na gestão do uso das frequências e, consequentemente possibilite uma série de análises quantitativas e qualitativas dos sinais eletromagnéticos / Abstract: This thesis initially analyses the evolution of digital communications, emphasizing the evolution of DTV systems (Digital TV), and, through software applications, explores the concepts of IoT (Internet of Things), cloud computing, data mining, big data and cognitive radios, when proposing the use of sensor networks and databases for a variety of applications related to the use of frequency spectrum, among them, spectrum sensing, measurement of signal quality over time, processing of collected data and its comparison with signal propagation models. We propose the measurement of broadcasting signal quality through low cost field sensors and the use of Web Map Services as a user interface, enabling the data filtering by type of measurement, area and period of interest. The data is processed by servers and local machines for improvement of applications performance. Following the concept of IoT, we propose the conversion of conventional commercial receivers, such as Set-Top-Boxes and smartphones into signal field sensors. This solution is considered a viable solution for the composition of networks with hundreds to thousands of sensors. As the devices incorporates capacity of frequency spectrum scanning capabilities, the proposed method can also be considered an application of cognitive radio system in DTV. Due to the concern of regulatory agencies in seeking solutions for better spectrum management and sharing among different systems, we propose a solution based on low-cost sensors and databases, which can act in the management of the frequency spectrum and therefore enable a series of quantitative and qualitative analyzes of radio signals / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

O comportamento dinâmico das redes sem fio as torna muito peculiares e de difícil análise. No entanto, algumas destas redes, como as de sensores com funcionamento intermitente, redes periódicas ou cíclicas e as do sistema de satélites de órbita baixa têm um comportamento dinâmico relativamente previsível, pois as variações da topologia da rede no tempo são quase que determinísticas. Recentemente, um modelo teórico -- grafos evolutivos -- foi proposto com o intuito de capturar o comportamento dinâmico destas redes e formalizar algoritmos de roteamento de custo mínimo, além de outros. Os algoritmos e idéias obtidos com este modelo são teoricamente muito eficientes, mas, no entanto, antes deste trabalho não existiam estudos do uso destes modelos em situações práticas. Assim, o objetivo deste trabalho é analisar a aplicabilidade da teoria de grafos evolutivos na construção de protocolos de roteamento eficientes em cenários realistas. Foram implementados dois protocolos de roteamento para redes móveis ad hoc baseados nos algoritmos de grafos evolutivos, são eles: Jornada que Chega Mais Cedo e Jornada Mais Curta. Extensivas simulações foram realizadas utilizando o simulador de redes NS2 e os resultados foram comparados com outros quatro protocolos clássicos para este tipo de rede: AODV, DSR, OLSR e DSDV. Os resultados preliminares mostram que este recente modelo tem muito potencial para ser uma ferramenta poderosa no desenvolvimento e análise de algoritmos para redes dinâmicas com comportamento previsível. No entanto, foram apontados alguns aspectos que precisam ser melhores estudados para que estes algoritmos possam ser utilizados em situações reais. / The assessment of routing protocols for wireless networks is a difficult task, because of the networks\' highly dynamic behavior and the absence of benchmarks. However, some of these networks, such as intermittent wireless sensors networks, periodic or cyclic networks, and low earth orbit satellites systems, have more predictable dynamics, as the temporal variations in the network topology are somehow deterministic, which may make them easier to study. Recently, a graph theoretic model -- the evolving graphs -- was proposed to help to capture the dynamic behavior of these networks, in view of the construction of least cost routing and other algorithms. The algorithms and insights obtained through this model are theoretically very efficient and intriguing. However, before this work there was no study on the use of such theoretical results into practical situations. Therefore, the objective of our work is to analyze the applicability of the evolving graph theory in the construction of efficient routing protocols in realistic scenarios. We use the NS2 network simulator to first implement two evolving graph based routing protocols: Foremost Journey and Shortest Journey, They are evaluated and compared to four major ad-hoc protocols: AODV, DSR, OLSR and DSDV. Interestingly, our experiments show that evolving graphs have all the potentials to be an effective and powerful tool in the development and analysis of algorithms for dynamic networks, with predictable dynamics at least. In order to make this model widely applicable, however, some practical issues still have to be addressed and incorporated into the model.

Submitted by Ricardo Cedraz Duque Moliterno (ricardo.moliterno@uefs.br) on 2015-10-20T23:41:57Z No. of bitstreams: 1 Disserta??o-Danilo-Vers?o-final-p?s-banca .pdf: 11564872 bytes, checksum: 0a0388f802ddac466fce74bea4b02895 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-20T23:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Disserta??o-Danilo-Vers?o-final-p?s-banca .pdf: 11564872 bytes, checksum: 0a0388f802ddac466fce74bea4b02895 (MD5) Previous issue date: 2015-08-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Recently Wireless Sensor Networks have gained attention of researchers and industry around the world, such that many projects and solutions have been developed for various scenarios and applications. Such networks are formed by small sensor nodes with low processing power, few memory and few energy. Thus, resources are scarce, particularly energy, where, in most cases these nodes are powered by batteries, which is a crucial point in the network design. A kind of sensor network in which camera-enabled sensors are inserted are call Wireless Visual Sensor Networks. Because of this, these networks become able to recover large quantities of environment information which may to be interesting for several applications. However, in general, sensor networks are very vulnerable due to the nature of the communication and due also to the sensor nodes are, sometimes, in remote, hostile and hard to reach areas. Moreover, the sensor nodes are potentially inexpensive devices that can be easily purchased or designed by others to attack the network. So to mitigate these vulnerabilities, research in security area for such networks are required. However, traditional security mechanisms lead to very overhead of computing and communication can compromise the network performance when they are adopted. Thinking about it, this master's thesis aims to propose a new paradigm to ensure security for wireless visual sensor networks, being presented through a theoretical mathematical model to perform differentiation of areas in the monitoring environment to then considering the particularities of the application monitoring to provide security at different levels. Called Adaptive Encryption, this theoretical model can be used for various applications requiring different security assurances for different network locations, implying providing security at acceptable levels while consuming less network resources, above all energy. / Recentemente as Redes de Sensores Sem Fio t?m ganhado a aten??o de pesquisadores, da ind?stria e do meio acad?mico ao redor do mundo todo, de modo que muitos projetos e solu??es t?m sido desenvolvidas para diversos cen?rios e aplica??es. Essas redes s?o formadas por pequenos n?s sensores com pouco poder de processamento, mem?ria e energia. Sendo assim, os recursos s?o bastante escassos, principalmente energia, onde, na maioria das vezes estes n?s s?o alimentados por baterias, sendo este um ponto crucial no projeto da rede. Um tipo de rede de sensores em que os n?s possuem c?meras de v?deo embutidas s?o chamadas de Redes de Sensores Visuais Sem Fio. Devido a isso, tais redes se tornam capazes de recuperar grandes quantidades de informa??es do ambiente o que pode ser interessante para diversas aplica??es. Todavia, de forma geral, as redes de sensores s?o muito vulner?veis devido a natureza da comunica??o e devido tamb?m aos n?s sensores estarem, algumas vezes, em locais remotos, hostis e de dif?cil acesso. Al?m disso, os n?s sensores s?o dispositivos potencialmente baratos que podem ser facilmente adquiridos ou projetados por terceiros a fim de atacar a rede. Ent?o, visando atenuar essas vulnerabilidades, pesquisas na ?rea de seguran?a para tais redes s?o necess?rias. Contudo, os mecanismos de seguran?a tradicionais geram muito sobrecarga de computa??o e comunica??o podendo comprometer o desempenho da rede quando s?o adotados. Pensando nisso, este trabalho de mestrado tem como objetivo propor um novo paradigma para garantir seguran?a para redes de sensores visuais sem fio, sendo apresentado atrav?s um modelo matem?tico te?rico para realizar diferencia??o de ?reas no ambiente de monitoramento para, ent?o, considerando as particularidades da aplica??o de monitoramento, prover seguran?a em diferentes n?veis. Chamado de Criptografia Adaptativa, este modelo te?rico pode ser utilizado por diversas aplica??es que necessitem de garantias de seguran?a diferenciadas para diferentes locais da rede, o que implica em prover seguran?a em n?veis aceit?veis consumindo menos recursos da rede, principalmente energia.

[ES] Esta tesis se enmarca en el campo de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC), especialmente en el área del procesado digital de la señal. En la actualidad, y debido al auge del Internet de los cosas (IoT), existe un creciente interés por las redes de sensores inalámbricos (WSN), es decir, redes compuestas de diferentes tipos de dispositivos específicamente distribuidos en una determinada zona para realizar diferentes tareas de procesado de señal. Estos dispositivos o nodos suelen estar equipados con transductores electroacústicos así como con potentes y eficientes procesadores con capacidad de comunicación. En el caso particular de las redes de sensores acústicos (ASN), los nodos se dedican a resolver diferentes tareas de procesado de señales acústicas. El desarrollo de potentes sistemas de procesado centralizado han permitido aumentar el número de canales de audio, ampliar el área de control o implementar algoritmos más complejos. En la mayoría de los casos, una topología de ASN distribuida puede ser deseable debido a varios factores tales como el número limitado de canales utilizados por los dispositivos de adquisición y reproducción de audio, la conveniencia de un sistema escalable o las altas exigencias computacionales de los sistemas centralizados. Todos estos aspectos pueden llevar a la utilización de nuevas técnicas de procesado distribuido de señales con el fin de aplicarlas en ASNs. Para ello, una de las principales aportaciones de esta tesis es el desarrollo de algoritmos de filtrado adaptativo para sistemas de audio multicanal en redes distribuidas. Es importante tener en cuenta que, para aplicaciones de control del campo sonoro (SFC), como el control activo de ruido (ANC) o la ecualización activa de ruido (ANE), los nodos acústicos deben estar equipados con actuadores con el fin de controlar y modificar el campo sonoro. Sin embargo, la mayoría de las propuestas de redes distribuidas adaptativas utilizadas para resolver problemas de control del campo sonoro no tienen en cuenta que los nodos pueden interferir o modificar el comportamiento del resto. Por lo tanto, otra contribución destacable de esta tesis se centra en el análisis de cómo el sistema acústico afecta el comportamiento de los nodos dentro de una ASN. En los casos en que el entorno acústico afecta negativamente a la estabilidad del sistema, se han propuesto varias estrategias distribuidas para resolver el problema de interferencia acústica con el objetivo de estabilizar los sistemas de ANC. En el diseño de los algoritmos distribuidos también se han tenido en cuenta aspectos de implementación práctica. Además, con el objetivo de crear perfiles de ecualización diferentes en zonas de escucha independientes en presencia de ruidos multitonales, se han presentado varios algoritmos distribuidos de ANE en banda estrecha y banda ancha sobre una ASN con una comunicación colaborativa y compuesta por nodos acústicos. Se presentan además resultados experimentales para validar el uso de los algoritmos distribuidos propuestos en el trabajo para aplicaciones prácticas. Para ello, se ha diseñado un software de simulación acústica que permite analizar el rendimiento de los algoritmos desarrollados en la tesis. Finalmente, se ha realizado una implementación práctica que permite ejecutar aplicaciones multicanal de SFC. Para ello, se ha desarrollado un prototipo en tiempo real que controla las aplicaciones de ANC y ANE utilizando nodos acústicos colaborativos. El prototipo consiste en dos sistemas de control de audio personalizado (PAC) compuestos por un asiento de coche y un nodo acústico, el cual está equipado con dos altavoces, dos micrófonos y un procesador con capacidad de comunicación entre los dos nodos. De esta manera, es posible crear dos zonas independientes de control de ruido que mejoran el confort acústico del usuario sin necesidad de utilizar auriculares. / [CAT] Aquesta tesi s'emmarca en el camp de les Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (TIC), especialment en l'àrea del processament digital del senyal. En l'actualitat, i a causa de l'auge de la Internet dels coses (IoT), existeix un creixent interés per les xarxes de sensors sense fils (WSN), és a dir, xarxes compostes de diferents tipus de dispositius específicament distribuïts en una determinada zona per a fer diferents tasques de processament de senyal. Aquests dispositius o nodes solen estar equipats amb transductors electroacústics així com amb potents i eficients processadors amb capacitat de comunicació. En el cas particular de les xarxes de sensors acústics (ASN), els nodes es dediquen a resoldre diferents tasques de processament de senyals acústics. El desenvolupament de potents sistemes de processament centralitzat han permés augmentar el nombre de canals d'àudio, ampliar l'àrea de control o implementar algorismes més complexos. En la majoria dels casos, una topologia de ASN distribuïda pot ser desitjable a causa de diversos factors tals com el nombre limitat de canals utilitzats pels dispositius d'adquisició i reproducció d'àudio, la conveniència d'un sistema escalable o les altes exigències computacionals dels sistemes centralitzats. Tots aquests aspectes poden portar a la utilització de noves tècniques de processament distribuït de senyals amb la finalitat d'aplicar-les en ASNs. Per a això, una de les principals aportacions d'aquesta tesi és el desenvolupament d'algorismes de filtrat adaptatiu per a sistemes d'àudio multicanal en xarxes distribuïdes. És important tindre en compte que, per a aplicacions de control del camp sonor (SFC), com el control actiu de soroll (ANC) o l'equalització activa de soroll (ANE), els nodes acústics han d'estar equipats amb actuadors amb la finalitat de controlar i modificar el camp sonor. No obstant això, la majoria de les propostes de xarxes distribuïdes adaptatives utilitzades per a resoldre problemes de control del camp sonor no tenen en compte que els nodes poden modificar el comportament de la resta. Per tant, una altra contribució destacable d'aquesta tesi se centra en l'anàlisi de com el sistema acústic afecta el comportament dels nodes dins d'una ASN. En els casos en què l'entorn acústic afecta negativament a l'estabilitat del sistema, s'han proposat diverses estratègies distribuïdes per a resoldre el problema d'interferència acústica amb l'objectiu d'estabilitzar els sistemes de ANC. En el disseny dels algorismes distribuïts també s'han tingut en compte aspectes d'implementació pràctica. A més, amb l'objectiu de crear perfils d'equalització diferents en zones d'escolta independents en presència de sorolls multitonales, s'han presentat diversos algorismes distribuïts de ANE en banda estreta i banda ampla sobre una ASN amb una comunicació col·laborativa i composta per nodes acústics. Es presenten a més resultats experimentals per a validar l'ús dels algorismes distribuïts proposats en el treball per a aplicacions pràctiques. Per a això, s'ha dissenyat un programari de simulació acústica que permet analitzar el rendiment dels algorismes desenvolupats en la tesi. Finalment, s'ha realitzat una implementació pràctica que permet executar aplicacions multicanal de SFC. Per a això, s'ha desenvolupat un prototip en temps real que controla les aplicacions de ANC i ANE utilitzant nodes acústics col·laboratius. El prototip consisteix en dos sistemes de control d'àudio personalitzat (PAC) compostos per un seient de cotxe i un node acústic, el qual està equipat amb dos altaveus, dos micròfons i un processador amb capacitat de comunicació entre els dos nodes. D'aquesta manera, és possible crear dues zones independents de control de soroll que milloren el confort acústic de l'usuari sense necessitat d'utilitzar auriculars. / [EN] This thesis fits into the field of Information and Communications Technology (ICT), especially in the area of digital signal processing. Nowadays and due to the rise of the Internet of Things (IoT), there is a growing interest in wireless sensor networks (WSN), that is, networks composed of different types of devices specifically distributed in some area to perform different signal processsing tasks. These devices, also referred to as nodes, are usually equipped with electroacoustic transducers as well as powerful and efficient processors with communication capability. In the particular case of acoustic sensor networks (ASN), nodes are dedicated to solving different acoustic signal processing tasks. These audio signal processing applications have been undergone a major development in recent years due in part to the advances made in computer hardware and software. The development of powerful centralized processing systems has allowed the number of audio channels to be increased, the control area to be extended or more complex algorithmms to be implemented. In most cases, a distributed ASN topology can be desirable due to several factors such as the limited number of channels used by the sound acquisition and reproduction devices, the convenience of a scalable system or the high computational demands of a centralized fashion. All these aspects may lead to the use of novel distributed signal processing techniques with the aim to be applied over ASNs. To this end, one of the main contributions of this dissertation is the development of adaptive filtering algorithms for multichannel sound systems over distributed networks. Note that, for sound field control (SFC) applications, such as active noise control (ANC) or active noise equalization (ANE), acoustic nodes must be not only equipped with sensors but also with actuators in order to control and modify the sound field. However, most of the adaptive distributed networks approaches used to solve soundfield control problems do not take into account that the nodes may interfere or modify the behaviour of the rest. Therefore, other important contribution of this thesis is focused on analyzing how the acoustic system affects the behavior of the nodes within an ASN. In cases where the acoustic environment adversely affects the system stability, several distributed strategies have been proposed for solving the acoustic interference problem with the aim to stabilize ANC control systems. These strategies are based on both collaborative and non-collaborative approaches. Implementation aspects such as hardware constraints, sensor locations, convergenge rate or computational and communication burden, have been also considered on the design of the distributed algorithms. Moreover and with the aim to create independent-zone equalization profiles in the presence of multi-tonal noises, distributed narrowband and broadband ANE algorithms over an ASN with a collaborative learning and composed of acoustic nodes have been presented. Experimental results are presented to validate the use of the distributed algorithms proposed in the work for practical applications. For this purpose, an acoustic simulation software has been specifically designed to analyze the performance of the developed algorithms. Finally, the performance of the proposed distributed algorithms for multichannel SFC applications has been evaluated by means of a real practical implementation. To this end, a real-time prototype that controls both ANC and ANE applications by using collaborative acoustic nodes has been developed. The prototype consists of two personal audio control (PAC) systems composed of a car seat and an acoustic node, which is equipped with two loudspeakers, two microphones and a processor with communications capability. In this way, it is possible to create two independent noise control zones improving the acoustic comfort of the user without the use of headphones. / Antoñanzas Manuel, C. (2019). Distributed and Collaborative Processing of Audio Signals: Algorithms, Tools and Applications [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130209 / TESIS

La tesis se enmarca en el estudio de las arquitecturas inteligentes de control distribuido y de los sistemas de comunicaciones empleados, más concretamente el trabajo se centra en la optimización del sistema de control por medio de la evaluación del rendimiento en el middleware a través de los parámetros de calidad de servicio y de la optimización del control empleando políticas de calidad de servicio. El principal objetivo de este trabajo ha sido estudiar, diseñar, desarrollar y evaluar una arquitectura de control distribuido, basándose en el estándar de comunicaciones Data-Distribution Service for Real-Time Systems (DDS) propuesto por la organización Object Management Group (OMG). Como aportación principal de la tesis se propone el diseño de una arquitectura distribuida de control inteligente que de soporte a la QoS, tanto en la medición por medio de los parámetros, como en la gestión por medio de las políticas de QoS. Las políticas deben permitir la variación de las características de la comunicación en función de los requisitos de control, expresados estos últimos por medio de los parámetros de QoC. A la arquitectura desarrollada se le ha llamado FSACtrl. Para determinar los requisitos de la arquitectura FSACtrl, se han estudiado las revisiones de los autores más relevantes acerca de las características más destacadas de las arquitecturas distribuidas de sistemas de control. A partir de estas características se han diseñado los elementos de la arquitectura FSACtrl. Los elementos que dan soporte a las comunicaciones se han basado en los del estándar DDS de la OMG, mientras que los elementos de control se han basado en el estándar Sensor Web Enablement (SWE) del Open Geospatial Consortium (OGC). Para la validación de la arquitectura se ha implementado un entorno de diseño y simulación del control. / Poza Luján, JL. (2012). Propuesta de arquitectura distribuida de control inteligente basada en políticas de calidad de servicio [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14674 / Palancia