A melhora na eficiência do uso do espectro de radiofrequência é fundamental para permitir um desempenho adequado dos diversos sistemas sem fio cuja complexidade e requerimentos aumentam a cada dia. O panorama atual de atribuição de canais é estático, tolerando assim, que o espectro de radiofrequência seja usado de forma desequilibrada, gerando com isso, problemas de coexistência em algumas faixas e subutilização de recursos em outras. Para contornar esse problema, tem sido proposta a ideia de introduzir algoritmos de cognição nos dispositivos sem fio, a fim de permitir um modelo de alocação dinâmico adicional. Neste, os usuários secundários equipados com rádios cognitivos podem utilizar de forma dinâmica os canais subutilizados de usuários primários. Um usuário primário tem prioridade de uso do canal como consequência da atribuição estática, porém, o uso do canal por um usuário secundário qualquer é oportunista e limitando ao tempo de inatividade do usuário primário em um determinado local. As redes de sensores sem fio trabalham em uma banda concorrida e são sistemas que podem melhorar seu desempenho utilizando um mecanismo de acesso dinâmico aos canais, possibilitando o aproveitamento dos períodos de inatividade de usuários primários ou aumentando sua capacidade de coexistência na banda de operação atual. Segundo a literatura pesquisada são vários os desafios existentes para conseguir um método distribuído de acesso dinâmico aos canais que considere as restrições de trocas de sinalizações, consumo de energia e complexidade dos dispositivos de uma rede de sensores sem fio. Neste contexto, propõe-se uma metodologia de sensoriamento e acesso dinâmico aos canais para uma rede de sensores sem fio considerando a simplicidade dos dispositivos. Como fatores de inovação, optou-se pela definição de uma política de sensoriamento por clusters que permite realizar uma aprendizagem cooperativa por reforço da situação dos canais de operação. Além disso, a definição de um mecanismo de acesso dinâmico aos canais fundamentado no padrão IEEE 802.15.4 permite comunicação e coordenação distribuída de forma assíncrona. O funcionamento da metodologia proposta é avaliado e comparado usando simulações e experimentos mediante um estudo de caso específico. As comparações são realizadas com métodos de seleção de canal: fixa, cega ou baseada em recompensas por acesso. Os resultados mostram a eficiência no acesso dinâmico aos canais com aumentos na taxa de entrega de mensagens e na capacidade de coexistir com as redes primárias. / The efficiency improvement of the use of radiofrequency spectrum is fundamental to allow more complex and more optimal wireless systems. The current channel allocation is static. It tolerates unbalanced use of the radiofrequency spectrum generating coexistence problems in some bands and underutilization of resources in other bands. The introduction of cognitive algorithms into wireless devices has been proposed to overcome that problem, in order to allow an additional dynamic allocation model. In this, the secondary users equipped with cognitive radios will be able to use dynamically the underutilized channels of primary users. A primary user has channel usage priority related to the static allocation, on the other hand, the use of the channel by any secondary user is opportunistic and limited to the inactivity time of the primary user in a specific place. Wireless sensor networks work in a competitive band. These systems can improve their performance using a dynamic access to the channels and consequently to enable the utilization of inactivity periods of primary users or to increase the coexistence capability at their current operation band. According to the researched literature, several challenges exist to find a distributed method for dynamic access to the channels considering the restrictions on control signaling, energy consumption and computational complexity of wireless sensor network devices. In this context, a methodology of sensing and dynamic access to the channels in a wireless sensor network considering the restrictions of the devices is proposed. As innovation, we opted for the definition of a sensing policy by clusters that allows the cooperative reinforcement learning of the situation of channels. In addition, a mechanism for dynamic access to the channels based on the IEEE 802.15.4 standard is defined to allow asynchronous and distributed coordination. The behavior of the proposed methodology is evaluated and compared using simulations and experiments through a specific case study. The comparisons are performed with channel selection methods: fixed, blind and access based. The results show good efficiency in the dynamic allocation of the channels, increasing the message delivery rate and the coexistence capability.

O uso de equipamentos sem fio em sistemas de monitoramento e controle de processos industriais vem aumentando gradativamente. Os elevados custos de cabeamento incentivam os gerentes de fábricas para que considerem o uso de sistemas industriais sem fio, uma vez que estes promovem grandes reduções nos custos de instalação finais. Entretanto, a robustez do enlace de rádio frequência e os requerimentos de comunicação em tempo real são frequentemente citados como obstáculos reais para o uso de tecnologias sem fio na indústria. À frente das demais organizações, a HART Foundation lançou em 2007 o WirelessHART, sendo este o primeiro padrão aberto de comunicação sem fio especificamente desenvolvido para ambientes industriais. Apesar de ser um protocolo seguro e de propiciar comunicação em tempo real, o estudo aprofundado do WirelessHART revela diversas possibilidades de melhorias. Nesse protocolo, o gerenciamento da rede é feito de forma centralizada, o que garante maior simplicidade e controle sobre o escalonamento, roteamento e a segurança das mensagens. Por outro lado, grandes latências, especialmente nos processos de conexão e desconexão de nós, impossibilitam o uso de dispositivos móveis ou intermitentes. A concentração do gerenciamento em um só elemento também leva à fragilidade do sistema: na falha do gerenciador central, toda rede fica inoperante. Neste trabalho, é apresentada uma arquitetura de rede WirelessHART inovadora, que utiliza coprocessadores gerenciadores distribuídos para possibilitar a descentralização do gerenciamento e consequentemente as suas vantagens. O sistema desenvolvido permite diferentes configurações descentralizadas, parciais ou totais, e com mínimas modificações no protocolo original. A arquitetura de rede proposta mantém os dispositivos de campo com suas características originais, de baixo custo e consumo, além de permitir a coexistência com equipamentos certificados. A metodologia para a descentralização é apresentada e o estudo de caso realizado permite a avaliação da proposta. A originalidade deste trabalho é verificada através do estudo do estado da arte. Os resultados obtidos de um estudo de caso demonstram o grande potencial da proposta, com reduções significativas nos tempos de agregação e manutenção da rede. A proposta de descentralização possibilita configurações e modos operacionais antes impossíveis no WirelessHART, tais como o uso de dispositivos móveis ou intermitentes e o emprego de técnicas de handover. / The use of wireless devices in industrial systems for process monitoring and control has been gradually increasing. The high costs of cabling encourage plant managers to consider the use of such industrial wireless systems, since they promote large reductions in final costs. However, the link robustness and the real-time communication requirements are frequently cited as real obstacles to the use of wireless technologies in the industry. Ahead of other organizations, the HART Foundation launched the in 2007WirelessHART, which is the first open standard for wireless communications developed specifically for industrial environments. WirelessHART is a reliable and secure protocol and provide real-time communications but the thorough study of this protocol reveals several possibile improvements. In this protocol, network management is done centrally, ensuring simplicity and control over the scheduling, routing and messaging security. Moreover, large latency, especially in the connection and disconnection processes of field devices, preclude the use of mobile or intermittent devices. The concentration of one element in management also leads to the system fragility: if the central manager fails the entire network fail. In this work, a innovative WirelessHART network achitecture is presented and implemented by means of hardware-based distributed network manager coprocessors to enable decentralization and its blessings. The developed system allows different decentralized, partial or total architectures with minimal changes to the original protocol. A hardware-based solution maintains field devices with its low cost and consumption features and allow coexistence with certified equipment. The decentralization methodology along with its originality is presented and case study allows the evaluation of the proposal. The results demonstrate the architecture has great potential with significant reductions in join and maintenance times. The proposed decentralization enables configurations and operating modes previously impossible in WirelessHART such as the use of mobile or intermittent devices and handover techniques.

como cidades inteligentes e Internet das coisas demonstram que esta tecnologia está evoluindo em larga escala. Consequentemente, diversas aplicações desta tecnologia estão sendo desenvolvidas, muitas delas são altamente dependentes de redes de sensores sem fio, pois fazem a coleta de dados em ambientes inóspitos ou de difícil acesso. Para que estes dados coletados de diversos dispositivos possam ser analisados em conjunto é preciso que as coletas sejam simultâneas ou em intervalos próximos de tempo, o que implica que toda a rede de sensores tenha uma elevada precisão no sincronismo. Ademais, diversos protocolos de comunicação sem fio utilizam o sincronismo para estabelecer o compartilhamento do meio de propagação, tendo assim uma maior eficiência na troca de dados. Ao observar a importância de atender a essa necessidade de sincronização de tempo entre dispositivos usados em redes de sensores sem fio, este trabalho se concentra na proposta, implementação e teste de um serviço de sincronização de tempo para redes de sensores sem fio de baixa potência usando relógios de baixa frequência em tempo real em cada nó. Para implementar este serviço, são propostos três algoritmos baseados em estratégias diferentes para alcançar a sincronização desejada. O primeiro baseia-se em uma métrica simples de correção adaptativa; o segundo baseia-se em um mecanismo de predição; já o terceiro utiliza um mecanismo mais complexo, a correção analítica. Todos os algoritmos tem o mesmo objetivo: fazer com que os relógios dos nós sensores convirjam de forma ágil, em seguida, mantê-los com a maior similaridade possível. O objetivo deste trabalho é apresentar o melhor método que garanta a sincronização, mantendo o baixo consumo de energia em uma rede de sensores. Os resultados experimentais fornecem evidências do sucesso no cumprimento deste objetivo, bem como fornece meios para comparar estas três abordagens considerando os melhores resultados de sincronização e os seus custos em termos de consumo de energia. / Environmental monitoring systems are gaining more and more space, concepts such as smart cities and the Internet of things demonstrate that this technology has been developing a lot. Consequently, many applications of this technology are being developed, many of them are dependent on wireless sensor networks, which collect data in inhospitable or difficult-to-access environments. In order to these collected data from several devices to be analyzed together it is necessary that the data collection be simultaneous or at close intervals, which implies that the entire network of sensors has a high precision in the synchronism. In addition, several wireless communication protocols use the synchronism to establish sharing of medium networks, thus having a greater efficiency in the exchange of data. Observing the importance of time synchronization, this work focuses in proposing, implementing and testing time synchronization protocols for low power wireless sensor networks using real time low frequency clocks. To implement this service, three algorithms based on different strategies are proposed to achieve the desired synchronization. The first is based on the simple metric for self-correction; the second is based on a prediction mechanism; while the third uses a more complex mechanism for analytical correction. All the algorithms have the same goal: to make the clock of the sensor nodes converge in an agile way, then to keep them with the greatest possible similarity. The objective of this work is to present the best method to guarantee the synchronization, keeping the low power consumption in a network, sporadically, transmissions. The experimental results provide evidence of success in achieving this goal, as well as providing means to compare these three approaches considering the best synchronization results and their costs in terms of energy consumption. Keywords: Internet of things.

No Brasil existem milhões de brasileiros com algum tipo de dificuldade de locomoção, sendo que grande parte dessas pessoas com deficiência necessita de cadeira de rodas para se locomover. Com o fato de existirem inúmeros de brasileiros cadeirantes, o desenvolvimento de tecnologias ditas ¨assistivas¨, ou seja, tecnologias que visam assistir estas pessoas em suas atividades, tem recebido uma crescente atenção, tanto do ponto de vista de negócios (com o aumento de produtos), como de pesquisas acadêmicas. Dentre estas linhas de pesquisa, a integração entre cadeiras de rodas automatizadas com sistemas de automação predial e residencial está entre as linhas de pesquisa de maior destaque, pois tem como objetivo tornar a vida do usuário de cadeira de rodas mais produtiva e cômoda, contribuindo para sua independência. Os sistemas de automação predial e residencial mais complexos elevam o nível de um ambiente automatizado para um ambiente inteligente, pois tornam o nível de abstração maior, fornecendo serviços de forma pervasiva. O ambiente inteligente necessita de informações para que possa oferecer seus serviços ao cadeirante, e uma informação importante seria a localização da cadeira de rodas automatizada. Neste contexto, este trabalho propõe um sistema de localização em interiores para cadeiras de rodas automatizadas em ambientes inteligentes. A proposta combina Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) e a tecnologia RFID, onde as etiquetas RFID são utilizadas como marcos de referências para a calibração automática dos parâmetros da RSSF, que convencionalmente são obtidos de forma experimental. O estudo de caso para validar o sistema de localização proposto foi realizado numa sala automatizada no prédio da Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) como ambiente inteligente, e uma cadeira de rodas automatizada adaptada para se comunicar com a RSSF. Além deste estudo de caso, foram realizados outros experimentos com intuito de avaliar qual método geraria os melhores resultados para o sistema de localização baseado em RSSF e a tecnologia RFID, combinando diferentes modelos de propagação de sinal RF e diferentes formas de calibrar os parâmetros da rede. Além disso, outras questões sobre o sistema de localização proposto foram analisadas, como por exemplo, a influência do aumento da quantidade de nós da rede na exatidão do sistema, o comportamento do sistema quando, para um mesmo cenário, o sentido do percurso é invertido, e a influência do leiaute dos nós da rede no desempenho do sistema. / In Brazil there are millions of people with some kind of limited mobility, and that most of these disabled people need a wheelchair to get around. With the fact that there are millions of wheelchair users, the development of assistive technologies, i.e. technologies to assist these people in their activities, has received increasing attention both from the standpoint of business (with the increase of products), as academic research. Among these lines of research, the integration of automated wheelchairs with home automation systems are among the research areas of greatest importance because it aims to make the user's life more productive and comfortable, contributing to their independence. The home automation systems more complex increase the level of an automated environment for intelligent environment, as they make the higher level of abstraction, providing pervasive services. The intelligent environment needs information so it can offer your services to the wheelchair user, and important information would be the location of the automated wheelchair. Within this context, this paper proposes an indoor positioning system for wheelchairs in intelligent environments. The proposal combines Wireless Sensor Networks (WSN) and RFID technology, where RFID tags are used as landmark for automatic calibration of the parameters of WSN, which are conventionally obtained experimentally. The case study to validate the proposed indoor positioning system was performed at an automated room in the building of Electrical Engineering, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) with the intelligent environment and automated wheelchair adapted to communicate with the WSN. In addition to the case study, other experiments in order to assess which method would produce the best results for the localization system based on RFID and WSN, combining different radio propagation model and different forms of calibrate the parameters of the WSN. In addition, other questions about the proposed indoor positioning system were analyzed, for example, the influence of increasing the amount of network nodes on the system accuracy, the behavior of the system for the same scenario when the direction of travel is reversed, and the influence of the layout of the network nodes on the system performance.

No Brasil existem milhões de brasileiros com algum tipo de dificuldade de locomoção, sendo que grande parte dessas pessoas com deficiência necessita de cadeira de rodas para se locomover. Com o fato de existirem inúmeros de brasileiros cadeirantes, o desenvolvimento de tecnologias ditas ¨assistivas¨, ou seja, tecnologias que visam assistir estas pessoas em suas atividades, tem recebido uma crescente atenção, tanto do ponto de vista de negócios (com o aumento de produtos), como de pesquisas acadêmicas. Dentre estas linhas de pesquisa, a integração entre cadeiras de rodas automatizadas com sistemas de automação predial e residencial está entre as linhas de pesquisa de maior destaque, pois tem como objetivo tornar a vida do usuário de cadeira de rodas mais produtiva e cômoda, contribuindo para sua independência. Os sistemas de automação predial e residencial mais complexos elevam o nível de um ambiente automatizado para um ambiente inteligente, pois tornam o nível de abstração maior, fornecendo serviços de forma pervasiva. O ambiente inteligente necessita de informações para que possa oferecer seus serviços ao cadeirante, e uma informação importante seria a localização da cadeira de rodas automatizada. Neste contexto, este trabalho propõe um sistema de localização em interiores para cadeiras de rodas automatizadas em ambientes inteligentes. A proposta combina Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) e a tecnologia RFID, onde as etiquetas RFID são utilizadas como marcos de referências para a calibração automática dos parâmetros da RSSF, que convencionalmente são obtidos de forma experimental. O estudo de caso para validar o sistema de localização proposto foi realizado numa sala automatizada no prédio da Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) como ambiente inteligente, e uma cadeira de rodas automatizada adaptada para se comunicar com a RSSF. Além deste estudo de caso, foram realizados outros experimentos com intuito de avaliar qual método geraria os melhores resultados para o sistema de localização baseado em RSSF e a tecnologia RFID, combinando diferentes modelos de propagação de sinal RF e diferentes formas de calibrar os parâmetros da rede. Além disso, outras questões sobre o sistema de localização proposto foram analisadas, como por exemplo, a influência do aumento da quantidade de nós da rede na exatidão do sistema, o comportamento do sistema quando, para um mesmo cenário, o sentido do percurso é invertido, e a influência do leiaute dos nós da rede no desempenho do sistema. / In Brazil there are millions of people with some kind of limited mobility, and that most of these disabled people need a wheelchair to get around. With the fact that there are millions of wheelchair users, the development of assistive technologies, i.e. technologies to assist these people in their activities, has received increasing attention both from the standpoint of business (with the increase of products), as academic research. Among these lines of research, the integration of automated wheelchairs with home automation systems are among the research areas of greatest importance because it aims to make the user's life more productive and comfortable, contributing to their independence. The home automation systems more complex increase the level of an automated environment for intelligent environment, as they make the higher level of abstraction, providing pervasive services. The intelligent environment needs information so it can offer your services to the wheelchair user, and important information would be the location of the automated wheelchair. Within this context, this paper proposes an indoor positioning system for wheelchairs in intelligent environments. The proposal combines Wireless Sensor Networks (WSN) and RFID technology, where RFID tags are used as landmark for automatic calibration of the parameters of WSN, which are conventionally obtained experimentally. The case study to validate the proposed indoor positioning system was performed at an automated room in the building of Electrical Engineering, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) with the intelligent environment and automated wheelchair adapted to communicate with the WSN. In addition to the case study, other experiments in order to assess which method would produce the best results for the localization system based on RFID and WSN, combining different radio propagation model and different forms of calibrate the parameters of the WSN. In addition, other questions about the proposed indoor positioning system were analyzed, for example, the influence of increasing the amount of network nodes on the system accuracy, the behavior of the system for the same scenario when the direction of travel is reversed, and the influence of the layout of the network nodes on the system performance.

O uso de equipamentos sem fio em sistemas de monitoramento e controle de processos industriais vem aumentando gradativamente. Os elevados custos de cabeamento incentivam os gerentes de fábricas para que considerem o uso de sistemas industriais sem fio, uma vez que estes promovem grandes reduções nos custos de instalação finais. Entretanto, a robustez do enlace de rádio frequência e os requerimentos de comunicação em tempo real são frequentemente citados como obstáculos reais para o uso de tecnologias sem fio na indústria. À frente das demais organizações, a HART Foundation lançou em 2007 o WirelessHART, sendo este o primeiro padrão aberto de comunicação sem fio especificamente desenvolvido para ambientes industriais. Apesar de ser um protocolo seguro e de propiciar comunicação em tempo real, o estudo aprofundado do WirelessHART revela diversas possibilidades de melhorias. Nesse protocolo, o gerenciamento da rede é feito de forma centralizada, o que garante maior simplicidade e controle sobre o escalonamento, roteamento e a segurança das mensagens. Por outro lado, grandes latências, especialmente nos processos de conexão e desconexão de nós, impossibilitam o uso de dispositivos móveis ou intermitentes. A concentração do gerenciamento em um só elemento também leva à fragilidade do sistema: na falha do gerenciador central, toda rede fica inoperante. Neste trabalho, é apresentada uma arquitetura de rede WirelessHART inovadora, que utiliza coprocessadores gerenciadores distribuídos para possibilitar a descentralização do gerenciamento e consequentemente as suas vantagens. O sistema desenvolvido permite diferentes configurações descentralizadas, parciais ou totais, e com mínimas modificações no protocolo original. A arquitetura de rede proposta mantém os dispositivos de campo com suas características originais, de baixo custo e consumo, além de permitir a coexistência com equipamentos certificados. A metodologia para a descentralização é apresentada e o estudo de caso realizado permite a avaliação da proposta. A originalidade deste trabalho é verificada através do estudo do estado da arte. Os resultados obtidos de um estudo de caso demonstram o grande potencial da proposta, com reduções significativas nos tempos de agregação e manutenção da rede. A proposta de descentralização possibilita configurações e modos operacionais antes impossíveis no WirelessHART, tais como o uso de dispositivos móveis ou intermitentes e o emprego de técnicas de handover. / The use of wireless devices in industrial systems for process monitoring and control has been gradually increasing. The high costs of cabling encourage plant managers to consider the use of such industrial wireless systems, since they promote large reductions in final costs. However, the link robustness and the real-time communication requirements are frequently cited as real obstacles to the use of wireless technologies in the industry. Ahead of other organizations, the HART Foundation launched the in 2007WirelessHART, which is the first open standard for wireless communications developed specifically for industrial environments. WirelessHART is a reliable and secure protocol and provide real-time communications but the thorough study of this protocol reveals several possibile improvements. In this protocol, network management is done centrally, ensuring simplicity and control over the scheduling, routing and messaging security. Moreover, large latency, especially in the connection and disconnection processes of field devices, preclude the use of mobile or intermittent devices. The concentration of one element in management also leads to the system fragility: if the central manager fails the entire network fail. In this work, a innovative WirelessHART network achitecture is presented and implemented by means of hardware-based distributed network manager coprocessors to enable decentralization and its blessings. The developed system allows different decentralized, partial or total architectures with minimal changes to the original protocol. A hardware-based solution maintains field devices with its low cost and consumption features and allow coexistence with certified equipment. The decentralization methodology along with its originality is presented and case study allows the evaluation of the proposal. The results demonstrate the architecture has great potential with significant reductions in join and maintenance times. The proposed decentralization enables configurations and operating modes previously impossible in WirelessHART such as the use of mobile or intermittent devices and handover techniques.

Submitted by Natalia de Souza Gonçalves (natalia.goncalves@ufpe.br) on 2015-05-08T14:39:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) MestradoRobson_versao_posbanca_v8.pdf: 2916922 bytes, checksum: 69519207e681c79847392599f7417664 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-08T14:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) MestradoRobson_versao_posbanca_v8.pdf: 2916922 bytes, checksum: 69519207e681c79847392599f7417664 (MD5) Previous issue date: 2014-11-14 / Nos últimos anos, o tráfego de dados nas redes celulares tem crescido exponencialmente devido ao aumento do número de dispositivos móveis. Neste cenário, os modelos de predição de sinais de rádio frequência podem ser utilizados na otimização da rede e na criação de novos serviços. Os modelos de predição mais utilizados são os modelos do tipo empírico, tais como o Okumura-Hata, Ericsson 9999, COST-231 e ECC-33. No entanto, esses modelos não apresentam bons resultados quando aplicados a ambientes urbanos. Neste trabalho, é proposto um método de predição de sinais de rádio frequência utilizando máquinas de vetores de suporte. Na implementação da máquina de vetor de suporte, os kernels Laplaciano, Gaussiano e Polinomial foram testados. Todas as implementações tiveram desempenho superior aos modelos empíricos tradicionais. Por último, a melhor configuração, obtida com o kernel Laplaciano, foi selecionada e aplicada no contexto de geolocalização de terminais móveis em redes celulares. Os resultados obtidos indicaram um erro médio de localização em torno de uma ordem de grandeza menor do que o erro obtido por meio de técnicas de trilateração de potência.

O notável desenvolvimento da indústria eletrônica observado nos últimos tempos tem permitido aplicações de conjuntos integrados de sensores em ambientes sem fio, conhecidos por wireless sensor networks (WSN), que passam por sensoriamento de processos industriais, ambientes tóxicos, projetos militares de monitoração de variáveis de segurança, até observação de fenômenos físicos naturais. Uma das principais especificações de uma rede WSN, o consumo de energia afeta diretamente a capacidade e tempo de vida útil do sistema, pois, na maioria dos casos, seus módulos possuem baterias independentes e sua substituição nem sempre é tarefa simples. Motivado pela necessidade de oferecer robustez e economia de energia nas redes WSN, o protocolo difusão direcionada se baseia na centralização de dados e a identificação de seus módulos é feita por meio de pares valor-atributo. Sua estrutura permite a adição de componentes de software que podem atuar na análise e modificação dos dados recebidos com o objetivo de alterar o protocolo original. O objetivo principal deste trabalho é investigar um método para otimização do uso de energia disponível em redes WSN com intuito de prolongar seu tempo de vida útil. O metódo consiste em analisar os valores das energias atribuídas aos módulos componentes da rede por meio de incorporação de um algoritmo de rotas baseado em energia ao protocolo difusão direcionada. Comparações de desempenho da rede em relação ao seu tempo de vida e energia dos módulos são realizadas utilizando o simulador NS-2. As simulações feitas em diversos cenários indicaram melhoria de desempenho em relação ao protocolo difusão direcionada original. Os cenários onde o protocolo original foi alterado apresentaram um número maior de rotas descobertas e possibilitaram um aumento de pelo menos 22% no tempo de vida da rede, em relação ao protocolo original. / The notable development of electronic industry in the last years allows the implementation of sensor integrated circuits in wireless environments, known as wireless sensor networks (WSN), which leads to industrial process sensing, toxic environments, military security monitor projects and natural physical phenomenon. As one of the main specifications of a WSN network, the energy consumption directly affects the capacity and the system useful lifetime, since most of the time its modules have independent batteries and their substitution is not always a simple task. Motivated by the need of offering robustness and energy economy for WSN networks, the directed diffusion protocol is data-centric based and its modules identification is made by attribute-value pairs. The directed diffusion structure enables the addition of software components which can act on the analysis and modification of received data with the objective of changing the original protocol. The main objective of this work is to investigate a method for optimization of available energy on WSN networks with the intention of increasing its useful lifetime. The method consists on analyzing the energy values attributed to the component modules of the network by incorporating an energy-based routing algorithm to directed diffusion protocol. Performance comparisons of the network related to its lifetime and modules energy are developed using the NS-2 simulator. Simulations performed in several scenarios indicated a better performance in relation to the original directed diffusion protocol. The scenarios where the original protocol was changed had larger number of discovered routes and allowed a rising of at least 22% on network lifetime, in relation to the original protocol.

Fault detector is an essential component in building reliable distributed systems and its design depends heavily on the model of distributed system, which has demanded several solutions to address the movement of nodes. This dissertation presents a gossip-based unreliable failure detector for mobile ad hoc networks (MANETs) that uses the intensity of received signal to differ faulty nodes from mobile nodes. The differentiation is done by maintaining information on the intensity measurement signal reception in the nodes of the system in a small historic regions. This work also presents a simulator for mobile wireless networks where is possible configure simulations messaging with pre-determined movements of the nodes in the network. The simulator provides the signal strength received in a message, and allows configuration simulate various aspects such as frequency and intensity transmission of a message. The failure detector presented in this work provides a new method that uses more than one rule for deciding to suspect a node. Surveys show improvements in service quality of the detector compared with the traditional gossip algorithm. / Detectar falhas é uma tarefa essencial na construção de sistemas distribuídos confiáveis e seu projeto depende fortemente do modelo de sistema distribuído. Diversas soluções tem sido desenvolvidas para tratar a movimentação de nodos em sistemas distribuídos. Este trabalho apresenta um novo detector de defeitos assíncrono não-confiável para redes móveis ad hoc (MANETs). Nodos falhos são diferenciados de nodos móveis através da manutenção de informação sobre a medida de potência do sinal de recepção nos nodos do sistema em um pequeno histórico de regiões. Neste trabalho também foi desenvolvido um simulador para redes móveis sem fio onde é possível configurar simulações de transmissão de mensagens com movimentos prédeterminados dos nodos na rede. O simulador disponibiliza a potência do sinal recebido em uma mensagem, e permite que sejam configurados diversos aspectos da simulação como freqüência e potência de transmissão de uma mensagem. O detector de defeitos proposto neste trabalho utiliza um método para suspeitar de um nodo que está dentro de sua região de alcance de transmissão e outro método para um nodo que está movimentando-se para fora do seu alcance de transmissão. Avaliações apresentadas neste trabalho demonstram que é possível uma redução no tempo de detecção de uma falha e um menor número de falsas suspeitas, quando comparados com detectores que utilizam apenas gossip.

No Brasil existem milhões de brasileiros com algum tipo de dificuldade de locomoção, sendo que grande parte dessas pessoas com deficiência necessita de cadeira de rodas para se locomover. Com o fato de existirem inúmeros de brasileiros cadeirantes, o desenvolvimento de tecnologias ditas ¨assistivas¨, ou seja, tecnologias que visam assistir estas pessoas em suas atividades, tem recebido uma crescente atenção, tanto do ponto de vista de negócios (com o aumento de produtos), como de pesquisas acadêmicas. Dentre estas linhas de pesquisa, a integração entre cadeiras de rodas automatizadas com sistemas de automação predial e residencial está entre as linhas de pesquisa de maior destaque, pois tem como objetivo tornar a vida do usuário de cadeira de rodas mais produtiva e cômoda, contribuindo para sua independência. Os sistemas de automação predial e residencial mais complexos elevam o nível de um ambiente automatizado para um ambiente inteligente, pois tornam o nível de abstração maior, fornecendo serviços de forma pervasiva. O ambiente inteligente necessita de informações para que possa oferecer seus serviços ao cadeirante, e uma informação importante seria a localização da cadeira de rodas automatizada. Neste contexto, este trabalho propõe um sistema de localização em interiores para cadeiras de rodas automatizadas em ambientes inteligentes. A proposta combina Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) e a tecnologia RFID, onde as etiquetas RFID são utilizadas como marcos de referências para a calibração automática dos parâmetros da RSSF, que convencionalmente são obtidos de forma experimental. O estudo de caso para validar o sistema de localização proposto foi realizado numa sala automatizada no prédio da Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) como ambiente inteligente, e uma cadeira de rodas automatizada adaptada para se comunicar com a RSSF. Além deste estudo de caso, foram realizados outros experimentos com intuito de avaliar qual método geraria os melhores resultados para o sistema de localização baseado em RSSF e a tecnologia RFID, combinando diferentes modelos de propagação de sinal RF e diferentes formas de calibrar os parâmetros da rede. Além disso, outras questões sobre o sistema de localização proposto foram analisadas, como por exemplo, a influência do aumento da quantidade de nós da rede na exatidão do sistema, o comportamento do sistema quando, para um mesmo cenário, o sentido do percurso é invertido, e a influência do leiaute dos nós da rede no desempenho do sistema. / In Brazil there are millions of people with some kind of limited mobility, and that most of these disabled people need a wheelchair to get around. With the fact that there are millions of wheelchair users, the development of assistive technologies, i.e. technologies to assist these people in their activities, has received increasing attention both from the standpoint of business (with the increase of products), as academic research. Among these lines of research, the integration of automated wheelchairs with home automation systems are among the research areas of greatest importance because it aims to make the user's life more productive and comfortable, contributing to their independence. The home automation systems more complex increase the level of an automated environment for intelligent environment, as they make the higher level of abstraction, providing pervasive services. The intelligent environment needs information so it can offer your services to the wheelchair user, and important information would be the location of the automated wheelchair. Within this context, this paper proposes an indoor positioning system for wheelchairs in intelligent environments. The proposal combines Wireless Sensor Networks (WSN) and RFID technology, where RFID tags are used as landmark for automatic calibration of the parameters of WSN, which are conventionally obtained experimentally. The case study to validate the proposed indoor positioning system was performed at an automated room in the building of Electrical Engineering, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) with the intelligent environment and automated wheelchair adapted to communicate with the WSN. In addition to the case study, other experiments in order to assess which method would produce the best results for the localization system based on RFID and WSN, combining different radio propagation model and different forms of calibrate the parameters of the WSN. In addition, other questions about the proposed indoor positioning system were analyzed, for example, the influence of increasing the amount of network nodes on the system accuracy, the behavior of the system for the same scenario when the direction of travel is reversed, and the influence of the layout of the network nodes on the system performance.