Aplicação de Internet of Things em casas inteligentes - Serviço Aplicacional

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

A Visual Programming Framework for Wireless Sensor Networks in Smart Home Applications

International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing (ISSNIP 2015). 7 to 9, Apr, 2015. Singapure, Singapore.

A Modular Programming Approach for IoTBased Wireless Sensor Networks

Poster presented in 12th European Conference on Wireless Sensor Network (EWSN 2015). 9 to 11, Feb, 2015. Porto, Portugal.

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.

mRPL: Boosting mobility in the Internet of Things

The 6loWPAN (the light version of IPv6) and RPL (routing protocol for low-power and lossy links) protocols have become de facto standards for the Internet of Things (IoT). In this paper, we show that the two native algorithms that handle changes in network topology – the Trickle and Neighbor Discovery algorithms – behave in a reactive fashion and thus are not prepared for the dynamics inherent to nodes mobility. Many emerging and upcoming IoT application scenarios are expected to impose real-time and reliable mobile data collection, which are not compatible with the long message latency, high packet loss and high overhead exhibited by the native RPL/6loWPAN protocols. To solve this problem, we integrate a proactive hand-off mechanism (dubbed smart-HOP) within RPL, which is very simple, effective and backward compatible with the standard protocol. We show that this add-on halves the packet loss and reduces the hand-off delay dramatically to one tenth of a second, upon nodes’ mobility, with a sub-percent overhead. The smart-HOP algorithm has been implemented and integrated in the Contiki 6LoWPAN/RPL stack (source-code available on-line mrpl: smart-hop within rpl, 2014) and validated through extensive simulation and experimentation.

Feature Extraction in Densely Sensed Environments: Extensions to Multiple Broadcast Domains

The vision of the Internet of Things (IoT) includes large and dense deployment of interconnected smart sensing and monitoring devices. This vast deployment necessitates collection and processing of large volume of measurement data. However, collecting all the measured data from individual devices on such a scale may be impractical and time consuming. Moreover, processing these measurements requires complex algorithms to extract useful information. Thus, it becomes imperative to devise distributed information processing mechanisms that identify application-specific features in a timely manner and with a low overhead. In this article, we present a feature extraction mechanism for dense networks that takes advantage of dominance-based medium access control (MAC) protocols to (i) efficiently obtain global extrema of the sensed quantities, (ii) extract local extrema, and (iii) detect the boundaries of events, by using simple transforms that nodes employ on their local data. We extend our results for a large dense network with multiple broadcast domains (MBD). We discuss and compare two approaches for addressing the challenges with MBD and we show through extensive evaluations that our proposed distributed MBD approach is fast and efficient at retrieving the most valuable measurements, independent of the number sensor nodes in the network.

Quality-of-service aware routing for static and mobile IPv6-based low-power and lossy sensor networks using RPL

The Internet of Things (IoT) has emerged as a paradigm over the last few years as a result of the tight integration of the computing and the physical world. The requirement of remote sensing makes low-power wireless sensor networks one of the key enabling technologies of IoT. These networks encompass several challenges, especially in communication and networking, due to their inherent constraints of low-power features, deployment in harsh and lossy environments, and limited computing and storage resources. The IPv6 Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks (RPL) [1] was proposed by the IETF ROLL (Routing Over Low-power Lossy links) working group and is currently adopted as an IETF standard in the RFC 6550 since March 2012. Although RPL greatly satisfied the requirements of low-power and lossy sensor networks, several issues remain open for improvement and specification, in particular with respect to Quality of Service (QoS) guarantees and support for mobility. In this paper, we focus mainly on the RPL routing protocol. We propose some enhancements to the standard specification in order to provide QoS guarantees for static as well as mobile LLNs. For this purpose, we propose OF-FL (Objective Function based on Fuzzy Logic), a new objective function that overcomes the limitations of the standardized objective functions that were designed for RPL by considering important link and node metrics, namely end-to-end delay, number of hops, ETX (Expected transmission count) and LQL (Link Quality Level). In addition, we present the design of Co-RPL, an extension to RPL based on the corona mechanism that supports mobility in order to overcome the problem of slow reactivity to frequent topology changes and thus providing a better quality of service mainly in dynamic networks application. Performance evaluation results show that both OF-FL and Co-RPL allow a great improvement when compared to the standard specification, mainly in terms of packet loss ratio and average network latency. 2015 Elsevier B.V. Al

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

Perspectives and approaches for the internet of things

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

Using an LED as a sensor and visible light communication device in a smart illumination system

The need for more efficient illumination systems has led to the proliferation of Solid-State Lighting (SSL) systems, which offer optimized power consumption. SSL systems are comprised of LED devices which are intrinsically fast devices and permit very fast light modulation. This, along with the congestion of the radio frequency spectrum has paved the path for the emergence of Visible Light Communication (VLC) systems. VLC uses free space to convey information by using light modulation. Notwithstanding, as VLC systems proliferate and cost competitiveness ensues, there are two important aspects to be considered. State-of-the-art VLC implementations use power demanding PAs, and thus it is important to investigate if regular, existent Switched-Mode Power Supply (SMPS) circuits can be adapted for VLC use. A 28 W buck regulator was implemented using a off-the-shelf LED Driver integrated circuit, using both series and parallel dimming techniques. Results show that optical clock frequencies up to 500 kHz are achievable without any major modification besides adequate component sizing. The use of an LED as a sensor was investigated, in a short-range, low-data-rate perspective. Results show successful communication in an LED-to-LED configuration, with enhanced range when using LED strings as sensors. Besides, LEDs present spectral selective sensitivity, which makes them good contenders for a multi-colour LED-to-LED system, such as in the use of RGB displays and lamps. Ultimately, the present work shows evidence that LEDs can be used as a dual-purpose device, enabling not only illumination, but also bi-directional data communication.

Sensores “em movimento"

A domótica e a Internet das Coisas (Internet of Things – IoT) são dois conceitos que estão a ter bastante impacto na sociedade e a mudar o seu quotidiano, pelo que o utilizador é mais exigente na utilização dos seus equipamentos, pretendendo, que sejam mais simples e eficazes. A IoT é também muito utilizada na vertente da qualidade de vida (verificação da qualidade do ar, temperatura etc.) pelo que é necessário a utilização de uma rede de sensores de forma que toda a informação recolhida seja disponibilizada ao utilizador. Os sensores estão ligados a nós da rede de forma a recolherem informação. Essa rede pode ser constituída por diferentes topologias, sendo que a mais usual é a rede em Malha, pois no caso de um dos nós deixar de funcionar, a mensagem é enviada através de outros nós até chegar ao nó principal. O passo seguinte consiste em enviar toda essa informação para a Cloud, sendo que, nas soluções existentes, é necessário que o utilizador tenha um ponto fixo (gateway) com acesso à internet. Quando não é possível internet por cabo, a solução é a utilização de redes sem fios ou a utilização de, por exemplo, um cartão 3G/4G que implica o pagamento de taxas às operadoras móveis. Estas soluções implicam, na sua grande maioria uma instalação elétrica para alimentação dos nós dos sensores. O grande problema surge quando o utilizador não possui nenhum acesso à Internet (no local onde são instalados os sensores), ou no caso de não existência de nenhuma instalação elétrica para alimentação dos nós dos sensores. A solução proposta nesta dissertação consiste na utilização de um telemóvel, de um utilizador aleatório, como gateway. Assim, um utilizador comum pode ligar os seus sensores onde for necessário. Esses sensores são configurados Over-The-Air através de uma camada de aplicação do dispositivo de comunicação, como por exemplo, o Synapse. Após configuração, os sensores estão prontos a recolher toda a informação e enviá-la através da rede até ao nó principal. O nó principal é constituído pelo dispositivo de comunicação referido anteriormente, ligado a um microcontrolador (Arduino, por exemplo) que tem agregado um leitor de cartões SD e um dispositivo Bluetooth (BLE). Toda a informação recolhida pelos sensores é guardada no cartão SD até que um utilizador, com um telemóvel (Smartphone Android com a aplicação desenvolvida instalada) com o Bluetooth ligado, se aproxime do nó principal. Assim que a ligação é aceite e estabelecida, a aplicação envia a data mais recente de um sensor específico presente na sua base de dados na Cloud para o Arduino, permitindo que este apague os dados mais antigos presentes no cartão e envie, como resposta para o telemóvel, a informação mais antiga recolhida pelo sensor, atualizando assim a informação. A aplicação deste conceito pode ser útil quando não existe nenhuma ligação à internet ou quando um utilizador, por exemplo uma entidade responsável pelo meio ambiente e que seja necessário inserir sensores numa floresta, para prevenção de fogos. Assim os nós vão enviar toda a informação recolhida através da sua rede. Posteriormente, cabe ao utilizador escolher um sítio estratégico, onde saiba que irão passar indivíduos com alguma frequência, de modo a que estes recebam essa informação para o seu telemóvel.

Semantic architecture for sensors

Based on the report for the unit “Sociology of New Information Technologies” of the Master on Computer Sciences at FCT/University Nova Lisbon in 2015-16. The responsible of this curricular unit is Prof. António Moniz

Modelos de negócios para a internet das coisas baseados em big data : Muzzley, um estudo de caso

A Internet das Coisas tal como o Big Data e a análise dos dados são dos temas mais discutidos ao querermos observar ou prever as tendências do mercado para as próximas décadas, como o volume económico, financeiro e social, pelo que será relevante perceber a importância destes temas na atualidade. Nesta dissertação será descrita a origem da Internet das Coisas, a sua definição (por vezes confundida com o termo Machine to Machine, redes interligadas de máquinas controladas e monitorizadas remotamente e que possibilitam a troca de dados (Bahga e Madisetti 2014)), o seu ecossistema que envolve a tecnologia, software, dispositivos, aplicações, a infra-estrutura envolvente, e ainda os aspetos relacionados com a segurança, privacidade e modelos de negócios da Internet das Coisas. Pretende-se igualmente explicar cada um dos “Vs” associados ao Big Data: Velocidade, Volume, Variedade e Veracidade, a importância da Business Inteligence e do Data Mining, destacando-se algumas técnicas utilizadas de modo a transformar o volume dos dados em conhecimento para as empresas. Um dos objetivos deste trabalho é a análise das áreas de IoT, modelos de negócio e as implicações do Big Data e da análise de dados como elementos chave para a dinamização do negócio de uma empresa nesta área. O mercado da Internet of Things tem vindo a ganhar dimensão, fruto da Internet e da tecnologia. Devido à importância destes dois recursos e á falta de estudos em Portugal neste campo, com esta dissertação, sustentada na metodologia do “Estudo do Caso”, pretende-se dar a conhecer a experiência portuguesa no mercado da Internet das Coisas. Visa-se assim perceber quais os mecanismos utilizados para trabalhar os dados, a metodologia, sua importância, que consequências trazem para o modelo de negócio e quais as decisões tomadas com base nesses mesmos dados. Este estudo tem ainda como objetivo incentivar empresas portuguesas que estejam neste mercado ou que nele pretendam aceder, a adoptarem estratégias, mecanismos e ferramentas concretas no que diz respeito ao Big Data e análise dos dados.

From a NoSQL data source to a business intelligence solution: An experiment

We are living in the era of Big Data. A time which is characterized by the continuous creation of vast amounts of data, originated from different sources, and with different formats. First, with the rise of the social networks and, more recently, with the advent of the Internet of Things (IoT), in which everyone and (eventually) everything is linked to the Internet, data with enormous potential for organizations is being continuously generated. In order to be more competitive, organizations want to access and explore all the richness that is present in those data. Indeed, Big Data is only as valuable as the insights organizations gather from it to make better decisions, which is the main goal of Business Intelligence. In this paper we describe an experiment in which data obtained from a NoSQL data source (database technology explicitly developed to deal with the specificities of Big Data) is used to feed a Business Intelligence solution.

Child abuse monitor system model: a health care critical knowledge monitor system

The Childhood protection is a subject with high value for the society, but, the Child Abuse cases are difficult to identify. The process from suspicious to accusation is very difficult to achieve. It must configure very strong evidences. Typically, Health Care services deal with these cases from the beginning where there are evidences based on the diagnosis, but they aren’t enough to promote the accusation. Besides that, this subject it’s highly sensitive because there are legal aspects to deal with such as: the patient privacy, paternity issues, medical confidentiality, among others. We propose a Child Abuses critical knowledge monitor system model that addresses this problem. This decision support system is implemented with a multiple scientific domains: to capture of tokens from clinical documents from multiple sources; a topic model approach to identify the topics of the documents; knowledge management through the use of ontologies to support the critical knowledge sensibility concepts and relations such as: symptoms, behaviors, among other evidences in order to match with the topics inferred from the clinical documents and then alert and log when clinical evidences are present. Based on these alerts clinical personnel could analyze the situation and take the appropriate procedures.