Davi Anders Brasil - 03/10913 Luis Felipe da C. Figueredo - 03/29967

1. Transmissão de DadosUniversidade de Brasília – UnBInstituto de Ciências Exatas – IEDepartamento de Ciência da Computação - CICHOME NETWORKSSistemas SmartHomes Davi Anders Brasil - 03/10913 Luis Felipe da C. Figueredo - 03/29967 Pedro Ramos Mateus Filho - 03/86782

2. Introdução • SmartHome é uma tecnologia de automação residencial, onde a casa é capaz de tomar decisões através de informações do meio e dados pré-definidos. • Estrutura-se nos sensores e atuadores, no controlador central e na rede e sistema que interligam todos estes dispositivos.

3. Automação Residencial A Automação Residencial é o processo que envolve a integração e racionalização dos diversos sistemas existentes em uma residência, relacionados à: • comunicação; • transmissão de dados; • iluminação; • climatização; • áudio e vídeo; • etc... Gerando como benefícios: economia, conforto e segurança.

4. Sensores • Têm como princípio a variação de características físicas ou químicas de determinados componentes que são alteradas por variáveis do ambiente. • Essas variações provocam alteração no sinal elétrico de saída do sensor, que posteriormente pode ser amplificado e / ou digitalizado. • Funcionam como a fonte de dados das SmartHomes, colhendo informações do ambiente.

5. Exemplos de Sensores • Sensor de temperatura: Pode ter como princípio a variação da resistência elétrica de um material, pois a mesma varia quase que linearmente com a temperatura. • Aplicação: Recolhe dados da temperatura do ambiente, do banho e de fornos.

6. Exemplos de Sensores • Sensor de nível de líquidos: Pode basear-se num sensor de pressão no fundo do recipiente, que a partir da variação de pressão mede a altura da coluna do líquido. • Aplicação: Verificar o nível de água em uma banheira.

7. Exemplos de Sensores • Sensor de luminosidade: Baseia-se num foto-transistor, no qual a corrente que passa através do mesmo varia exponencialmente com a luz incidente. • Aplicação: Mede a luminosidade de um ambiente.

8. Exemplos de Sensores • Sensor de presença: Utiliza um LED ou um foto-transistor, onde um sinal é trocado entre um emissor e receptor e no momento que o sinal é barrado ocorre a percepção pelo dispositivo. • Aplicação: Detectar a presença de intrusos numa residência.

9. Atuadores • São dispositivos que transformam um tipo de energia em outro tipo. • Podem ser: • Hidráulicos: Tem como base um líquido que se desloca por tubos a uma pressão adequada. • Pneumáticos: Utiliza gás pressurizado, geralmente gás comprimido. • Elétricos: Atua através de sinais elétricos.

10. Controlador Central • Recebe, processa e manda informações para todos os elementos do sistema. • Possui um banco de dados onde são armazenadas informações recolhidas dos sensores e definidas pelo usuário. • Realiza a interface com o usuário.

11. Tecnologias SmartHome • A casa inteligente é composta por uma série de subsistemas, onde cada um atende um grupo de atividades do usuário. • A seguir é descrito alguns destes subsistemas que proporcionam mais conforto ao ser humano.

12. Tecnologias SmartHome: Smart Hydro • Sistema prepara todo o banho sem interferência do usuário. • Pode ser acionado via celular ou telefone fixo. • Controla temperatura, nível da água, intensidade de iluminação e monitora ocorrência de falhas no sistema. • Possui memória e sistema de voz que avisa ao usuário quando o banho está pronto.

13. Tecnologias SmartHome: Smart Hydro Sistema Gator-tech Smart House http://www.icta.ufl.edu/gatortech/

14. Tecnologias SmartHome: Smart Stop • Sistema que auxilia estacionar o carro na garagem. • Um sensor emite sinais luminosos e sonoros crescentes de acordo com a aproximação do veículo.

15. Tecnologias SmartHome: Smart Stop Sistema IHouse http://www.ihouse.com.br/

16. Tecnologias SmartHome: Smart Door • Porta se abre através de leitura de impressão digital. • Possui memória e ligada no sistema de iluminação para que no momento da abertura da porta as luzes se ascendam. • Possui dispositivo de segurança que no momento que a porta for forçada um alarme é disparado.

17. Tecnologias SmartHome: Smart Door Sistema Gator-tech Smart House http://www.icta.ufl.edu/gatortech/

18. Tecnologias SmartHome:Smart shower • Sistema misturador de água fria e quente que permite ao usuário definir a temperatura e a vazão de água. • Possui memória para manter informações personalizadas pelo usuário.

19. Tecnologias SmartHome:Smart shower Sistema Gator-tech Smart House http://www.icta.ufl.edu/gatortech/

20. Tecnologias SmartHome:Smart Mail • Sistema interligado à residência que avisa quando algo é colocado na caixa de correio. • Pode utilizar um sensor de presença para detectar a presença do objeto.

21. Tecnologias SmartHome:Smart Mail Sistema Gator-tech Smart House http://www.icta.ufl.edu/gatortech/

22. Redes Domiciliares A infra-estrutura suporte para a interconexão entre os dispositivos

23. Redes Domiciliares:Introdução Requisitos e Características: • O custo da instalação e de manutenção não devem ser elevados; • Deve ser de fácil uso e instalação. Recursos Necessários: • Baixas taxas de transmissão: • Aplicações de monitoração e controle residencial (chaves, liga/desliga) • Altas taxas de transmissão: • Aplicações Multimídia (que ainda requerem baixo atraso e baixa variação)

24. Redes Domiciliares:Classificação das Tecnologias • Redes com novos fios; • Redes sem fios; • Redes sem novos fios.

25. Redes Domiciliares:Redes com novos fios e sem fios • Redes com novos fios: • Estrutura de rede Ethernet, através da instalação de cabos UTP-5. • Alto custo de cabeamento sobre a estrutura da casa. • Redes sem fios: • Redes Wireless: 802.11x, Bluetooth, e HomeRF. Necessidade de estações base dentro da casa e de instalações de múltiplos pontos de acessos wireless (WAPs) interconectados. • Imbatível para aplicações que servem de dispositivos móveis; • Necessidade de acesso wireless pelos dispositivos inteligentes; • Alto custo de instalação; • Problemas relacionados ao desempenho e, principalmente, a segurança do serviço

26. Redes Domiciliares:Redes sem novos fios • Utilização de fios de uma infra-estrutura já existente para servir de rede para a comunicação entre os dispositivos. • Principais Tecnologias: • Rede Através da Fiação Telefônica; • Rede Através da Fiação Elétrica; • Rede Através da Fiação de Televisão a Cabo.

27. Redes Domiciliares:Redes Através da Fiação Telefônica • O cabeamento é feito através dos pares trançados já existentes na fiação telefônica das casas para comunicação de dados. • A maior vantagem da fiação telefônica é a privacidade uma vez que o par telefônico é individual por assinante constituindo um meio seguro da casa do assinante até a central telefônica. (o que não ocorre nas redes de fiação elétrica e sem fio que estão sujeitas a ação de bisbilhoteiros oportunistas). Além disso, o meio individualizado por assinante oferece um isolamento natural das redes disponibilizando toda a banda passante por domicílio.

28. Redes Domiciliares:Redes Através da Fiação Telefônica • Limitações: • Baixa qualidade da fiação; • Reflexão de sinais devido a topologia da fiação telefônica; • Impossibilidade de full-duplex, transmissão por único par de fios. • Soluções: • Técnicas avançadas de processamento de sinais. • EX: equalização adaptativas para lidar com reflexões de sinais; modulação por mudança de fase e amplitude. (ambas definidas no HomePNA)

29. Redes Domiciliares:Redes Através da Fiação Telefônica • HomePNA(Home Phoneline Network Alliance): • Consórcio de várias empresas, sem fins lucrativos. • objetiva a padronização da tecnologia de modo a promover o rápido desenvolvimento de produtos e sua interoperabilidade. • HomePNA1.0 (1999): Taxa de Transmissão de 1Mbps • HomePNA2.0 (2000): Taxa de Transmissão de 10Mbps; Banda de Freqüências: 4 a 10 MHz • HomePNA3.0 (2004): Taxa de Transmissão de 128Mbps; Banda de Freqüências: 6 a 17 MHz Grande ênfase a provisão de QoS

30. Redes Domiciliares:Redes Através da Fiação Elétrica • O cabeamento é feito através da rede elétrica já existente. • A principal vantagem da utilização da rede elétrica, além do aproveitamento da infra-estrutura elétrica já existente é a sua ubiqüidade, ou seja, a existência de várias tomadas em todas partes da casa, facilitando a interconexão de dispositivos sem a necessidade de instalação de novos fios. Outra grande vantagem desse sistema é sua a aplicação em lugares remotos, por conta de a rede ser amplamente distribuída.

31. Redes Domiciliares:Redes Através da Fiação Elétrica • Limitações: • Baixa qualidade da fiação (não trançada de cobre); • Reflexão de sinais devido a topologia similar a da fiação telefônica; • Impossibilidade de full-duplex, transmissão por único par (fase e neutro). • Distribuição de fases dentro da casa não segue a um padrão. • Ruídos, impedâncias, interferências imprevisíveis pelo compartilhamento do meio físico entre equipamentos (mudança em seu comportamento) • Soluções: • Técnicas avançadas de processamento de sinais e transmissões digitais. • EX: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

32. Redes Domiciliares:Redes Através da Fiação Elétrica • HomePlugPowerLine Alliance: • Consórcio de várias empresas, sem fins lucrativos. • objetiva a padronização da tecnologia de modo a promover o rápido desenvolvimento de produtos e sua interoperabilidade. • HomePNA1.0 (2000): • Camada física robusta que combina várias técnicas de modulação, processamento de sinais e correção de erros; • Faixa Espectral de 4,49 a 20,7 MHz ; • Utiliza o OFDM dividindo 128 subportadoras igualmente espaçadas, das quais são utilizadas apenas 76. • A camada física então pode oferecer até 139 combinações diferentes de taxas de transmissão, que variam de 1 até 14Mbps

33. Sistemas e Protocolos

34. A escolha de um Sistema • Necessidades do usuário • Novas aplicações • Serviços Oferecidos • Manutenção • Garantia • Custo/Benefício • Proximidade do cliente

35. Principais Protocolos • X-10; • KONNEX = EIB + Batibus + EHSA; • LonWorks; • Tecnologias Plug&Play.

36. X-10 • Sugiu na década de 70 • Simples – rede elétrica • Baixa taxa de transmissão (60 ou 50 bps)

37. X-10 X-10 Protocolo • 2 pacotes são enviados (1 de confirmação) • Espaçamento de 3 ciclos entre dados, a não ser em variação da intensidade (contínuo) Atualmente utiliza outros meios de transmissão que admitem maiores taxas de transmissão e mobilidade (radiofrequencia, infravermelho, etc.)

38. KONNEX EIB + Batibus + EHSA EIB (European Installation Bus) • Criada a mais de 14 anos • Forma descentralizada, distribuída comunicando entre si • Inicialmente usava par trançado • Novas aplicações em radiofreqüência (300m), infravermelho (12m), redes Ethernet (10Mbps) e correntes portadoras usando modulação • Protocolo CSMA/CA aumentando largura de banda e diminuindo colisões

39. KONNEX EIB + Batibus + EHSA EHSA ( European Home System Association) • Protocolo OSI • Modulação FSK (Frequency Shift Keying) • Velocidade 2400 bps Batibus • CSMA/CA • Transmissão 4800 bps • Topologia estrela, Bus, anel ou árvore

40. KONNEX ou KNX • Compatível com EIB, Batibus e EHSA • Implementar radiofreqüência, infravermelho • Filosofia Plug&Play • Modelo OSI • Sistema distribuído (ponto-a-ponto) • Vantagens: • Robustos • Suporta grandes sistemas • Desvantagens: • Complexo • Alto custo

41. LonWorks • Tecnologia criada em 1992 • Comunicação ponto-a-ponto e hierarquia entre componentes • Sistema aberto, mas componentes registrados na Echelon • Neuron Chip´- identificador de 48 bits • Modelo OSI • Pares trançados, cabo coaxial, correntes portadoras, infravermelho, radiofreqüências, etc • Transmissão pode chegar a 1,25 Kbps • Mensagem explícita e variáveis da rede

42. Tecnologias Plug&Play Universal Plug&Play • Reconhecimento automático do dispositivo • Arquitetura aberta e distribuída • Processamento “discovery” • Processo “join”- endereço físico • IP e designação: funções, capacidade de processamento • Software de comunicação • Jini (Sun) – maquina virtual Java • UPnP (Microsoft) – adaptabilidade, sistemas operacionais proprios • HAVi (Home Audio Video Interoperability) • Especialidade em áudio e vídeo. Não necessita de computador