Protocolo MAC para redes com nós sensores móveis e nós de recolha móveis e sensores SunSPOT

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Serviço de correio eletrónico em ambiente marítimo utilizando redes tolerantes ao atraso

Delay Tolerant Network (DTN) é uma arquitetura de redes que procura resolver os problemas associados à conetividade intermitente de sistemas e possibilita a existência de comunicações em ambientes onde o conjunto de protocolos tradicionais TCP/IP não funciona. A arquitetura DTN é adequada a cenários com uma topologia de rede dinâmica, densidade de nós reduzida, conetividade intermitente e de curta duração entre os nós, e em que as aplicações são tolerantes ao atraso. Nesta dissertação é apresentada uma solução de baixo custo recorrendo ao conceito DTN que permite a utilizadores de embarcações utilizarem o serviço de correio eletrónico no mar. A solução estende o sistema de correio eletrónico ao cenário marítimo recorrendo a estações na costa, comunicação sem fios entre embarcações e entre estas e a estações na costa, e à capacidade das embarcações funcionarem como meios de transporte de dados. Para proceder à validação da proposta apresentada, foi implementado um protótipo com o sistema de correio eletrónico adaptado ao cenário marítimo. O protótipo é constituído por vários nós, configurados de forma a assumir o papel de embarcações, estação da costa e um servidor de e-mail presente na Internet. Os resultados dos testes experimentais realizados em ambiente controlado mostram que os objetivos do trabalho foram alcançados. O serviço de e-mail assente sobre a arquitetura DTN e adaptado ao cenário de comunicações marítimo foi testado em diferentes contextos, e em todos eles, as experiências tiveram resultados positivos.

Transreceptor de faixa larga baseado em impulso de rádio para sensor sem fios de curta distância implementado em tecnologia CMOS

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Dispositivo de interligação multi-rádio de longo alcance para redes de sensores com alimentação solar

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Redes de acesso aleatório com capacidade de receção de múltiplos pacotes

Com o aumento do número de dispositivos móveis, os sistemas de comunicação sem fios têm evoluído de forma a aumentar os débitos de transferência de dados. Nos sistemas de comunicação sem fios tradicionais, um nó recetor apenas permite a receção de um sinal de cada vez (Single Packet Reception - SPR). Com o aparecimento de técnicas de receção múltipla (ex. CDMA, UWB, MU-MIMO), tornou-se possível a receção de múltiplos pacotes em simultâneo (Multipacket Reception - MPR). Porém, os protocolos de controlo de acesso ao meio (MAC) não foram adaptados de forma a tirar partido da capacidade de MPR no recetor. Esta dissertação aborda a condição de receção de múltiplos pacotes em simultâneo, caracterizando o número médio de pacotes recebidos, tendo em conta o número total de transmissões. A partir desta caracterização, é estudado o desempenho de três protocolos MAC. Os protocolos são baseados numa fase de negociação seguida de uma fase de transmissão. A caracterização do número médio de pacotes recebidos permite avaliar de uma forma integrada (nível físico e MAC) o desempenho dos diferentes protocolos MAC. Finalmente, a avaliação de desempenho evidencia o aumento de débito quando é utilizado MPR nas duas fases (negociação e transmissão), o que constitui um bom ponto de partida para o desenho de futuros protocolos MAC para sistemas MPR.

Monitorização e controlo em ambientes industriais através de rede de sensores sem fios

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Telecomunicações e Informática

Monitorização ambiental em espaços florestais com rede de sensores sem fios

O objectivo deste projecto é desenvolver um sistema de monitorização florestal recorrendo às Redes de Sensores sem Fios. Para a monitorização florestal foi desenvolvido um protótipo cuja função é obter periodicamente os valores de temperatura, humidade, luminosidade, tensão nas baterias e a indicação do nível de sinal de rádio frequência recebido (RSSI- Received Signal Strength Indicator). O equipamento referido foi instalado num ambiente exterior, com características semelhantes à de interesse de modo a permitir avaliar os efeitos do ambiente no desempenho da rede. O funcionamento das Redes de Sensores sem Fios, baseadas no protocolo ZigBee, foi estudado e depois aplicado para transmitir os valores obtidos. Os dados referidos percorrem a rede ZigBee até alcançar a estação base, que tem como função processar, manipular, armazenar numa base de dados e disponibilizar os dados em tempo real através de uma página de Internet. Como os dados são armazenados é sempre possível efectuar uma consulta à base de dados para realização de estudos e estatísticas. Tendo em conta a capacidade limitada dos sistemas de armazenamento de energia utilizados em ambientes exteriores, foi desenvolvido um algoritmo que permite comutar os dispositivos na rede ZigBee de router para end-device e vice-versa, de modo a diminuir o consumo de energia e aumentar o tempo de vida da rede. Este algoritmo foi testado numa situação em que os nós sensores estão colocados em linha, existindo um único salto entre os mesmos.

WISE-MANager: criação e gestão de sessões colaborativas em redes de sensores sem fio

As redes de sensores sem fios (WSN- WSN-Wireless Sensor Network) utilizam um grande número de dispositivos sem fios (sensores), que são de baixo custo e equipados com interfaces wireless. Utilizam um conjunto de sensores autónomos que colaboram entre si para efectuar a monitorização das condições ambientais, tais como: temperatura, oxigénio, luz, humidade, pressão, gases poluentes, entre outras. Estas redes podem operar durante largos períodos de tempo, sem intervenção humana, sendo que esse tempo depende do nível de bateria desses nós. De modo a que os gestores de um Museu possam gerir de forma mais adequada as obras de arte e arquivos históricos, surge o projecto WISE-MUSE – Environmental Monitoring based on Wireless Sensor Networks, que permite implementar soluções para a monitorização museológica, com a utilização de redes de sensores sem fios. Actualmente, a colaboração entre o utilizador e a WSN é muito ténue, sendo que apenas existe colaboração entre os nós sensores. De forma a aumentar esta colaboração, e no âmbito do projecto WISE-MUSE surge o CWSN – Collaborative Wireless Sensor Network Model, que define um modelo de colaboração na rede de sensores sem fios, permitindo a utilização de sessões colaborativas para a monitorização da rede. Com o intuito de obter o máximo rendimento da rede, é necessário definir qual o deployment a utilizar. O tipo de deployment de uma WSN é a forma como os nós são distribuídos pela rede. Em zonas longínquas, ou de difícil acesso, os nós são colocados de forma aleatória, por exemplo, caiem de um avião. Nos locais de fácil acesso, podem ser colocados no local exacto. Portanto, este projecto de Mestrado de Engenharia Informática apresenta duas contribuições principais: (i) um estudo de propagação no Museu da Baleia; e; (ii) o WISE-MANager, um sistema de gestão de sessões colaborativas. De forma a definir qual o deployment da rede a instalar no Museu da Baleia, será apresentado um estudo de propagação do sinal empírico, que determinou a melhor posição física dos nós, para que a rede tenha uma boa performance. O sistema WISE-MANager permite a criação, monitorização e gestão de sessões colaborativas numa WSN baseada no protocolo Zigbee. O intuito da utilização de sessões colaborativas é proporcionar uma melhor interacção entre o utilizador e a WSN, visto que o utilizador pode personalizar o tipo de monitorização a efectuar (por nó sensor, por fenómeno ou por intervalo de tempo), e interrogar à rede e aos seus componentes, aumentando assim a flexibilidade da WSN.A gestão de redes de sensores sem fios é muito importante para que o utilizador tenha controlo sobre a mesma ao saber quais os dispositivos da rede, assim como o seu nível de energia. Por tanto, através de WISE-MANager, os gestores do Museu serão capazes de analisar a rede, detectar eventuais problemas e obter parâmetros específicos.

Sistema de gestão de rega com uma rede de sensores sem fios

Este projeto descreve a criação de um sistema de gestão de rega aplicado à agricultura, baseado numa rede de sensores sem fios (RSSF), e apresenta a implementação de um sistema para captação de energia, nomeadamente, um gerador hídrico segundo os modelos de pás do tipo hélice, para além da utilização de painéis solares. O sistema de gestão de rega consiste num protótipo de monitorização que permite o controlo dos atuadores (válvulas), de modo a ligar e desligar os canais de rega conectados a um reservatório de água, com base na informação monitorizada pelos nós sensores do solo. Assim, o sistema desenvolvido otimiza a quantidade de água aplicada ao cultivo, oferecendo as condições ideais para o correto desenvolvimento dos mesmos. Inicialmente realizou-se um estudo sobre os tipos de sensores utilizados no setor agricultura. Posteriormente verificou-se o funcionamento das RSSF, baseado no protocolo ZigBee, de modo a compreender o envio dos dados dos nós sensores para a estação base. A otimização do consumo energético das RSSF foi outro dos desafios tidos em consideração neste projeto, uma vez que, atualmente, a alimentação dos nós sensores em ambientes exteriores, na sua maioria, é realizada por baterias, o que limita o nível de longevidade do sistema. Desta forma, foi necessário desenvolver um sistema que possibilite a captação da energia gerada pelo meio envolvente (ex. energia hídrica, e solar), capaz de prolongar a longevidade dos nós sensores a nível energético. O sistema desenvolvido contém uma estação meteorológica alimentada por um painel solar fotovoltaico, dois nós sensores de monitorização dos parâmetros do solo, também alimentados por painéis solares fotovoltaicos, um nó atuador alimentado por um gerador hídrico e uma aplicação web para a visualização dos dados em tempo real. O protótipo referido foi instalado em ambiente exterior, com características semelhantes às de interesse, de modo a ter em consideração os efeitos do ambiente no sistema, nomeadamente, a proteção do equipamento em situações de ocorrência de intempéries.

Tecendo os fios de rede: juventude e produção de si em projetos sociais.

The study is about youthful subjectivities in quarters, of the West Zone of Natal-RN, marked for lacks and contingencies that constitute the everyday life of the social existence of its young inhabitants. For this purpose the researchers selected two youth groups: the Association of Youths Constructing Dreams (in the quarter of Felipe Camarão) and Lelo Melodia Crew (Quarter of Guarapes). Both are articulated through the strategy of coalition in regional and national nets. The hypothesis is that inside the groups and nets new youthful citizens arises. That would be a change in the representation of poor youth: from 1980 s street children - young whose social stigma associated poverty and crime to late 1990 s kids of project (pointing their trajectory in social projects) or, in present days, called as young peripherals - for the enrollment in cultural movements, as the hip hop movement - These new young citizens are contributing to new social imagery significations on poor youths. The methodology encloses: a) focal group; b) participant research analyzing the making arts (ways to think, social daily practices, actions engaged in a diversity plans) of youth groups; c) life stories of some of the youngs produced in workshops; d) not structuralized interviews. d) several documents of the groups; e) local and national surveys. Results emphasize a feeling of opening to a project of autonomy in relation to a social system that leaves them in a situation of social precariousness. Conclusion remarks that such practices of the youthful groups through the art, leisure, sport and culture unfold politics effect so that can point innovative forms of politics participation on the part of this specific segment of poor youths of Brasilian country, although conflicts and paradoxes crosses individual citizens, youth groups and youth nets.

Uso de técnicas de otimização baseadas em derivadas como suporte do planejamento operacional de redes de distribuição de energia elétrica

The usual programs for load flow calculation were in general developped aiming the simulation of electric energy transmission, subtransmission and distribution systems. However, the mathematical methods and algorithms used by the formulations were based, in majority, just on the characteristics of the transmittion systems, which were the main concern focus of engineers and researchers. Though, the physical characteristics of these systems are quite different from the distribution ones. In the transmission systems, the voltage levels are high and the lines are generally very long. These aspects contribute the capacitive and inductive effects that appear in the system to have a considerable influence in the values of the interest quantities, reason why they should be taken into consideration. Still in the transmission systems, the loads have a macro nature, as for example, cities, neiborhoods, or big industries. These loads are, generally, practically balanced, what reduces the necessity of utilization of three-phase methodology for the load flow calculation. Distribution systems, on the other hand, present different characteristics: the voltage levels are small in comparison to the transmission ones. This almost annul the capacitive effects of the lines. The loads are, in this case, transformers, in whose secondaries are connected small consumers, in a sort of times, mono-phase ones, so that the probability of finding an unbalanced circuit is high. This way, the utilization of three-phase methodologies assumes an important dimension. Besides, equipments like voltage regulators, that use simultaneously the concepts of phase and line voltage in their functioning, need a three-phase methodology, in order to allow the simulation of their real behavior. For the exposed reasons, initially was developped, in the scope of this work, a method for three-phase load flow calculation in order to simulate the steady-state behaviour of distribution systems. Aiming to achieve this goal, the Power Summation Algorithm was used, as a base for developing the three phase method. This algorithm was already widely tested and approved by researchers and engineers in the simulation of radial electric energy distribution systems, mainly for single-phase representation. By our formulation, lines are modeled in three-phase circuits, considering the magnetic coupling between the phases; but the earth effect is considered through the Carson reduction. It s important to point out that, in spite of the loads being normally connected to the transformer s secondaries, was considered the hypothesis of existence of star or delta loads connected to the primary circuit. To perform the simulation of voltage regulators, a new model was utilized, allowing the simulation of various types of configurations, according to their real functioning. Finally, was considered the possibility of representation of switches with current measuring in various points of the feeder. The loads are adjusted during the iteractive process, in order to match the current in each switch, converging to the measured value specified by the input data. In a second stage of the work, sensibility parameters were derived taking as base the described load flow, with the objective of suporting further optimization processes. This parameters are found by calculating of the partial derivatives of a variable in respect to another, in general, voltages, losses and reactive powers. After describing the calculation of the sensibility parameters, the Gradient Method was presented, using these parameters to optimize an objective function, that will be defined for each type of study. The first one refers to the reduction of technical losses in a medium voltage feeder, through the installation of capacitor banks; the second one refers to the problem of correction of voltage profile, through the instalation of capacitor banks or voltage regulators. In case of the losses reduction will be considered, as objective function, the sum of the losses in all the parts of the system. To the correction of the voltage profile, the objective function will be the sum of the square voltage deviations in each node, in respect to the rated voltage. In the end of the work, results of application of the described methods in some feeders are presented, aiming to give insight about their performance and acuity

Sistema de tração elétrica flexível baseado em veículos trólebus para alimentação com redes CC e ou CA

Este artigo apresenta os principais resultados e o detalhamento da metodologia e equações de controle de um retificador monofásico pré-regulador de 150kW para sistema trólebus. A estrutura proposta possibilita a Correção ativa do Fator de Potência (CFP) com baixos níveis de Distorção Harmônica Total (DHT) na corrente, em conformidade com a norma internacional IEC 61000-3-4. Fruto de um projeto de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação (P) junto à empresa AES Eletropaulo Metropolitana de São Paulo, em parceria com a empresa de transporte Himalaia S.A., o projeto possui como principais objetivos estimular o interesse para a expansão das linhas de trólebus a partir de uma plataforma de alimentação de menor custo de instalação e manutenção, sem a necessidade de subestações retificadoras, e, com vistas a promover a melhoria da qualidade de vida nos grandes centros urbanos. Nessa nova modalidade proposta para o sistema de alimentação, o trólebus pode ser alimentado tanto pelas redes convencionais em corrente contínua (CC) quanto pelas redes de distribuição em corrente alternada (CA), mantendo-se a disposição a dois fios dos sistemas CC, sendo as mudanças de rede de alimentação (CC ou CA) monitoradas e controladas digitalmente. Todo o sistema de gerenciamento e controle do conversor é realizado digitalmente por FPGA XC3S200. Na evolução do sistema proposto, os autores pretendem inclusive eliminar as linhas aéreas de alimentação, através da utilização de postos de alimentação em CA, especialmente desenvolvidos para os pontos de embarque/desembarque de passageiros para este veículo de transporte coletivo, eliminando-se os aspectos visuais negativos das redes de alimentação deste modal, e, reduzindo-se as falhas de operação do sistema.

Retificador entrelaçado com elevado fator de potência para operação de um veículo trólebus alimentado por redes em CA Ou CC

This paper presents the development and the main results for an interleaved boost rectifier operating as a special input power stage for a trolleybus type vehicle, allowing its feeding by alternate current (AC) or direct current (DC) distribution power systems. When feeding with two wires (single phase) alternate current distribution system, the converter accomplish active power factor correction, providing a relatively sinusoidal current with low total harmonic distortion (THD) and fully complying with IEC 61000-3-4 standards. In addition, a management control system promotes the required automatic operation changes for the proposed rectifier when the vehicle is changing from the DC distribution power system to the AC distribution power system and vice-versa, keeping its original electrical DC system characteristics for the adjustable speed driver sub-system. The main experimental results for a prototype rated at 150kW are presented, considering its application for a trolleybus with DC adjustable speed driver, demonstrating the proposed converter benefits and the possibility of AC feeding system for trolleybus type vehicle.

Nó sem fios ubíquo

Os avanços tecnológicos nos semicondutores, micro eletrotécnica de baixo consumo e comunicações sem os permitiram o nascimento de novas redes de sensores sem os. Estes avanços nas redes de sensores sem os permitiram também a abertura de novas oportunidades na área da saúde. Exemplos disso são dispositivos que cuidam do paciente enquanto este está no conforto da sua casa. O campo dos nós sensoriais sem os não é novo mas a grande parte dos equipamentos existentes no mercado utilizam microcontroladores de 8 e 16 bit, poucos utilizam os modernos e mais e cientes microcontroladores de 32 bit. Este documento tem por objetivo apresentar um equipamento inovador que através do uso dos modernos microcontroladores de 32 bit abrirá portas para novas aplicações deste tipo de equipamentos, permitindo que estes possam efetuar cálculos mais complexos embora mantendo a e ciência energética e em alguns casos melhorar os consumos quando comparado com os microcontroladores de 8 e 16 bit. Com este equipamento pretende-se que os nós sensoriais sem os não sejam um simples sistema que adquire e envia dados mas tornar estes equipamentos inteligentes e capazes de tomar decisões autonomamente.

Uso de redes neurais artificiais na identificação de vocalização de suínos

Animal welfare has been an important research topic in animal production mainly in its ways of assessment. Vocalization is found to be an interesting tool for evaluating welfare as it provides data in a non-invasive way as well as it allows easy automation of process. The present research had as objective the implementation of an algorithm based on artificial neural network that had the potential of identifying vocalization related to welfare pattern indicatives. The research was done in two parts, the first was the development of the algorithm, and the second its validation with data from the field. Previous records allowed the development of the algorithm from behaviors observed in sows housed in farrowing cages. Matlab® software was used for implementing the network. It was selected a retropropagation gradient algorithm for training the network with the following stop criteria: maximum of 5,000 interactions or error quadratic addition smaller than 0.1. Validation was done with sows and piglets housed in commercial farm. Among the usual behaviors the ones that deserved enhancement were: the feed dispute at farrowing and the eventual risk of involuntary aggression between the piglets or between those and the sow. The algorithm was able to identify through the noise intensity the inherent risk situation of piglets welfare reduction.