TEI: Introdução às Redes de Sensores sem Fio e Internet das Coisas

  Código da disciplina: PINF 6038

  Carga horária semestral: 60 horas (4 créditos)

  Horário: quintas, de 08:00 às 12:00h

  Local: sala de aulas do PPGI

  Comunicados do professor:

• 18/03 - Disponível o resumo da camada física
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• Ler material sobre TinyOS e nesC.
• Leitura complementar: The Computer for the Twenty-First Century
• Está disponível para download o material didático usado pelo Raphael Broetto.
• Veja material básico de pesquisa sobre os temas abordados nos seminários.
• Ler material básico sobre IoT (minicurso SBRC 2015).
  

Informações Gerais


Apresentação:

O avanço das tecnologias de microeletrônica, comunicação sem fio e eletrônica digital viabilizou a construção de dispositivos sensores miniaturizados de baixo consumo, dotados de capacidade básicas de sensoreamento, processamento, armazenamento e comunicação sem fio. Esses dispositivos podem ser interligados em rede, segundo um arranjo topológico qualquer, formando uma  infraestrutura de coleta e disseminação de dados denominada de Rede de Sensores sem Fio (RSSF). As RSSF prometem revolucionar a atividade de sensoriamento em vista do seu relativo baixo custo, tamanho, flexibilidade e facilidade de implantação. Por sua vez, a Internet das Coisas representa uma nova revolução tecnológica, que busca promover a interação entre pessoas e objetos do cotiadiano tendo por base a tecnologia IP. A  IoT representa um novo conceito de Internet, que caracteriza a visão de uma rede global formada por objetos inteligentes (smart objects) interconectados e endereçáveis, a partir do uso e adaptação de protocolos e padrões de comunicação bem definidos e conhecidos da Internet atual. Nesse novo cenário de Internet do Futuro, objetos do mundo concreto – ou seja, coisas (things) do dia-a-dia, do mundo real – são embarcados com capacidades de computação, sensoriamento e comunicação sem fio e integrados à Internet, sendo vistos pelas aplicações como entidades autônomas, com comportamento pró-ativo e conhecimento sobre o contexto circundante, além de capacidade de colaboração para alcançar uma meta comum.

Este curso introduz as áreas de pesquisa de RSSF e IoT, enfatizando aspectos de tecnologia, linguagens, arquitetura de protocolos e cenários de aplicação.

Metodologia:

Aulas teóricas, seminários, trabalhos e atividades de laboratório.

Critérios de Avaliação:

• Seminários e trabalhos - 40%
  
• Elaboração de artigo científico - 60%

Ementa e Bibliografia:

• Livros
• Fundamentals of Wireless Sensor Networks: Theory and Practice.  Waltenegus Dargie, Christian Poellabauer, Wiley Series on Wireless Communications and Mobile Computing, John Wiley & Sons, 2010.
• Wireless sensor networks. Ian F. Akyildiz, Mehmet Can Vuran, John Wiley & Sons, ISBN 978-0-470-03601-3, 2010.
  
• Wireless Sensor Networks: Technology, Protocols, and Applications. K. Sohraby, D. Minoli, T. Znadi. John Wiley & Sons, 2007.
• Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks. Holger Karl, Andreas Willig. John Wiley & Sons, 2005.
• Handbook of sensor networks: compact wireless and wired sensing systems, Mohammad Ilyas and Imad Mahgoub (Eds), CRC Press, ISBN 0-8493-1968-4, 2005.
• TinyOS Programming. Philip Levis and David Gay. 2009.
  
• Periódicos
• ACM Transactions on Sensor Networks, ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review, ACM Transactions on Embedded Computing Systems
• IEEE Pervasive Computing, IEEE Transactions on Mobile Computing, IEEE Wireless Communication, IEEE Sensors Journal, IEEE Transactions on Wireless Communications,
  
• IEEE/ACM Transactions on Networking, Computer Networks, Computer Communications, Communications of the ACM, Wiley InterScience Journal of Wireless Communications & Mobile Computing (WCMC),
  
• Conferências científicas:
  
• SenSys  - The ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems (http://sens (ys.acm.org)
• IPSN -  ACM/IEEE International Conference on Information Processing in Sensor Networks (http://ipsn.acm.org/)
• Pervasive - http://pervasiveconference.org
• UbiComp - ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing (http://www.ubicomp.org)

1. I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci. Wireless sensor networks: a survey. Computer Networks, 38:393–422, March 2002.
2. Chee-Yee Chong, Srikanta P. Kumar. Sensor Networks - Evolution Opportunities and Challenges. Proceedings of The IEEE, vol. 91, no. 8, August 2003.
3. S. Tilak, N.B. Abu-Ghazaleh e W. Heinzelman. A taxonomy of wireless micro-sensor network models. Mobile Computing and Communications Review, Volume 6, Number 2, April 2002.
4. D. Culler, D. Estrin, and M. Srivastava. Overview of Sensor Networks. IEEE Computer, 37(8), August 2004.
5. Ian F. Akyildiz, Weilian Su, Yogesh Sankarasubramaniam, and Erdal Cayirci. A Survey on Sensor Networks. IEEE Communications Magazine, August 2002, p. 102-114.
6. Loureiro, A. A. F., Nogueira, J. M. S., Ruiz, L. B., Mini, R. A., Nakamura, E. F., Figueiredo, C. M. S. Redes de Sensores sem Fio. XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores (SBRC'03), p. 179-226, Natal, RN, Brasil. 2003.
7. Ruiz, Linnyer B.; Correia, Luiz H.; Vieira, Luiz F.; e outros. Arquitetura de redes de sensores sem fio.  Minicursos do XXII Simpósio  Brasileiro de Redes de Computadores (SBRC'04), Cap. 4, p. 167–218. Gramado, RS, Brasil. ISBN 85-88442-81-7, 2004.
8. Marluce R. Pereira, Cláudio L. de Amorim e Maria Clicia Stelling de Castro. Tutorial sobre Redes de Sensores. Cadernos do IME - Série Informática - vol.14, Junho 2003.
9. Mark A. Perillo and Wendi B. Heinzelman. Wireless Sensor Network Protocols, Department of Electrical and Computer Engineering, University of Rochester, Rochester, NY, USA.
10. Jennifer Yick, Biswanath Mukherjee, Dipak Ghosal, Wireless sensor network survey,  Computer Networks 52 (2008) 2292–2330, April 2008.
11. Elhadi Shakshuki, Xinyu Xing, Haroon Malik, An Introduction to Wireless Multimedia Sensor Networks, IGI Global, 2009.

1. www.memsic.com
   
2. Wireless Modules Lotus-IRIS-TelosB- MicaZ (http://www.memsic.com/products/wireless-sensor-networks/wireless-modules.html)
3. MTS/MDA Sensor Board Users Manual - Document Part Number: 7430-0020-05 Rev B, 2010
   

1. Jose A. Gutierrez et al. IEEE 802.15.4: A Developing Standard for Low-Power Low-Cost Wireless Personal Area Networks, IEEE Network, September-October 2001.
2. Ed Callaway et al. Home Networking with IEEE 802.15.4: A Developing Standard for Low-Rate Wireless Personal Area Networks, IEEE Communications Magazine, August 2002.
3. IEEE Standard for Information technology — Telecommunications and information exchange between systems — Local and metropolitan area networks — Specific requirements, Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs), IEEE 2006.
4. IEEE P802.15 Working Group for Wireless Personal Area Networks (WPANs). IEEE 802.15.4 Tutorial,  January, 2003.
5. Resumo (Zegonc): Camada Física
   
6. Resumo (Zegonc): Sub-camada MAC - a estrutura do superframe
7. Resumo (Zegonc): Sub-camada MAC - o mecanismo de acesso ao meio
8. Resumo (Zegonc): Sub-camada MAC - o formato do frame (1)
9. Resumo (Zegonc): Sub-camada MAC - o formato do frame (2)
10. Resumo (Zegonc): Sub-camada MAC - o formato do frame (3)
11. Resumo (Zegonc): Primitivas de serviço
    

TinyOS e nesC

1. TinyOS Programming
2. Relatório técnico - TinyOS
3. The nesC Language: a holistic approach to networked embedded systems
4. Aplicação BlinkAppC (http://usn.konkuk.ac.kr/~jskim)
5. Guia de instalação do TinyOS (http://www.cse.wustl.edu/~lu/cse467s/slides/tinyos-installation.pdf)
   

Protocolos da camada MAC

1. Luiz, H. A. Correia, Daniel F. Macedo, Aldri L. dos Santos, José M. S. Nogueira, Antônio A. F. Loureiro, "Uma Taxonomia para Protocolos de Controle de Acesso ao Meio em Redes de Sensores sem Fio", Relatório Técnico RT.DCC.005/2005. Departamento de Ciência da Computação, Universidade Federal de Minas Gerais, 2005.
2. Demirkol, I.; Ersoy, C.; Alagoz, F. "MAC protocols for wireless sensor networks: a survey", IEEE Communications Magazine, vol. 44, Issue 4, April 2006, p. 115 - 121.
3. Koen Langendoen; Andreas Meier. "Analyzing MAC Protocols for Low Data-Rate Applications" ACM Transactions on Sensor Networks (TOSN), Volume 7 Issue 1, August 2010.
4. Wei Ye and John Heidemann. "Medium Access Control in Wireless Sensor Networks", Computer Networks: The International Journal of Computer and Telecommunications Networking, Volume 51 Issue 4, March, 2007, pages 961-994 (also available at USC/ISI Technical Report ISI-TR-580, October 2003).
5. Pawel Piotr Czapski. "A Survey: MAC Protocols For Applications Of Wireless Sensor Networks", 2006 IEEE Region 10 Conference (TENCON 2006), Hong Kong, China, 14-17 November 2006.

Protocolos de Roteamento

1. Kemal Akkaya; Mohamed Younis, "A Survey on Routing Protocolos for Wireless Sensor Networks", Ad Hoc Networks, v.3, n.3, p.325-349, 2005.
2. Jamal Al-Karaki; Ahmed E. Kamal, "Routing Techniques in Wireless Sensor Networks: a Survey", IEEE Wireless Communications, v.11, n.6, p.6-28, 2004.
3. Shio Kumar Singh et al., "Routing Protocols in Wireless Sensor Networks – a Survey", International Journal of Computer Science  Engineering Survey, v.1, n.12, November 2010.
   
4. Olfa Gaddour; Anis Koubâa, "RPL in a Nutshell: a Survey", Computer Networks, v.56,n.14,p.3163-3178, 2012.
   
5. RFC 6550, "RPL IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks", March 2012.
   

Semantic Sensor Web

1. Amit Sheth, Cory Henson, and Satya Sahoo, "Semantic Sensor Web", IEEE Internet Computing, July/August 2008, p.78-83.
2. Payam Barnaghi at al., "Sense and sensability- Semantic Data Modelling for Sensor Networks", ICT Mobile Summit Conference Proceedings, 2009.
3. Payam Barnaghi at al., "Semantics for the Internet of Things -  Early Progress and Back to the Future", International Journal on Semantic Web & Information Systems, Volume 8, Issue 1, January 2012.
   
4. Wang Wei and Payam Barnaghi, "Semantic Annotation and Reasoning for Sensor Data", Payam Barnaghi et al. (Eds.): EuroSSC 2009, LNCS 5741, pp. 66-76, 2009.
5. Michael Compton et al., "The SSN ontology of the W3C Semantic Sensor Network Incubator Group", Journal of Web Semantics, Volume 17, December 2012, Pages 25-32
   
6. Michael Crompton et al., "A Survey of the Semantic Specification of Sensors", International Workshop on Semantic Sensor Networks, Washington DC, October, 2009.
   
7. OpenGIS White Paper, "OGC Sensor Web Enablement: Overview and High Level Architecture", Editors Mike Botts, George Percival, Carl Reed, and John Davidson, 2007.
8. Harshal Patni, Cory Henson, and Amit Sheth "Linked Sensor Data", International Symposium on Collaborative Technologies and Systems, May 17-21, Chicago, USA, 2010.
   

Disseminação de Código

1. <continua...>
   

Fusão de Dados

1. <continua...>

Redes ZigBee

1. <continua>
   

1. Paulo F. Pires, Flávia C. Delicato, Thais Batista, Thomas Barros, Everton Cavalcante e Marcelo Pitanga. "Plataformas para a Internet das Coisas", Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos (SBRC), Minicurso, Vitória (ES), Maio 2015. PDF
   

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