Enabling actor model for crowd sensing and IoT

The cloud is playing a very important role in wireless sensor network, crowd sensing and IoT data collection and processing. However, current cloud solutions lack of some features that hamper the innovation a number of other new services. We propose a cloud solution that provides these missing features as multi-cloud and device multi-tenancy relying in a whole different fully distributed paradigm, the actor model.

Investigating The Sources Of Fresh Water Affecting The Hydrological Balance Of Lakes Enriquillo And Azuei (Hispaniola) – Data Analysis

The Enriquillo and Azuei are saltwater lakes located in a closed water basin in the southwestern region of the island of La Hispaniola, these have been experiencing dramatic changes in total lake-surface area coverage during the period 1980-2012. The size of Lake Enriquillo presented a surface area of approximately 276 km2 in 1984, gradually decreasing to 172 km2 in 1996. The surface area of the lake reached its lowest point in the satellite observation record in 2004, at 165 km2. Then the recent growth of the lake began reaching its 1984 size by 2006. Based on surface area measurement for June and July 2013, Lake Enriquillo has a surface area of ~358 km2. Sumatra sizes at both ends of the record are 116 km2 in 1984 and 134 km2in 2013, an overall 15.8% increase in 30 years. Determining the causes of lake surface area changes is of extreme importance due to its environmental, social, and economic impacts. The overall goal of this study is to quantify the changing water balance in these lakes and their catchment area using satellite and ground observations and a regional atmospheric-hydrologic modeling approach. Data analyses of environmental variables in the region reflect a hydrological unbalance of the lakes due to changing regional hydro-climatic conditions. Historical data show precipitation, land surface temperature and humidity, and sea surface temperature (SST), increasing over region during the past decades. Salinity levels have also been decreasing by more than 30% from previously reported baseline levels. Here we present a summary of the historical data obtained, new sensors deployed in the sourrounding sierras and the lakes, and the integrated modeling exercises. As well as the challenges of gathering, storing, sharing, and analyzing this large volumen of data in a remote location from such a diverse number of sources.

Optimized Water Demand Management Through Intelligent Sensing And Analytics: The WISDOM Approach

New business and technology platforms are required to sustainably manage urban water resources [1,2]. However, any proposed solutions must be cognisant of security, privacy and other factors that may inhibit adoption and hence impact. The FP7 WISDOM project (funded by the European Commission - GA 619795) aims to achieve a step change in water and energy savings via the integration of innovative Information and Communication Technologies (ICT) frameworks to optimize water distribution networks and to enable change in consumer behavior through innovative demand management and adaptive pricing schemes [1,2,3]. The WISDOM concept centres on the integration of water distribution, sensor monitoring and communication systems coupled with semantic modelling (using ontologies, potentially connected to BIM, to serve as intelligent linkages throughout the entire framework) and control capabilities to provide for near real-time management of urban water resources. Fundamental to this framework are the needs and operational requirements of users and stakeholders at domestic, corporate and city levels and this requires the interoperability of a number of demand and operational models, fed with data from diverse sources such as sensor networks and crowsourced information. This has implications regarding the provenance and trustworthiness of such data and how it can be used in not only the understanding of system and user behaviours, but more importantly in the real-time control of such systems. Adaptive and intelligent analytics will be used to produce decision support systems that will drive the ability to increase the variability of both supply and consumption [3]. This in turn paves the way for adaptive pricing incentives and a greater understanding of the water-energy nexus. This integration is complex and uncertain yet being typical of a cyber-physical system, and its relevance transcends the water resource management domain. The WISDOM framework will be modeled and simulated with initial testing at an experimental facility in France (AQUASIM – a full-scale test-bed facility to study sustainable water management), then deployed and evaluated in in two pilots in Cardiff (UK) and La Spezia (Italy). These demonstrators will evaluate the integrated concept providing insight for wider adoption.

Análise de desempenho de sistemas de comunicação sem-fio para monitoramento de unidade de produção de poços petrolíferos terrestres

The greater part of monitoring onshore Oil and Gas environment currently are based on wireless solutions. However, these solutions have a technological configuration that are out-of-date, mainly because analog radios and inefficient communication topologies are used. On the other hand, solutions based in digital radios can provide more efficient solutions related to energy consumption, security and fault tolerance. Thus, this paper evaluated if the Wireless Sensor Network, communication technology based on digital radios, are adequate to monitoring Oil and Gas onshore wells. Percent of packets transmitted with successful, energy consumption, communication delay and routing techniques applied to a mesh topology will be used as metrics to validate the proposal in the different routing techniques through network simulation tool NS-2

Uma metodologia para modelagem e avaliação da dependabilidade de redes industriais sem fio

Ensuring the dependability requirements is essential for the industrial applications since faults may cause failures whose consequences result in economic losses, environmental damage or hurting people. Therefore, faced from the relevance of topic, this thesis proposes a methodology for the dependability evaluation of industrial wireless networks (WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA) on early design phase. However, the proposal can be easily adapted to maintenance and expansion stages of network. The proposal uses graph theory and fault tree formalism to create automatically an analytical model from a given wireless industrial network topology, where the dependability can be evaluated. The evaluation metrics supported are the reliability, availability, MTTF (mean time to failure), importance measures of devices, redundancy aspects and common cause failures. It must be emphasized that the proposal is independent of any tool to evaluate quantitatively the target metrics. However, due to validation issues it was used a tool widely accepted on academy for this purpose (SHARPE). In addition, an algorithm to generate the minimal cut sets, originally applied on graph theory, was adapted to fault tree formalism to guarantee the scalability of methodology in wireless industrial network environments (< 100 devices). Finally, the proposed methodology was validate from typical scenarios found in industrial environments, as star, line, cluster and mesh topologies. It was also evaluated scenarios with common cause failures and best practices to guide the design of an industrial wireless network. For guarantee scalability requirements, it was analyzed the performance of methodology in different scenarios where the results shown the applicability of proposal for networks typically found in industrial environments

Controle fuzzy espacialmente diferenciado para um sistema de irrigação

Traditional irrigation projects do not locally determine the water availability in the soil. Then, irregular irrigation cycles may occur: some with insufficient amount that leads to water deficit, other with excessive watering that causes lack of oxygen in plants. Due to the nonlinear nature of this problem and the multivariable context of irrigation processes, fuzzy logic is suggested to replace commercial ON-OFF irrigation system with predefined timing. Other limitation of commercial solutions is that irrigation processes either consider the different watering needs throughout plant growth cycles or the climate changes. In order to fulfill location based agricultural needs, it is indicated to monitor environmental data using wireless sensors connected to an intelligent control system. This is more evident in applications as precision agriculture. This work presents the theoretical and experimental development of a fuzzy system to implement a spatially differentiated control of an irrigation system, based on soil moisture measurement with wireless sensor nodes. The control system architecture is modular: a fuzzy supervisor determines the soil moisture set point of each sensor node area (according to the soil-plant set) and another fuzzy system, embedded in the sensor node, does the local control and actuates in the irrigation system. The fuzzy control system was simulated with SIMULINK® programming tool and was experimentally built embedded in mobile device SunSPOTTM operating in ZigBee. Controller models were designed and evaluated in different combinations of input variables and inference rules base

AIGA: um ambiente integrado de gerência para redes em malha sem fio IEEE 802.11s

A Wireless Mesh Network (WMN - Wireless Mesh Network) IEEE 802.11s standard to become operational it is necessary to configure the parameters that meet the demands of its users, as regards, for example, the frequency channels, the power antennas, IPs addresses, meshID, topology, among others. This configuration can be done via a CLI (Command - Line Interface) or a remote interface provided by the equipment manufacturer, both are not standardized and homogeneous, like black boxes for the developers, a factor that hinders its operation and standardization. The WMN, as a new standard, is still in the testing phase, and tests are necessary to evaluate the performance of Path Discovery Protocol, as in this case of HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol), which still has many shortcomings. The configuration and test creation in a WMN are not trivial and require a large workload. For these reasons this work presents the AIGA, a Management Integrated Environment for WMN IEEE 802.11s, which aims to manage and perform testbeds for analyzes of new Path Discovery Protocols in a WMN

Development of an instrumentation system embedded on FPGA for real time measurement of mechanical vibrations in rotating machinery

The real-time monitoring of events in an industrial plant is vital, to monitor the actual conditions of operation of the machinery responsible for the manufacturing process. A predictive maintenance program includes condition monitoring of the rotating machinery, to anticipate possible conditions of failure. To increase the operational reliability it is thus necessary an efficient tool to analyze and monitor the equipments, in real-time, and enabling the detection of e.g. incipient faults in bearings. To fulfill these requirements some innovations have become frequent, namely the inclusion of vibration sensors or stator current sensors. These innovations enable the development of new design methodologies that take into account the ease of future modifications, upgrades, and replacement of the monitored machine, as well as expansion of the monitoring system. This paper presents the development, implementation and testing of an instrument for vibration monitoring, as a possible solution to embed in industrial environment. The digital control system is based on an FPGA, and its configuration with an open hardware design tool is described. Special focus is given to the area of fault detection in rolling bearings. © 2012 IEEE.

Análise e desempenho de redes de acesso sem fio

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Middleware de comunicação entre objetos distribuídos para gerenciamento de computadores baseado em redes sem fio (WSE-OS)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Planejamento de redes de comunicação sem fio para ambiente indoor considerando os efeitos da polarização das antenas: abordagem baseada em medições

Uma das principais aplicações de ondas eletromagnéticas, na atualidade, na área de telecomunicações trata dos enlaces em sistemas móveis sem fio. Sejam estes terrestres (indoor/outdoor) ou via satélites, o projetista do sistema de telecomunicações tem que ser capaz de determinar os sistemas irradiantes, as potências envolvidas, a frequência de operação do sistema, a área de cobertura e os parâmetros de qualidade do serviço. O planejamento das novas redes de comunicações sem fio representa um grande desafio ao incluir serviços cada vez mais avançados com diferentes requisitos de qualidade, suporte a mobilidade, altas taxas de transmissão e capacidades elevadas de tráfego. Os diversos ambientes nos quais essas redes operam, os fenômenos associados produzem diversos efeitos no comportamento do sinal recebido e, consequentemente, uma variação no desempenho do enlace de comunicação entre os pontos de acesso, a rede e os usuários. Por conseguinte, esses efeitos devem ser avaliados corretamente, de tal forma que o dimensionamento da rede atenda aos requisitos de qualidade regulamentados. O presente trabalho objetiva estabelecer uma metodologia para o planejamento de redes de comunicação sem fio para ambientes indoor, considerando os parâmetros de qualidade de serviços e os efeitos da polarização das antenas. Foi proposto um modelo empírico para determinar a área de cobertura desse ambiente a partir de uma abordagem baseada em medições. Como resultado de campanhas de medições, foram identificados os principais parâmetros que interferem nas perdas no enlace de propagação, destacando-se os materiais envolvidos no ambiente bem como os efeitos da polarização das antenas transmissora, entre outros. Tais efeitos, avaliados corretamente, permitirão ao projetista da rede, de uma forma crítica e com base em dados obtidos em campo, definir a melhor configuração de parâmetros e critérios de projeto para a implantação de uma rede móvel de acesso sem fio. As medições para determinação dos parâmetros de cobertura e de qualidade de serviços foram realizadas no prédio do Laboratório de Engenharia Elétrica e de Computação e no prédio de aulas do Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do Pará. Nas campanhas de medição foram utilizadas algumas frequências, escolhidas devido à importância dos serviços disponibilizados: 2,4 GHz - redes locais sem fio (WLAN’s); 3,5 GHz - Wimax licenciado; 5,85 GHz - Wimax livre e 10 GHz (a faixa de 9,8 a 10 GHz não está ainda regulamentada, de 10 - 10,15 GHz-radioamador (Resolução Anatel, Nº 452/2006 - D.O.U. de 20.12.2006) ou serviços de comunicações multimídias (SCM) para sistemas em banda larga). Os principais resultados obtidos com o modelo proposto foram avaliados e comparados com os principais modelos da literatura e mostraram que a metodologia adotada para o planejamento de redes de comunicação sem fio em ambientes indoor teve um bom desempenho.

Aspectos de avaliação de desempenho em redes ponto a ponto e ponto multiponto baseados em modelagem Markoviana e medições

Esta tese apresenta uma metodologia para avaliação de desempenho de redes de acesso banda larga. A avaliação de desempenho de redes é uma forma de identificar e analisar como determinadas características tais como diferentes tipos de tráfego ou formas de utilização, por exemplo, podem influenciar no comportamento da rede em foco, podendo assim prever como tal rede se comportará frente a situações futuras. A metodologia apresentada é composta de duas abordagens: uma abordagem baseada em medições e outra baseada em modelagem via processos Markovianos. As redes analisadas englobam os dois tipos básicos de arquitetura de acesso: redes ADSL2+ (linha digital do assinante assimétrica 2+ – Asymmetric Digital Subscriber Line 2+), as quais são redes cabeadas que utilizam cabos metálicos de pares trançados; redes FBWN (rede sem fio banda larga fixa – Fixed Broadband Wireless Network), as quais são redes sem fio (wireless) baseadas no padrão IEEE 802.16. A abordagem de medições é focada na forma como a rede analisada se comporta frente a três situações: transmissão de um tráfego genérico; impacto de ruídos não-estacionários no sistema; e uso da rede como meio de transmissão de tráfego multimídia em tempo real. A abordagem de modelagem, por sua vez, ´e baseada em prever o comportamento das redes analisadas utilizando uma formulação matemática fundamentada em processos Markovianos. Os resultados apresentados indicam a viabilidade de aplicação desta metodologia como forma de avaliação de desempenho. Os resultados ainda tornam possível a extensão desta metodologia a outros tipos de redes de acesso banda larga, tais como: redes de fibras ópticas, redes de enlaces de microondas, redes VDSL/VDSL2 (linha digital do assinante de alta taxa de dados – Very-high-data-rate DSL), etc.

Controle de qualidade para 3D-vídeo streaming em redes em malha sem fio

Redes em Malha sem Fio ( do inglês Wireless Mesh Networks - WMNs) são previstas serem uma das mais importantes tecnologias sem fio no que se refere ao fornecimento do acesso de última milha em redes multimídia futuras. Elas vão permitir que milhares de usuários fixos e móveis acessem, produzam e compartilhem conteúdo multimídia de forma onipresente. Neste contexto, vídeo 3D está previsto atrair mais e mais o mercado multimídia com a perspectiva de reforçar as aplicações (vídeos de vigilância, controle demissões críticas, entretenimento, etc). No entanto, o desafio de lidar com a largura de banda optante, escassez de recursos e taxas de erros variantes com o tempo destas redes, ilustra a necessidade da transmissão de vídeos 3D mais resistentes a erros. Dessa forma, alternativas como abordagens de Correção Antecipada de Erros (FEC) se tornam necessárias para fornecer a distribuição de aplicações de vídeo para usuários sem fio com garantia de melhor qualidade de serviço (QoS) e Qualidade de Experiência (QoE). Esta dissertação apresenta um mecanismo baseado em FEC com Proteção Desigual de Erros (UEP) para melhorar a transmissão de vídeo 3D em WMNs, aumentando a satisfação do usuário e permitindo uma melhoria do uso dos recursos sem fio. Os benefícios e impactos do mecanismo proposto serão demonstrados usando simulação e a avaliação será realizada através de métricas de QoE objetivas e subjetivas.

Proposta de gerenciamento de dados para monitoramento de saúde estrutural utilizando redes de sensores ópticos FBG

Devido às suas características únicas, redes de sensores ópticos têm encontrado aplicação em muitos campos, como em Engenharia Civil, Engenharia Geotécnica, Aeronáutica, Energia e Indústrias de Petróleo & Gás. Soluções de monitoramento baseadas nessa tecnologia têm se mostrado particularmente rentáveis e podem ser aplicadas às estruturas de grande porte, onde centenas de sensores devem ser implantados para medições a longo prazo de diferentes parâmetros mecânicos e físicos. Sensores baseados em Grades de Bragg em fibra (FBGs) são a solução mais comumente utilizada no Monitoramento de Saúde Estrutural (SHM) e as medições são realizadas por instrumentos especiais conhecidos como interrogadores ópticos. Taxas de aquisição cada vez mais elevadas têm sido possíveis utilizando interrogadores ópticos mais recentes, o que dá origem a um grande volume de dados cuja manipulação, armazenamento, gerenciamento e visualização podem demandar aplicações de software especiais. Este trabalho apresenta duas aplicações de software de tempo real desenvolvidas para esses fins: Interrogator Abstraction (InterAB) e Web-based System (WbS). As inovações neste trabalho incluem a integração, sincronização, independência, segurança, processamento e visualização em tempo real, e persistência de dados ou armazenamento proporcionados pelo trabalho conjunto das aplicações desenvolvidas. Os resultados obtidos durante testes em laboratório e ambiente real demonstraram a eficiência, robustez e flexibilidade desses softwares para diferentes tipos de sensores e interrogadores ópticos, garantindo atomicidade, consistência, isolamento e durabilidade dos dados persistidos pelo InterAB e apresentados pelo WbS.

WiMAX interoperabilidade mundial para acesso de microondas

This paper presents a technique dubbed WiMAX radio link, the IEEE 802.16 was completed in October 2001 and published on April 8, 2002 and is constantly updated, this technology specifies an interface for wireless metropolitan networks (WMAN) and is under control of the WiMAX Forum, which is a group of companies responsible for the dissipation of this technology in the world, the great benefit of this standard is to offer broadband Internet connection in areas where there is no infrastructure such as fiber optics that has a cost higher. The main purpose of this paper is to present the theoretical and technical characteristics of this technology for both the standard for fixed and mobile standard, regulation of frequency bands by the FCC and description of the physical layer, through to basic concepts are used in many other types of radio link and technologies have been adapted and updated for this little-known standard, allowing a greater range and speed, which are specified and differentiate these advancements is one of the contributions of the work done here. After the theoretical conceptualization stage, a real case study has been inserted in this work to demonstrate the effectiveness of this technology deployed. The idea of presenting this case study is linked to a better view of the use of standard in the market, nationwide