Dissertações - Engenharia Elétrica - São João da Boa Vista

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https://hdl.handle.net/11449/191883

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Classificador open-world para o reconhecimento de ameaças em imagens aéreas de culturas agrícolas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-08-25) Silva, Mailson Gonçalves; Coletta, Luiz Fernando Sommaggio [UNESP]; Simões, Alexandre da Silva [UNESP]
A Agricultura de Precisão aliada ao Sensoriamento Remoto tem provocado avanços sem precedentes nas mais diversas atividades do campo. Com este progresso, o uso de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) tem permitido a obtenção de imagens de alta qualidade a um custo cada vez mais baixo. Isto tem naturalmente incentivado uma explosão de aplicações a partir do uso desses equipamentos, como, por exemplo, as que envolvem o combate às ameaças em culturas (doenças, pragas e ervas daninhas), que afetam a produtividade e implicam em gastos, muitas vezes descontrolados. Este trabalho leva em conta o Aprendizado de Máquina (AM) como um componente essencial para o sucesso e automação do monitoramento de ameaças no campo. Mais especificamente, considera-se neste trabalho modelos de AM para o reconhecimento de padrões em imagens coletados por VANTs, de maneira a detectar automaticamente pragas/doenças em uma cultura agrícola, minimizando, assim, o esforço humano nesta tarefa. Em especial, busca-se um classificador que seja escalável, no sentido de ser apto a assimilar incrementalmente novos padrões de ameaças, a fim de manter o bom desempenho do modelo mesmo diante do comportamento dinâmico dos dados quando em produção. Assim, esta pesquisa propõe um framework que viabiliza a obtenção de classificadores flexíveis o suficiente para incorporar novas classes, antes inexistentes no treinamento do modelo, à medida que aparecem em novos dados a serem classificados. Inspirado em Active Learning, a alternativa proposta gera classificadores de Cenário Aberto (também conhecido como Open-World), tornando possível a expansão da sua base de conhecimento com o mínimo de intervenção humana. A estrutura é experimentada sobre um conjunto de dados de uma cultura de eucaliptos com focos da doença Ceratocystis wilt, a qual deve ser incrementalmente aprendida pelo modelo. Como estratégias para detecção de nova classe, foram estudados critérios baseados em entropia e silhueta, com a proposição de uma versão modificada da silhueta atuando em conjunto com o classificador incremental iCaRL para compor, assim, o modelo Open-World testado. Os resultados alcançados superaram os atingidos com o modelo NNO da literatura, com destaque para o uso de menor quantidade de dados rotulados no processo. Entre os critérios testados, a silhueta proposta se mostrou mais robusta ao desbalanceamento de classes e, por fim, os experimentos evidenciaram que o framework proposto é uma alternativa válida para a obtenção de modelos Open-World.
Desenvolvimento em linguagem python de algoritmo para criptografia e desencriptografia de sinais com utilização de chaves dinâmicas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-08-01) Pareto Junior, Pedro Paulo; Abbade, Marcelo Luís Francisco [UNESP]; Nascimento, Luiz Henrique Bonani do
A criptografia de sinais é um processo de transformação das propriedades físicas dos sinais, tornando os sinais originais em sinais indecifráveis para quem não possui o algoritmo de desencriptação. Esta criptografia é realizada na Camada Física, e seu propósito consiste no aumento da segurança nesta camada dos sistemas de comunicações. Neste processo de encriptação o agente transmissor transforma o sinal original por meio de um algoritmo e de uma chave de encriptação. Enquanto o agente receptor poderá ter acesso ao sinal original por meio do processamento do algoritmo de desencriptação utilizando uma chave como entrada neste algoritmo. Nosso grupo escolheu a linguagem Python para simular criptografia de sinais, por ser de alto nível, multiplataforma, orientada a objetos, estruturada, com vasta e crescente biblioteca de funções, e gratuita. Podendo ser executada em qualquer sistema operacional por ser interpretada, além de permitir criação de classes com seus respectivos objetos. O objetivo deste trabalho foi implementar alguns dos módulos utilizados para este simulador e colaborar na implementação de outros. As principais contribuições deste trabalho foram as implementações do módulo de embaralhamento intercanal e o de chaves dinâmicas. O módulo de embaralhamento intercanal realiza o troca de amostras entre diferentes sinais presentes na entrada do simulador. Neste algoritmo há uma chave que vai promover a troca das amostras espectrais entre estes diferentes sinais, e esta chave é gerada por uma distribuição aleatória discreta das amostras. A chave que contêm a sequência do embaralhamento, será utilizada pelo receptor por meio de um algoritmo de desencriptação para realizar o desembaralhamento, e ter acesso à informação original. O resultado alcançado foi o mesmo gráfico dos valores de BER em função da SNR obtido pelo algoritmo em MatLab®. O objetivo do módulo das chaves dinâmicas foi de encriptar cada bloco de informação com uma chave distinta ao longo do tempo de forma dinâmica e automática para cada nova transmissão. Neste trabalho de maneira complementar foi implementado o algoritmo das chaves dinâmicas para a encriptação e desencriptação espectral de fase com processamento digital do sinal (spectral phase digital signal processing, SPE- DSP). O processamento deste algoritmo executa operações com manipulações de matrizes e vetores, através da utilização de várias funções auxiliares, para a geração das chaves dinâmicas. Este módulo foi integrado ao algoritmo de criptografia e descriptografia chamado simulador KryptoSJPy. Os resultados obtidos comprovam que a utilização das chaves dinâmicas na encriptação das mensagens atende as propriedades de difusão e confusão propostas por Shannon. Outro resultado foi que a comparação dos valores das chaves dinâmicas obtidas com o algoritmo das chaves dinâmicas realizados em MatLab® e em Python apresentou um desvio percentual igual a zero.
Ecodesign de antenas helicoidais com banda dupla para tecnologia wi-fi: desenvolvimento de um protótipo de antena com melhoramento no desempenho ambiental e tecnológico
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-09-01) Alberto, Caio Henrique Teixeira; Penchel, Rafael Abrantes [UNESP]; Oliveira, José Augusto de [UNESP]
Na atual sociedade, as antenas desempenham um papel fundamental para os meios de comunicação e troca de informações. Um dos modelos mais utilizados e amplamente encontrado é a Antena Wi-Fi. A pesquisa utilizou da técnica Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) em uma Antena Wi-Fi que possui faixa de frequência de 2,4GHz/5,8GHz e 5dBi, com o intuito de avaliar os potenciais impactos ambientais negativos gerados durante o ciclo de vida do, produto, e na sequência, aplicar técnicas de Ecodesign para melhorar o desempenho ambiental do produto. O processo foi todo instruído e inicializado conforme as normas técnicas da ABNT 14040 (2009) e 14044 (2009). Primordialmente foi realizada a engenharia reversa do produto, sendo cada componente avaliada em relação a material, massa e energia para fabricação, conforme o auxílio de artigos científicos e datasheets encontrados na literatura. Processos de elaboração e construção específicos de cada peça, bem como seus designs, foram levados com extrema relevância para a ponderação dos cálculos posteriores. As etapas em questão mencionadas acima, pertencem ao Inventário do Ciclo de Vida (ICV), do produto analisado. Após esses procedimentos, todas as entradas obtidas foram inseridas do software GaBi Professional, utilizando a metodologia CML 2001/2016, onde categorias especificas de impactos ambientais revelaram qual componente, bem como seu subsistema pertencente era causador de maiores danos ambientais, etapa essa denominada Avaliação do Inventário do Ciclo de Vida (AICV). Por fim, baseado nas informações obtidas e em princípios e aplicações do Ecodesign, possíveis cenários de melhorias foram gerados a fim de garantir um melhor desempenho ambiental sem afetar o desempenho técnico do produto. Como resultado, foi verificado que os subsistemas estrutura externa e filamento interno eram os mais impactantes devido a presença de TPU + ABS/PC e Cobre respectivamente, sendo substituídos posteriormente pelos melhores cenários compostos por Aço-carbono e Bio-PP.
Avaliação de ciclo de vida de cabos de rede LAN como apoio na tomada de decisão no ecodesign
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-11-04) Maschio, Thuany de Andrade; Oliveira, José Augusto de [UNESP]; Penchel, Rafael Abrantes [UNESP]
As atualizações tecnológicas associadas aos produtos eletrônicos e elétricos geram a atenção aos impactos ambientais decorrentes do ciclo de vida dos produtos. No setor de telecomunicações, os cabos de redes de área local (LAN, local area networks) se destacam devido à produção e consumo em elevadas escalas. A cada alteração no desenvolvimento dos produtos, estes itens tendem a ter seu tempo de vida reduzidos e, consequentemente, os descartes acabam sendo por diversas vezes precoces e sem o devido tratamento e controle. Essa problemática, associada à potencialização do consumo de materiais para a fabricação acabam acarretando impactos ambientais. A fim de reduzir estes efeitos, propor melhorias no desempenho ambiental desse produto é objetivo estratégico para o setor de telecomunicações. Antes da implementação das melhorias, faz-se necessário avaliar os impactos ambientais do produto e identificar os hotspots para tornar o processo de tomada de decisão eficaz e eficiente. No entanto, não foram encontrados estudos com essa abordagem na literatura. Com o objetivo de identificar e quantificar a relevância dos impactos associados aos cabos de rede LAN foi aplicada a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Preliminarmente foi realizada uma revisão da literatura de alguns dos materiais utilizados na produção destes cabos, como polietileno convencional e biopolietileno (à base de etanol extraído da cana-de-açúcar). Esses compostos foram relacionados como forma de averiguar a efetividade da utilização da tecnologia sobre a minimização de massa de insumos para produção, e redução de uso energético e de água para a uso de equipamentos com a mesma finalidade. A partir disso, os dados do Inventário do Ciclo de Vida (ICV) da produção do cabo de rede LAN foram coletados com o apoio de uma empresa multinacional do setor de telecomunicações. Em um segundo momento, aplicou-se os conceitos de ecodesign para a formulação de cenários que minimizassem os impactos ambientais gerados no processo produtivo. Com o levantamento das opções de produto mais benéficas ao ecossistema, pôde-se identificar que os cenários com capa em biopolietileno, biopolietileno, alumínio e alumínio e biopolietileno apresentaram reduções de 28,92%, 94,41%, 0,47% e 94,75%, respectivamente, se comparados ao cenário tradicional. A partir dessas análises, identificou-se que o produto fabricado em alumínio e biopolietileno traz a melhor proposta de solução para o presente estudo.
Avaliação do efeito do crosstalk na capacidade de canal em sistemas de comunicações ópticas com multiplexação por divisão espacial
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-06-02) Zanitti, Débora Beatriz Claro; Garde, Ivan Aritz Aldaya [UNESP]; Benedito, Cintya Wink de Oliveira [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Nesse projeto foi estudado e analisado a capacidade de sistemas de comunicações ópticas baseados em multiplexação por divisão espacial (SDM). A popularização de aplicações multimídia e a migração para sistemas de armazenamento e computação na nuvem estão conduzindo as pesquisas a desenvolverem sistemas cada vez mais eficientes, tanto em termos de eficiência espectral como energética. Além disso, o desenvolvimento da tecnologia de comunicação óptica coerente digital aumentou a capacidade do sistema próximo ao limite de Shannon imposto pela combinação de ruído aditivo e distorção não-linear. Para tal, os sistemas SDM se mostram promissores para alcançar tais objetivos pois permitem que sinais distintos sejam simultaneamente transmitidos explorando a diversidade espacial, usando fibras com múltiplos núcleos ou que suportem múltiplos modos. Estes sistemas geralmente apresentam um crosstalk não-desprezível além de serem afetados pela perda dependente do canal, assim sendo requerido um processamento de múltiplas-entradas e múltiplas-saídas (MIMO) para compensar tais deficiências. Porém, a incipiente pesquisa de SDM em sistemas de comunicações ópticas faz com que grande parte de ferramentas já desenvolvidas para sistemas MIMO sem fio continuem sendo inexploradas. Neste contexto, no presente trabalho é mostrado a adaptação dos conceitos e ferramentas MIMO a sistemas de comunicações ópticas, considerando as particularidades destes, para atingir a maior capacidade em sistemas SDM.
Projeto de amplificadores operacionais de transcondutância utilizando SOI FinFETs tensionados
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-05-25) Ribeiro, Arllen dos Reis; Agopian, Paula Ghedini Der [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Visando circuitos com maiores performances e ocupando uma menor área, neste trabalho estudou-se o comportamento de um Circuito Operacional de Transcondutância projetado com SOI FinFETs tensionados. Para este estudo, foram utilizados transistores do tipo pFinFET e nFinFET com diferentes tamanhos de comprimento de canal, e também foram considerados dispositivos com canal tensionados e não tensionados. Sabe-se que o tensionamento mecânico tem como finalidade melhorar a mobilidade de elétrons e lacunas, porém além da mobilidade este tensionamento ocasiona alterações nos principais parâmetros dos dispositivos como: tensão limiar, inclinação sublimar, corrente de dreno, transcondutância e eficiência do transistor. Esses parâmetros estão ligados diretamente com o desempenho do circuito Amplificador Operacional de transcondutância (OTA) projetado, assim foi analisado de maneira comparativa o desempenho do OTA projetado com transistores tensionados e não tensionados. Três abordagens foram levadas em consideração para uma melhor análise comparativa do projeto do OTA considerando o tensionamento mecânico uniaxial: OTA projetado com FinFETs não tensionados, OTA projetado com FinFETs tensionados, mas considerando mesma corrente de polarização e OTA projetado com FinFETs tensionados considerando a mesma condição de inversão, onde a referência foi sempre o FinFET não tensionado. É válido ressaltar que estas análises foram feitas utilizando dispositivos com dois tamanhos de canais diferentes, 900nm e 150nm. A análise foi feita para avaliar a eficácia do tensionamento em diferentes tamanhos de comprimentos de canal e se o tensionamento mecânico é realmente uma técnica eficaz ao se tratar de circuitos analógicos operando com dispositivos nanométricos.
PID 4.0: Controlador Redundante de Processos para a Indústria 4.0 Baseado em Microsserviços
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-02-10) Rodrigues de Sá, Lucas Borges; Godoy, Eduardo Paciência [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A Indústria 4.0 iniciou um processo de digitalização e para isso vêm utilizando novas tecnologias como a Internet das Coisas, Computação em Nuvem, Arquitetura Orientada a Serviços e Sistemas de Controle em Rede. O uso integrado dessas tecnologias em aplicações recentes de automação e controle de processos proporcionam vantagens, como a interoperabilidade vertical e a padronização da comunicação, através do compartilhamento de serviços em rede. Redundância, na automação industrial, significa manter sistemas duplicados ou triplicados para garantir a disponibilidade de processos e dispositivos críticos. Tendo em vista o contexto da Indústria 4.0 este trabalho desenvolveu uma nova abordagem para se fazer redundância de controladores de processo na indústria. O objetivo foi desenvolver um controlador redundante usando uma arquitetura de automação orientada a microsserviços. O controlador redundante PID 4.0 é baseado em uma modificação do algoritmo PIDPlus para controle de processos em rede e operação como um microsserviço. Adicionalmente, uma aplicação de redundância (orquestrador) é responsável pela orquestração dos microsserviços e o registro das variáveis de controle, permitindo o compartilhamento de dados das variáveis de processo entre os controladores redundantes (em réplica). O PID 4.0 pode ser alocado em diferentes hardwares, no computador ou até mesmo em nuvem industrial, fornecendo versatilidade a este tipo de solução. O projeto foi desenvolvido em uma planta piloto de controle de processos industriais orientada a microsserviços. Resultados experimentais relacionados ao desempenho de controle e ao tempo de resposta da malha de controle em diferentes cenários demonstram a viabilidade e robustez da implementação do controlador PID4.0 redundante como um serviço. Adicionalmente, um estudo do impacto da forma de comunicação entre os serviços e controladores redundantes no desempenho de controle foi realizado. Essa abordagem tem uma promissora redução de custos e tempo de desenvolvimento das aplicações utilizando a virtualização de controladores, além de redução de hardware utilizado.
Cenários de Ecodesign para alto-falantes
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-11-04) Almeida, Allan Di Cunto D’Ávila de; Oliveira, José Augusto de [UNESP]; Penchel, Rafael Abrantes [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O mercado mundial de alto-falantes segue a tendência crescente das tecnologias de entretenimento eletrônico tanto em quantidade quanto em variedade. Consequentemente, os impactos ambientais causados durante o ciclo de vida dos alto-falantes aumentam na mesma proporção, indo na direção oposta ao que é determinado pelas leis e regulamentações ambientais mundiais e pelas tendências do mercado global. Mesmo assim, o desempenho ambiental desse tipo de produto não é considerado no processo decisório para atualizações tecnológicas no projeto de alto-falantes. Nesse sentido, o Ecodesign é a ferramenta de Engenharia de Ciclo de Vida mais adequada aplicada no projeto de um produto, uma vez que o desempenho ambiental é considerado ao longo das diferentes etapas do projeto. No entanto, a viabilidade do Ecodesign em produtos que exigem cadeias produtivas complexas depende da divisão do produto em subsistemas e componentes. Visando um processo assertivo para a tomada de decisão e implementação do Ecodesign, utilizou-se a avaliação do ciclo de vida, delimitando a metodologia com o foco de avaliar o desempenho ambiental de cada etapa e componente de um alto-falante em produção. Cenários de substituição de matéria-prima e modelagens serão aplicados e analisados, o que permitirá identificar a proposta com melhor desempenho ambiental dentro das tecnologias atuais.
Estudo da engenharia de atributos e qualidade de dados para desagregação de cargas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-12-15) Bosco, Thais Berrettini [UNESP]; Gonçalves, Flavio Alessandro Serrão [UNESP]; Souza, Wesley Angelino de; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Devido à crescente necessidade de utilização otimizada de energia e caracterização detalhada dos perfis de consumo de eletricidade, o conceito de desagregação de cargas está ganhando atenção dentro da perspectiva de rede inteligente de energia (REI). Buscando melhorias relacionadas à conscientização do consumo de energia elétrica, este trabalho tem o intuito de contribuir com o estado do conhecimento do consumo individualizado por eletrodoméstico, apresentando estudos de aplicações e uma análise crítica sobre o uso de atributos de desagregação de cargas baseados em teorias de potência. A avaliação das estratégias propostas é efetuada considerando conjuntos de bancos de dados de referências da literatura (PLAID), que descreve comportamentos de cargas elétricas reais em funcionamento, e utilizando-se do software PSim, os mesmos são simulados, e a partir de índices de potência e de corrente calculados com base em teorias de potência, compõe-se o banco de dados teórico. As teorias de potência aplicadas são CPC, CPT e IEEE 1459-2010, que com seus conceitos modernos apresentados no decorrer do trabalho, auxiliam no estabelecimento dos atributos relevantes que são utilizados no processo de desagregação de cargas. Diferentes algoritmos de aprendizado de máquinas (k-enésimo vizinho mais próximo, Máquina de vetor de suporte e Floresta Aleatória) são aplicados nos processos de classificação e suas performances analisadas, tendo resultados com precisões maiores que 99 %. Uma otimização no banco de dados é proposta por meio dos estudos de correlação existente entre os atributos que constituem o banco de dados, possibilitando reduzir de 55 para 7 atributos mantendo a precisão de classificação de cargas em valores maiores que 99 %. Desta forma, além da contribuição relacionada à validação da criação de um banco de dados teórico a ser utilizado no conceito de desagregação de cargas elétricas, destaca-se que a otimização do mesmo traz o benefício de redução na demanda de processamento, tanto na questão dos cálculos de índices de potência e corrente, quanto na etapa de classificação das cargas.
Simulação de redes de sincronismo usando computação paralela
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-12-19) Maciel, Elvio Alexandrini; Bueno, Átila Madureira; Andrade, Maria Glória Caño de [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Sistemas dinâmicos são usados para modelar e fazer previsões de sistemas físicos, biológicos e até financeiros, porém uma grande variedade de sistemas apresentam comportamentos irregulares e imprevisíveis, onde uma pequena perturbação nas condições iniciais pode resultar em uma grande diferença da resposta desejada. Dentro deste conceito, encaixam-se as malhas de sincronismo que integram inúmeras aplicações da Engenharia, principalmente as redes de comunicação que, estando em sincronismo, caracterizam-se pelo fato de diversos osciladores operarem na mesma frequência e fase. Um dos circuitos osciladores mais conhecidos e empregados nesse tipo de aplicação é o PLL (Phase-Locked Loop) que trata de um sistema de controle de malha fechada que a partir de um sinal de referência, gera um sinal de saída sincronizado. Por manter em regime permanente a frequência de sinal com o de entrada, tal sistema pode rastrear o sinal amostrado. Projetar corretamente redes de distribuição de sinal de tempo implicam no bom desempenho no desempenho, na confiabilidade da comunicação e na integridade dos dados transmitidos. Nesse contexto, pretende-se oferecer uma nova abordagem ao assunto, através da computação paralela, que é uma forma de se realizar vários cálculos ao mesmo tempo, nos diversos núcleos de processamento de um processador multicore, operando sob o princípio de que grandes problemas podem ser divididos em problemas menores, que então são resolvidos concorrentemente. Ao empregar paralelismo computacional, pretende-se reduzir o tempo necessário para solucionar um problema e consequentemente resolver problemas mais complexos e de maiores dimensões.
Simulação de rede de sincronização mestre escravo de duas vias (TWMS) com computação paralela
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-12-16) Batista, Matheus Silva; Bueno, Átila Madureira; Andrade, Maria Glória Caño de [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A aplicação de redes de distribuição de sinal de relógio mestre escravo de duas vias (do inglês, two-way master slave - TWMS) atua no espalhamento e troca de informações entre os componentes de computação, comunicação e sistemas dinâmicos complexos. A crescente necessidade de comunicação e trocas de informações trouxeram a necessidade de desenvolvimento de uma rede mundial interconectada para suprir essa demanda. A rede de distribuição de sinal de relógio é uma parte importante dessas redes e tem com o Phase locked-loop (PLL), a dinâmica necessária para a sincronização de um oscilador local com um sinal de referencia em fase e frequência. Usualmente, as redes PLL são construídas em topologias mutuamente conectadas ou mestre-escravo, sendo a utilização dessa configuração devido à sua simplicidade e baixo custo. A simulação numérica de redes de distribuição de sinal de relógio é importante devido à capacidade de se testar possibilidades e características dos componentes do PLL. Neste trabalho, uma rede TWMS é construída usando lógica de algoritmos paralelos, com o objetivo de desenvolver uma estratégia de simulação mais eficiente, e estudar os efeitos da interação de PLLs rodando em um sistema de computação paralela.
Rede híbrida LoRa em malha: LoRaWAN para aplicações de internet das coisas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-11-03) Almeida, Nelson Camilo de; Godoy, Eduardo Paciência [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A Internet das Coisas (IoT) possibilita o sensoriamento e controle remotos, obtenção e análise de dados e deve permitir a conexão de mais dispositivos. Uma infraestrutura de rede de comunicação é necessário para habilitar a troca de informações entre os elementos de uma aplicação de IoT. Neste sentido, várias tecnologias de comunicação em rede foram desenvolvidas e têm sido utilizadas para este fim. Entre essas tecnologias, as recentes LPWANs que permitem conexões de rede sem fio de longa distância e baixo consumo de energia em dispositivos normalmente conectados a baterias, porém, com baixas taxas de transmissão de dados. As tecnologias LPWANs mais comuns são: SigFox, NB-IoT e LoRaWAN, sendo que todas estas enfrentam um problema de aplicação em comum: a presença de obstáculos e localização topográfica dos dispositivos originam áreas de sombra (sem cobertura) dentro da área de cobertura de comunicação. A topologia utilizada nessas redes (estrela-de-estrelas) agrava ainda mais esta situação. Neste sentido, faz-se necessário buscar alternativas para melhorar a cobertura dessas redes e a possibilidade de superar estes obstáculos permitindo assim que áreas, antes de sombra, possam ser sensoreadas permitindo um melhor aproveitamento dos protocolos de longa distância. Este trabalho apresenta uma solução para este problema através do desenvolvimento de uma rede híbrida composta pela integração de uma rede LoRa em malha com uma rede LoRaWAN. Essa rede híbrida é baseada em um hardware de baixo custo, chamado de Proxy que coordena uma rede LoRa em malha e conecta, de forma transparente, os dispositivos dessa rede à rede LoRaWAN. Essa solução habilita a comunicação de dispositivos em áreas de sombra da cobertura LoRaWAN, além da possibilidade de estender a área de cobertura LoRaWAN através da rede LoRa em malha.
Arquitetura de dados baseada no RAMI 4.0 para manufatura flexível na indústria 4.0
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-11-16) Ravelli Junior, Joel; Godoy, Eduardo Paciencia; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A Indústria 4.0 e Internet das Coisas (IoT) habilitaram a conectividade necessária para a transferência de informações, análises e controle de dados, possibilitando o aumento da produtividade dos negócios por meio de rápidas mudanças no escopo de produção em um mercado cada vez mais volátil. A inovação da IoT e Indústria 4.0 são vistas integrando sistemas de manufatura, gerenciando regras de negócios e descentralizando recursos de computação, permitindo mudanças rápidas por meio do uso da internet com segurança e confiabilidade. Para que isso aconteça, o Modelo de Arquitetura de Referência para a Indústria 4.0 (RAMI 4.0) foi elaborado, sistematizando os elementos da Indústria 4.0 em um modelo de camadas tridimensional. Um dos grandes desafios para a adoção do RAMI 4.0 é o desenvolvimento de soluções que suportem as funcionalidades de cada camada e as interações necessárias entre os seus elementos. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de uma arquitetura de dados focada na Camada da Informação do RAMI 4.0 para aplicações de manufatura flexível na Indústria 4.0. Essa arquitetura foca na definição de um modelo da informação composto pelo banco e modelo de dados para estruturar e organizar a informação. Este trabalho demonstra também o desenvolvimento de um orquestrador para interconectar a comunicação industrial OPC UA com o framework de microsserviços utilizado para a criação de aplicações no formato de serviços em nuvem. Essa arquitetura na Camada da Informação viabiliza uma interface para fornecer ao cliente a capacidade de inserir, visualizar e até mesmo modificar um pedido em uma fábrica com base em suas necessidades e prioridades, proporcionando maior versatilidade e interoperabilidade na comunicação com as demais camadas superiores do RAMI 4.0. A arquitetura de dados foi testada e validada através de experimentos realizados num cenário de manufatura flexível com diferentes tipos de produtos, rotas e pedidos de produção. Os resultados demonstram como a arquitetura desenvolvida fornece uma perspectiva de produção com um serviço para manufatura flexível na Indústria 4.0, conectando sistemas de manufatura industrial com um sistema de informação para interface de negócio.
Development of a business interface based on RAMI 4.0 for flexible manufacturing in industry 4.0
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-10-27) Zapata Neto, José; Godoy, Eduardo Paciência; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
The Industry 4.0, together with the Industrial Internet of Things (IIoT), enable to transfer information, analysis, and data over the internet, improving business productivity through rapid changes in production scope in an increasingly volatile market. In this scenario, the Reference Architecture Model for Industry 4.0 (RAMI 4.0) was defined the elements of I4.0 in a three-dimensional layer model. One of the major challenges for adopting RAMI 4.0 is the development of solutions that support the functionality of each layer and the necessary interactions among. Despite of many studies developing RAMI 4.0 compatible solutions, there are very few studies focusing on the top layers, such as Functional and Business. This research developed a business interface for flexible manufacturing in I4.0 focusing on the Functional and Business layers of RAMI 4.0. The interface uses concepts of Service-Oriented Architecture and Application Programming Interfaces (APIs) and provides a fully API-based interface to easily and scalable exchange information from the factory to clients. The Order Orchestrator is the main module for interaction to both sides, handling production in the factory, such as orders and items production updates from the stations, also, from the clients-side, using the API Gateway, the system is able to insert new orders, delete orders already in production and even modify an order that is currently in production to become a different final good, all of that receiving a response in matter of seconds. The API Gateway based in RESTful APIs is scalable and easy to integrate. The client can manage orders in its backend integration as required, using its own Enterprise Resource Planning (ERP) functions or via standard software connected to computer, gives a major advantage to the factory’s clients as they can quickly respond to market changes, orchestrating changes in their production orders. The business interface was tested and validated in an I4.0 factory-based simulated scenario of clothing production, managing different production orders and changes. This research shows how a combination of the Order Orchestrator in the Functional layer and API Gateway in the Business layer brings a Product as a Service perspective for flexible production and manufacturing, opening space to improve the way of factories and production systems interact with clients.
Uso de algoritmo de clusterização k-means 4D para mitigação de impedimentos não lineares em sistemas ópticos coerentes digitais DP-16QAM
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-09-02) Costa, Camila Bastos; Garde, Ivan Aritz Aldaya [UNESP]; Penchel, Rafael Abrantes [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Neste trabalho, foi proposto o uso de um método de clusterização 4D para abordar simultaneamente o efeito da automodulação de fase (SPM, self-phase modulation) e da modulação de fase cruzada (XPM, cross-phase modulation) em redes ópticas passivas de 100 Gbps empregando dupla polarização e modulação em amplitude em quadratura 16-ária. Foi realizado um vasto número de operações, considerando potências ópticas de transmissão variando de 0 dBm a 15 dBm e comprimentos de link de 125 km a 175 km. Os resultados obtidos indicaram que a clusterização 4D pode compensar não apenas a SPM, mas também a XPM intracanal entre as polarizações ortogonais. Como resultado, o alcance máximo é estendido de 138 km para 151,6 km e de 171 km para 180 km para um BER alvo de 10^-3 e de 10^-2, respectivamente, reduzindo a diferença em relação a um sistema com modulação com chaveamento por deslocamento de fase em quadratura de polarização dupla. O algoritmo proposto também foi aplicado em um sistema multicanal, com 5 canais de espaçamento de 100 GHz, porém, os resultados obtidos para esse sistema mostraram que o desempenho de compensação dos impedimentos não lineares pelo algoritmo diminui, dado que estes sistemas são afetados principalmente pela mistura de quatro ondas (FWM, four-wave mixing), que não pode ser compensada pelos algoritmos de clusterização. Finalmente, a complexidade do método proposto foi avaliada tanto em termos do tamanho de bloco de símbolos requerido para uma clusterização adequada, como em função do número de operações necessárias para a predição de um novo símbolo. Assim, concluímos que são necessários, ao menos, 8.000 símbolos para a obtenção de um valor médio de BER de 10^-3, e que a predição pode ser executada utilizando 5.632 operações de ponto flutuante, as quais podem ser paralelizadas em 19 operações sequenciais.
Joint precoding and user association for multiuser hybrid RF/VLC systems under secrecy constraints.
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-08-15) Silva, Isabella Wanderley Gomes Da [UNESP]; Olivo, Edgar Eduardo Benitez [UNESP]; Osorio, Diana Pamela Moya; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
In this work, a joint strategy of precoding and user association for the direct link of hybrid radio-frequency (RF) / visible light communication (VLC) networks is investigated. Assuming a multiple-input single-output (MISO) system with VLC and RF access points (APs), and multiple users, where each user can connect only to the VLC or RF AP, we aim to maximize the sum secrecy rate of the network. First, an optimization problem to design a precoder that maximizes the sum secrecy rate of each AP is formulated. The precoding design is a non-convex fractional programming problem, which is extremely challenging to solve. For this purpose, the original problem is reformulated using the constrained convex-concave procedure (CCCP). The reformulated problem shows to be low-complex and can efficiently converge to an optimal solution. In addition, a user association algorithm based on the coalitional game theory is also proposed, to guarantee the maximum sum secrecy rate of the network. Numerical results emphasize the efficiency of the proposed joint precoding and user association (JPUA) method and its gain in terms of the network sum secrecy rate in comparison to different baseline schemes. Moreover, the number of iterations of the user association algorithm, and the effect of various system parameters, such as the transmit power and the total number of users connected to the network are also evaluated, highlighting the advantage of combining RF and VLC technologies.
Estudo da influência das múltiplas conduções do MISHEMT sobre seus principais parâmetros digitais e analógicos
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-07-27) Canales, Bruno Godoy; Agopian, Paula Ghedini Der [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Os Transistores de Alta Mobilidade de Elétrons (HEMT) do tipo Metal-Isolante-Semicondutor (MIS) têm sido alvo de diversos estudos devido à sua capacidade de operação com altas frequências (RF), altas potências e em altas temperaturas, além de apresentar corrente de porta mais baixa que seu antecessor (HEMT) por possuir um isolante de porta. Neste trabalho, foram estudadas as diferentes conduções de corrente e como estas afetam os parâmetros elétricos básicos dos MISHEMTs de estruturas AlGaN/ AlN/ GaN. Por fim, o potencial desses dispositivos para aplicações analógicas será estudado. Para entender melhor o comportamento elétrico do dispositivo, foram avaliados o diagrama de bandas de energia e a concentração de elétrons, ambos ao longo da profundidade do dispositivo. Os parâmetros elétricos avaliados foram a tensão de limiar (Vt), a inclinação da região de sublimiar (SS), a transcondutância (gm), a condutância de saída (gD), a tensão Early (VEA) e o ganho intrínseco de tensão (Av). Neste estudo foram consideradas a variação da profundidade dos eletrodos de fonte e dreno (dSD), distância entre os eletrodos de fonte/ dreno e o eletrodo de porta (LGS & LGD), a espessura do isolante de porta (tox), e o comprimento do canal (Lg). O material do isolante de porta e fração molar do alumínio no material AlxGa1-xN (x) também foram alterados. Os resultados mostram que a condução no MISHEMT de estrutura de porta metal/ isolante/ AlGaN/ AlN/ GaN acontece por 3 diferentes canais, os quais são formados pelo acúmulo de elétrons, em ordem crescente de polarização de porta, na 3ª interface (AlN/ GaN) através da região onde se forma o gás bidimensional de elétrons (2DEG), na 2ª interface (AlGaN/ AlN) também através do 2DEG, e na 1ª interface (isolante da porta/ AlGaN) através da acumulação de elétrons por efeito de campo elétrico. Foi constatado que: conforme os eletrodos de fonte e dreno se tornam mais espessos e atingem maiores profundidades, a resistência vertical entre os eletrodos de fonte/ dreno e os canais é reduzida; o aumento da espessura do isolante de porta causa maior queda do campo elétrico ao longo do isolante, o que altera o valor de polarização de porta que faz com que corte o canal nessas regiões (Vt); o aumento da espessura da camada AlGaN aumenta a resistência vertical entre os eletrodos de fonte/ dreno e os canais; a alteração na fração molar do AlGaN altera suas propriedades, que por sua vez, altera o comportamento de todos os canais com relação à predominância de cada canal na corrente total do dispositivo; o comprimento da porta altera principalmente a influência da 1ª interface na condução; os canais são afetados por efeito de saturação, semelhante ao efeito da modulação do comprimento do canal; com uma alta influência da 1ª interface na condução (baixo LGS & LGD), é possível atingir valores maiores de ganhos de tensão para polarizações de porta mais positivas.
Desenvolvimento de um computador de propósito geral analógico-digital
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-05-04) Fernandes, Felipe Oliveira; Andrade, Maria Glória Caño de [UNESP]; Martins, Everson [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Processos computacionais, principalmente simulações e resoluções de equações, são indispensáveis para o desenvolvimento da tecnologia na era moderna, sendo estes utilizados desde em processos como o controle de caldeiras até em robôs de exploração espacial. Entretanto, a crescente evolução tecnológica demanda de computadores menores, mais rápidos e com menor consumo de energia. Devido a este fato, surgiram inúmeras técnicas que objetivam melhorar o desempenho da computação em geral. Dentre elas, a computação analógica-digital apresenta potencial para realizar o processamento de grandes dados com grande velocidade e com pequeno consumo de energia. O presente trabalho visa desenvolver uma topologia de computador analógico-digital de propósito geral com controle e interface digital e o processamento sendo realizado de forma analógica, operando na faixa de 1 a 10000 Hz. Foram investigados os efeitos da variação de parâmetros de configuração, a comutação de estados, a inserção de condições iniciais e a robustez do sistema implementado. Levantou-se na literatura as topologias mais utilizadas para a realização das principais funções de um computador analógico. Com isso, foi desenvolvido um circuito que realizasse cada uma das funções principais. Os circuitos foram simulados utilizando o software Multisim® versão 14.1 e testados em função de diferentes parâmetros, tais como a de frequência de funcionamento (1 a 10000 Hz), a comutação entre os processos analógicos, a variação do sinal de entrada e a qualidade do sinal de saída. Para isso, os circuitos foram simulados no modo iterativo para a fim de estudar o comportamento das comutações dos estados e transitório do sistema analisados no domínio da frequência para elaborar-se o diagrama de Bode. Para finalizar, foi realizada a análise de operação em corrente contínua, visando interpretar o comportamento em regime permanente do sistema. Com os dados levantados foi realizada a elaboração das topologias para a implementação física do computador. Para a integração dos dispositivos e a emulação do funcionamento do dispositivo, utilizou-se o processo de Co-simulação entre os softwares Labview® e Multsim®. Para a modelagem matemática do sistema usou-se o software Matlab®. O sistema analógico-digital apresentou erro menor do que 5% quando comparado à modelagem e apresentou flexibilidade de emulação de equações diferenciais.
Transferring human movements from videos to robots with Deep Reinforcement Learning
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-06-02) Lessa, Nayari Marie; Simões, Alexandre da Silva [UNESP]; Colombini, Esther Luna; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
The study of humanoid robots in the field of robotics has grown in recent decades in the direction of developing robots able to support humans in many applications. The evolution of machine learning techniques, particularly the Rein- forcement Learning (RL) approach, expanded the robotics domains to many new applications, based on the strategy to reinforce the agent through its interactions with the environment. Deep Reinforcement Learning (DRL) came to improve the RL technique allowing the application of robotics in highly complex task and scenarios. However, this ap- proach is well known for two major disadvantages: i) its high computational cost; ii) the difficulty in training the robot to achieving particular policies that are usually very difficult to model. Recently, RL approaches based on the imitation of reference movements have emerged in the robotics scenario. The learning process in this approach is based on the strategy of observing a reference movement policy from an expert and transfer it to the real robot with the maximum possible fidelity using DRL. In order to investigate this complex scenario, this work proposes an imitation process with three phases: i) the poses estimation of a human expert based on a video of this human performing a particular tasks; ii) the generation of reference motion trajectories to a robot; iii) the robot’s training in a simulated environment based on DRL technique to adapt and improve the reference movements to the new body scheme and dynamics of the robot. The investigation conducted with the Marta robot in a complex simulated environment showed that the imitation-based technique is able to make the robot kick a ball an average distance of 1m from YouTube videos.
Otimização de moduladores Mach-Zehnder integrados em fotônica de silício utilizando redes neurais artificiais
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-06-02) Paula Júnior, Rômulo Aparecido de; Rumaldo Bustamante, Yesica Raquel; Garde, Ivan Aritz Aldaya [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Uma das principais vantagens da integração fotônica baseada na plataforma de silício sobre isolante (silicon-on-insulator, SOI) é a sua compatibilidade com o processo de manufatura de metal óxido-semicondutor complementar, possibilitando a produção em massa e reduzindo drasticamente o custo dos dispositivos. Além do mais, o alto contraste de índice de refração nesta plataforma resulta em um forte confinamento da luz no meio guiado, o que permite a construção de dispositivos compactos. Estas propriedades tornam a plataforma de silício sobre isolante atraente no projeto de sistemas coerentes ópticos, tais quais vêm ganhando atenção para enlaces cada vez mais curtos, como é o caso interconexões de alta velocidade em data-centers. Entretanto, o projeto de moduladores de banda larga e de baixo consumo de potência ainda é um desafio nesta plataforma. Dentre as arquiteturas existentes, o modulador de Mach-Zehnder (Mach-Zehnder Modulator, MZM) se mostra um candidato atraente devido ao seu potencial de apresentar larga banda eletro-óptica, baixo consumo de potência e alta estabilidade térmica. Estas qualidades se destacam, em especial, em MZMs com deslocadores de fase baseados no efeito de dispersão de plasma, operando em polarização reversa de tensão. Entretanto, a partir de uma revisão bibliográfica a respeito de MZMs construídos em silício, podemos perceber que o desempenho dos mesmos está atingindo um platô. Por outro lado, até onde sabemos, a otimização de MZMs por algoritmos de inteligência artificial ainda não tem sido explorada na literatura. Modelos de simulação eletromagnéticas apresentam um alto custo de tempo, enquanto que algoritmos de otimização como os evolutivos requerem numerosas inferências, ainda mais ao otimizar um dispositivo com múltiplos parâmetros de projeto, como é o caso do MZM. A partir de simulações realizadas em um entorno que integra os softwares CST, Lumerical (Mode e Device) e uma linguagem de alto nível, como o Python, simularam-se 10.000 configurações de MZM com parâmetros aleatórios. Os dados obtidos mediante estas simulações foram utilizadas para treinar uma rede neural que pode substituir o modelo eletromagnético de alta complexidade no cômputo da função de custo, de forma a acelerar algoritmos de otimização heurística. A simulação e a rede neural consideraram oito parâmetros de design no modelo, incluindo a largura do guia de onda, a largura das regiões dopadas, o comprimento do modulador e a tensão de polarização. No caso dos parâmetros de desempenho do modulador temos a banda eletro-óptica, a tensão de meia-onda e as perdas de inserção ópticas. Os resultados mostraram que a rede neural foi capaz de emular o modelo de simulação, mostrando uma acurácia satisfatória na predição dos três parâmetros de desempenho do MZM. Ao utilizarmos a rede neural como forma de computar a figura de mérito dos MZMs, o custo de tempo é reduzido por um fator de 1e7 em relação ao modelo de simulação. Com esta demanda menor por recursos computacionais, é possível executarmos otimizações que consideram um elevado número de iterações e indivíduos nas populações. Além do mais, diferentes figuras de mérito podem ser utilizadas para dar ênfase na otimização de parâmetros de métrica distintos. Concluímos que esta configuração de otimização conjunta possibilita achar os limites da arquitetura em termos das métricas consideradas.

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