Aplicação de Internet of Things em casas inteligentes - Serviço Aplicacional

Engenharia Informática, Área de Especialização em Arquiteturas, Sistemas e Redes

Framework-specific DSL para sensoriamento participado

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Aplicação de Internet of Things em casas inteligentes: Serviços de Rede

O foco principal no estudo da Internet of Things tem sido a integração de dispositivos digitais com o mundo físico e vice-versa. Os dispositivos inteligentes têm vindo a ganhar uma forte presença na nossa vida diária e cada vez mais, tendem a integrar o sistema de uma casa, automatizando processos comuns como o controlo de temperatura ambiente ou mesmo a percentagem de luminosidade de uma divisão. A visão da IoT contempla um mundo interconectado, recolhendo informações de forma automática e possibilitando a comunicação entre dispositivos. Contudo, as tecnologias existentes para a criação de redes que albergam estes novos dispositivos carecem de padrões bem definidos, dificultando a interoperabilidade entre as diversas soluções existentes. Neste projeto são estudadas e aplicadas as tecnologias mais promissoras aplicáveis ao paradigma Internet of Things, com o objetivo de encontrar um conjunto de protocolos padrão para a implementação de sistemas de automação em casas inteligentes.1 Como objetivo final deste projeto, pretende-se criar uma rede de dispositivos com capacidades sensoriais que tenham a capacidade de comunicar com o mundo externo, permitindo o acesso à rede por qualquer tipo de utilizador. Com isso, espera-se caminhar para mais perto da padronização dos protocolos inerentes à IoT e habilitar interoperabilidade entre as mais diversas soluções. São apresentados e utilizados os protocolos que mais se adaptam ao tema escolhido, tentando simplificar a rede para que esta possa ser incluída em qualquer ambiente doméstico, recorrendo a hardware de custo reduzido. Os protocolos apresentados são o 6LoWPAN, utilizando o protocolo IEEE 802.15.4 como interface de rede juntamente com endereçamento IPv6. É também utilizado o protocolo CoAP na troca de mensagens entre os dispositivos.

Cross-Layer Admission Control to Enhance the Support of Real-Time Applications in WSN

Real-time monitoring applications may be used in a wireless sensor network (WSN) and may generate packet flows with strict quality of service requirements in terms of delay, jitter, or packet loss. When strict delays are imposed from source to destination, the packets must be delivered at the destination within an end-to-end delay (EED) hard limit in order to be considered useful. Since the WSN nodes are scarce both in processing and energy resources, it is desirable that they only transport useful data, as this contributes to enhance the overall network performance and to improve energy efficiency. In this paper, we propose a novel cross-layer admission control (CLAC) mechanism to enhance the network performance and increase energy efficiency of a WSN, by avoiding the transmission of potentially useless packets. The CLAC mechanism uses an estimation technique to preview packets EED, and decides to forward a packet only if it is expected to meet the EED deadline defined by the application, dropping it otherwise. The results obtained show that CLAC enhances the network performance by increasing the useful packet delivery ratio in high network loads and improves the energy efficiency in every network load.

Scalable and interference aware wi-fi mesh networks using cots devices

A crescente tendencia no acesso móvel tem sido potenciada pela tecnologia IEEE 802.11. Contudo, estas redes têm alcance rádio limitado. Para a extensão da sua cobertura é possível recorrer a redes emalhadas sem fios baseadas na tecnologia IEEE 802.11, com vantagem do ponto de vista do custo e da flexibilidade de instalação, face a soluções cabladas. Redes emalhadas sem fios constituídas por nós com apenas uma interface têm escalabilidade reduzida. A principal razão dessa limitação deve-se ao uso do mecanismo de acesso ao meio partilhado Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) em topologias multi-hop. Especificamente, o CSMA/CA não evita o problema do nó escondido levando ao aumento do número de colisões e correspondente degradação de desempenho com impacto direto no throughput e na latência. Com a redução da tecnologia rádio torna-se viável a utilização de múltiplos rádios por nó, sem com isso aumentar significativamente o custo da solução final de comunicações. A utilização de mais do que um rádio por nó de comuniações permite superar os problemas de desempenho inerentes ás redes formadas por nós com apenas um rádio. O objetivo desta tese, passa por desenvolver uma nova solução para redes emalhadas multi-cana, duar-radio, utilizando para isso novos mecanismos que complementam os mecanismos definidos no IEEE 802.11 para o estabelecimento de um Basic Service Set (BSS). A solução é baseada na solução WiFIX, um protocolo de routing para redes emalhadas de interface única e reutiliza os mecanismos já implementados nas redes IEEE 802.11 para difundir métricas que permitam à rede escalar de forma eficaz minimizando o impacto na performance. A rede multi-hop é formada por nós equipados com duas interfaces, organizados numa topologia hierárquica sobre múltiplas relações Access Point (AP) – Station (STA). Os resultados experimentais obtidos mostram a eficácia e o bom desempenho da solução proposta face à solução WiFIX original.

Optimization of magnetoelectric composites based on electroactive polymers for energy harvesting and sensor application

Tese de Doutoramento em Engenharia de Materiais.

Análisis y optimización del radio enlace de un sistema RFID y redes de sensores inalámbricos (WSN)

Un sistema inalámbrico en UHF puede ser utilizado tanto para la identificación de productos como para la adquisición de datos. Si se encuadra en la identificación se está refiriendo a sistemas “RFID” y si se encuadra en la adquisición de datos se está en presencia de una “Red de Sensores Inalámbrica”. El presente proyecto pretende desarrollar una plataforma de discusión permanente sobre estas tecnología que permita la optimización de los diferentes estamentos de la red. El proyecto tiene como objetivo general mejorar las prestaciones del vinculo entre los distintos elementos en un sistema RFID (Radio Frecuency Identification) o WSN (Wireless Sensor Network). En tal sentido, se propone en una primer línea de investigación, el desarrollo de un modelo que caracterice una red inalámbrica de sensores en UHF, permitiendo luego simularla bajo distintas condiciones. El objetivo es tener una herramienta con la cual se pueda estudiar y simular el comportamiento de una red con varios nodos. Una segunda línea de trabajo aborda el problema del test para sistemas RFID y WSN, con énfasis en nodos activos y pasivos diseñados con circuitos analógicos y digitales configurables y componentes comerciales. Así, se propone el desarrollo de estrategias de test de bajo consumo y alto desempeño focalizadas en las secciones analógicas, de conversión y digitales configurables del nodo. Los trabajos específicos planteados para responder a los objetivos que se pretenden son: La caracterización y modelado del enlace inalámbrico en UHF; La caracterización y modelado del transceptor en sus distintas etapas; La caracterización y modelado de la red con los distintos nodos; El estudio de nuevos diseños de antenas; El estudio de distintas adaptaciones de la etapa de RF con la antena; El estudio de alternativas de distintas modulaciones de las señales a transmitir; Proponer estrategias de simulación y/o emulación de fallas para sistemas analógicos y digitales que permita la evaluación de las estrategias de test y de los mecanismos de recuperación ante fallas; Evaluar el funcionamiento en laboratorio y en campo de los nodos y el lector

Diseño e implementación de una plataforma de red de sensores inalámbricos.

En el presente proyecto se propone el diseño e implementación de una plataforma de sensado inalámbrico. Para ello, es necesario el desarrollo de un nodo de Red de Sensores Inalámbricos (WSN, Wireless Sensor Network) y su implementación (hardware y software) mediante el uso de dispositivos programables que integren recursos analógicos, digitales y de señal mixta reconfigurables. Además se propone el modelado de una interfaz de sensado para permitir la fácil adaptación de la red a diferentes aplicaciones. El concepto de abstracción de hardware es utilizado para permitir una rápida portabilidad de la misma a distintas plataformas de sistemas embebidos. Para llevar a cabo esta tarea, se debe realizar previamente una caracterización de los sensores más comúnmente utilizados en aplicaciones WSN.

Sensores inalámbricos - monitorización y control remoto

Sistemas empotrados (embedded system).Monitorización y control de sensores inalámbricos.El sistema provee monitorización y control remoto vía internet y telefonía móvil además de acceso local y registros en base de datos.Dotado de un actuador físico para el control de elementos de potencia.

Sistema de Detecció d'Incendis (S.D.I.) amb tecnologia WSN

Sistema de detecció d'incendis mitjançant una xarxa de sensors inalàmbrics que mostregen la temperatura ambient i envien aquestes dades a un PC.

Langattoman Internet-puhelupalvelun tarjoaminen

Langattomalla Internetpuhelupalvelulla tarkoitetaan Internet-puheluiden (Voice over Internet Protocol, VoIP) siirtoa langattoman tiedonsiirtoverkon ylitse. Tälläisia langattomia verkkoja voivat olla esimerkiksi langattomat lähiverkot, WiMAX-verkot tai 450 megahertsin (MHz) taajuusalueella toimivat tiedonsiirtoverkot. VoIP-yhteyden toiminta voidaan jakaa kolmeen eri toiminta-alueeseen: yhteydenmuodostusprotokollaan, äänen koodaukseen sekä siirtotiehen. Yhteydenmuodostusprotokollia ovat esimerkiksi SIP (Session Initiation Protocol) sekä H.323. Yhteydenmuodostusprotokollantehtävänä on muodostaa yhteys käyttäjien välille sekä sopia yhteydessäkäytettävistä ominaisuuksista. Äänen koodauksessa ääni pakataan paketteihin, joita lähetetään siirtotietä pitkin eri käyttäjien välillä. Normaalissa Internetpuheluyhteydessä siirtotienä käytetään langallisia siirtoteitä. Tässä työssä on keskitytty langattomiin siirtoteihin ja niidentuomiin haasteisiin, kuten yhteyden luotettavuuteen ja laatuun, yhteyskapasiteetin riittävyyteen sekä siirtymiseen saman verkon eri tukiasemien sekä eri verkkojen välillä. Työssä rakennettiin yksinkertainen, mutta toimiva langaton Internetpuhelujärjestelmä sekä verrattiin sen ominaisuuksia normaaliin Internetpuhelujärjestelmään. Järjestelmää koekäytettiin oikeassa toimintatilanteessa varsinaisen puhelinjärjestelmän rinnalla tavallisessa toimistoympäristössä. Testaustulosten ja käyttäjäkokemusten perusteella on periaatteessa mahdollista rakentaa yksinkertainen langaton Internetpuhelujärjestelmä ja käyttää sitä puhelupalveluiden tarjoamiseen. Palvelun tarjoaminen vaatii kuitenkin vielä tiettyjen viestintäviraston määräysten täyttämistä ennen tuotantokäyttöön ottamista.

Simulació de xarxes WSN

Trabajo de final de carrera enfocado a la simulacion de una WSN (Wireless Sensors Networks) mediante el programa Contiki 2.7 y el SO Ubuntu. La idea global del proyecto es conseguir simular un entorno con nodos sensores, y a posteriori comprobar su correcto funcionamiento en motas reales. Comprobando los resultados obtenidos en ambos entornos. De esta manera se puede facilitar la puesta en marcha de este tipo de redes inalámbricas en una aplicación real.

The design and implementation of a standards-based mobile messaging platform - case WAP Push Proxy Gateway

Tässä diplomityössä perehdytään WAP:in Push -viitekehykseen. WAP-standardit määrittelevät kuinka Internet-tyyppisiä palveluita, joita voidaan käyttää erilaisia mobiileja päätelaiteitteita käyttäen, toteutetaan tehokkaalla ja verkkoteknologiasta riippumattomalla tavalla. WAP pohjautuu Internet:iin, mutta huomioi pienten päätelaitteiden ja mobiiliverkkojen rajoitukset ja erikoisominaisuudet. WAP Push viitekehys määrittelee verkon aloittaman palvelusisällön toimittamisen. Työn teoriaosassa käydään läpi yleinen WAP-arkkitehtuuri ja WAP-protokollapino käyttäen vertailukohtina lanka-Internetin arkkitehtuuria ja protokollapinoa. Edellistä perustana käyttäen tutustaan WAP Push -viitekehykseen. Käytännönosassa kuvataan WAP Push -välityspalvelimen suunnittelu ja kehitystyö. WAP Push -välityspalvelin on keskeinen verkkoelementti WAP Push -viitekehyksessä. WAP Push -välityspalvelin yhdistää Internetin ja mobiiliverkon tavalla, joka piilottaa teknologiaeroavaisuudet Internetissä olevalta palveluntuottajalta.

Mobile Protocol Stack Simulator

Nykypäivän maailma tukeutuu verkkoihin. Tietokoneverkot ja langattomat puhelimet ovat jo varsin tavallisia suurelle joukolle ihmisiä. Uusi verkkotyyppi on ilmestynyt edelleen helpottamaan ihmisten verkottunutta elämää. Ad hoc –verkot mahdollistavat joustavan verkonmuodostuksen langattomien päätelaitteiden välille ilman olemassa olevaa infrastruktuuria. Diplomityö esittelee uuden simulaatiotyökalun langattomien ad hoc –verkkojen simulointiin protokollatasolla. Se esittelee myös kyseisten verkkojen taustalla olevat periaatteet ja teoriat. Lähemmin tutkitaan OSI-mallin linkkikerroksen kaistanjakoprotokollia ad hoc –verkoissa sekä vastaavan toteutusta simulaattorissa. Lisäksi esitellään joukko simulaatioajoja esimerkiksi simulaattorin toiminnasta ja mahdollisista käyttökohteista.

Estudi i implementació pràctica d'una xarxa Wifi Mesh

En el projecte ens centrarem en el funcionament de les Xarxes mallades sense fils, es fa una breu explicació de les xarxes Ad-hoc, ja que aquestes formen un part important dintre d’una xarxa Mesh. S’explicaran diversos protocols d’enrutament com ara BATMAN, AODV, 802.11s i OLSR. Aquest últim és el que utilitzarem per a la configuració de la xarxa que realitzarem. S’explicarà el tipus de paquets que s’envien entre els nodes perquè el funcionament de la xarxa sigui òptim i tots els clients puguin tenir-hi accés i estiguin connectats entre ells. Al finalitzar l’estudi teòric d’aquest tipus de xarxa i veure les seves avantatges i desavantatges respecte altres tipus de xarxes sense fils, es muntaran dos petites xarxa. Per a muntar-les utilitzarem de Punts d’Accés els nodes Ubuquiti Nanoestation LocoM2. Una de les xarxes serà al poble Bellcaire d’Urgell, on és connectaran tres cases, on només una te accés a Internet i els nodes estaran connectats en línia, es a dir, del Node1 – Node2 – Node3. La segona serà a una casa de Barcelona on mitjançant els tres nodes obtindrem una connexió d’Internet a tota la casa, en aquest cas els tres nodes estaran connectats els tres formant un cercle, es a dir, Node1-Node2-Node3-Node1. Finalment, és mirarà una proposta de futur, on es parlaria amb l’Ajuntament del poble on s’ha fet la primera proba per realitzar una Xarxa mallada sense fils a tots els llocs públics del poble.