Levantamento de perfil energético de um módulo de redes de sensores sem fios

Projeto financiado pelo Edital 01/2014 - Campus São José (CHAMADA INTERNA PARA SUBMISSÃO DE PROPOSTAS DE ATIVIDADES PARA BOLSISTAS EM PROJETOS DE PESQUISA E EXTENSÃO DE CURTA DURAÇÃO)

Aluno bolsista: Marcus Vinicius Bunn (Eng. Telecomunicações)

Professor orientador: Arliones Hoeller

Período de execução: abril a junho de 2014.

Link curto para esta página: http://goo.gl/R12yPH

Proposta

Introdução e Justificativa da Proposição

A consolidação de tecnologias de comunicação sem fio como WiFi, 3G/4G, ZigBee, e de equipamentos móveis como smartphones e tablets, deu origem a uma série de objetos inteligentes que passam a integrar a chamada Internet-das-Coisas (Internet-of-Things – IoT). No cenário da IoT, a Internet se torna uma entidade onipresente implementada através de objetos inteligentes capazes de “sentir” o meio no qual estão inseridos e “interagir” com outros objetos ou sistemas. Muitas das “coisas” nesta nova Internet demandam soluções inovadoras para requisitos como baixo custo, tamanho reduzido e, de modo especial, baixo consumo de energia. A ampliação do escopo dos dispositivos inteligentes traz consigo inúmeros requisitos que restringem o consumo de energia em dispositivos inteligentes, entre eles:

• Tamanho: os dispositivos de pequeno porte e alta capacidade de processamento que viabilizam a IoT são resultado de anos de evolução da tecnologia de semicondutores. Esta evolução, contudo, ocorreu às custas de um crescimento exponencial da densidade de potência dos dispositivos, enquanto as tecnologias de captação e armazenamento de energia como painéis fotovoltaicos ou baterias não evoluíram na mesma proporção. Por este motivo, dispositivos eletrônicos de pequeno porte frequentemente se vêm restritos a consumir as poucas quantidades de energia que seus mecanismos de geração e armazenamento podem tratar.
• Custo: baterias ou mecanismos de captação de energia de alta densidade, i.e., que armazenam ou produzem mais energia utilizando menos espaço, são consideravelmente caras. Com o barateamento de dispositivos inteligentes de radiofrequência, especialmente sensores, a disponibilidade de energia tem se tornado crítica, sendo o custo um novo fator requerente de um baixo consumo de energia.
• Tempo de operação: o aumento da quantidade e as eventuais localizações hostis de objetos inteligentes torna a manutenção destes dispositivos complexa e onerosa, motivo pelo qual os dispositivos precisam operar por longos períodos (indefinidamente, de preferência) sem que sua fonte de energia precise ser substituída ou reparada, demandando baixo consumo de energia.

Neste cenário, é importante dispôr de mecanismos que permitam a contabilização do consumo de energia dos dispositivos. Nos objetos inteligentes da IoT, estes mecanismos têm sido implementados por estruturas de software que estimam o consumo de energia monitorando eventos no sistema (Hoeller e Fröhlich, 2011). Embora os mecanismos sejam capazes de abstrair as características gerais dos sistemas que monitoram, o funcionamento adequado do contabilizador de consumo de energia depende do levantamento do perfil energético de cada dispositivo. Sendo assim, este projeto de iniciação científica de curta duração propõe aplicar o método de monitoramento do consumo de energia proposto por Hoeller e Fröhlich a um módulo de rede de sensores sem fios com o objetivo de levantar seu perfil energético e avaliar a precisão do mecanismo.

Esta atividade proporcionará ao aluno contato com um projeto de pesquisa vinculado ao doutorado do orientador, além de contato com tecnologias de software embarcado e experimentação em bancada de eletrônica.

Objetivos do Projeto

O objetivo principal do projeto é levantar o perfil energético de um módulo de redes de sensores sem fios e avaliar a precisão do mecanismo empregado para isto. São ainda objetivos específicos os relacionados ao aprendizado do aluno:

• Ter contato com um projeto de pesquisa – iniciação científica;
• Aprender e praticar habilidades básicas para programação de sistemas embarcados;
• Aprender e praticar técnicas de medição de consumo de energia em dispositivos eletrônicos;
• Desenvolver habilidades de relato de experimentos – relatório final.

Detalhamento das atividades

Para a consecução do projeto as seguintes atividades serão executadas conforme o cronograma.

1. Realizar estudo inicial de sistemas embarcados – prática com módulo de redes de sensores sem fios;
2. Realizar estudo inicial de técnicas de medição do consumo de energia – prática em bancada com osciloscópios;
3. Estudar método de contabilização do consumo de energia a ser empregado – leitura de artigos científicos;
4. Realizar medições utilizando as aplicações de teste no módulo de redes de sensores sem fios para levantamento do perfil energético;
5. Tabular dados, gerar médias e desvios-padrão das medições – gerar gráficos;
6. Escrever relatório final.

Cronograma

Atividade	Semana
1	X	X	X	X
2			X	X
3				X	X	X
4							X	X	X	X
5										X	X	X
6												X	X

Forma de acompanhamento do bolsista

O acompanhamento do bolsista se dará através de reuniões semanais onde serão montados planos de trabalho para cada semana. Nestas reuniões, ainda, o andamento das atividades será verificado e o cronograma atualizado. Além destas reuniões formais, o bolsista terá acesso fácil ao orientador para sanar dúvidas durante todo o projeto, seja pessoalmente no IFSC ou por e-mail ou telefone.

Local de trabalho do bolsista

O bolsista desenvolverá suas atividades nas dependências do Campus São José do IFSC, no LabIC (Laboratório de Iniciação Científica), que está equipado com computadores e demais equipamentos necessários ao desenvolvimento do projeto. O bolsista também terá acesso a equipamentos disponibilizados em outros laboratórios da instituição nos horários em que tais laboratórios estiverem disponíveis. Outros equipamentos para o projeto com, por exemplo, os módulos de rede de sensores sem fios serão disponibilizados pelo orientador.

Links de auxilio

• Projeto EPOS